初中物理學(xué)科價值和認知規(guī)律

1、初中物理學(xué)科價值和認知規(guī)律,主講人：吳琪 西藏大學(xué)理學(xué)院物理系,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄,當(dāng)我們談?wù)撐锢淼臅r候，我們在談?wù)撌裁?物理是我的噩夢物理公式，物理定律太可怕了學(xué)物理畢業(yè)能干什么學(xué)什么都可以，就是不想學(xué)物理,,,,,,,?,?,生活中的物理,生活中的物理,物理是一門歷史悠久的自然學(xué)科，隨著

2、科技的發(fā)展，社會的進步，物理已滲入到人類生活的各個領(lǐng)域； 物理學(xué)存在于物理學(xué)家的身邊；物理學(xué)也存在于我們每個人身邊。,為什么,你認為睡哪種床會讓人感覺更舒服,生活中的物理,,汽車中的光學(xué)知識,為什么汽車駕駛室外面的觀后鏡是一個凸鏡？,生活中的物理,,為什么,,除大型客車外，絕大多數(shù)汽車的前窗都是傾斜的,生活中的物理,一個雞蛋引發(fā)的故事,蒸發(fā)吸熱,把剛煮熟的蛋從鍋內(nèi)撈起來，直接用手拿時，雖然較燙，但還可以忍受。過一會兒，當(dāng)?shù)皻ど系乃じ闪?/p>

3、后，感到比剛撈上時更燙了。,將硬紙片平放在平口玻璃杯口，用手按住，并倒置過來，放手后看到什么現(xiàn)象？,空杯,物理是有趣的,物理是有趣的,有趣的熱現(xiàn)象,有趣的力現(xiàn)象,物理是有用的,,掛鉤為什么會吸在墻上？,燒叮螺必須將尾部剪掉，否則吃的時候無法吸出。,抽出空氣的袋子，市場上賣的空氣枕頭，打開開口，枕頭自動充氣鼓起,為什么筷子看起來像被折了？,,你知道拉鏈的原理嗎？,二十世紀的十大發(fā)明,,你觀察過圓珠筆嗎？,想一想：這是為什么？,物理與

4、社會,,聯(lián)系實際，聯(lián)系社會,,,,物理與科技,飛離地球遨游太空是中華民族很久以來的夢想，自古就有嫦娥奔月的神話，經(jīng)過成千上萬人的不懈努力，于03年終于實現(xiàn)了飛天夢想。,知識的碩果累累,太空探測－奇妙的宇宙之旅,航天事業(yè)：我國、 前蘇聯(lián)、 美國的,電子顯微,激光技術(shù)：應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、通信、能源,信息技術(shù)：電腦芯片,超導(dǎo)技術(shù)（極低的溫度下金屬塊在磁場中會自動漂浮起來）,我們的

5、衣食住行、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、科學(xué)技術(shù)中都離不開物理．,物理學(xué)存在于物理學(xué)家的身邊,牛頓：英國偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和自然哲學(xué)家。,比薩斜塔實驗,同時從塔的頂端落下，哪個先著地？,,10英鎊,1英鎊,,,勤于觀察的意大利物理學(xué)家伽利略，在比薩大教堂做禮拜時，懸掛在教堂半空中的銅吊燈的擺動引起了他極大的興趣，后來反復(fù)觀察，反復(fù)研究，發(fā)明了擺的等時性。,愛迪生（1847～1931）美國電學(xué)家和發(fā)明家，被譽為“發(fā)明大王

6、”。,天才就是百分之一的靈感，加上百分之九十九的汗水。,,瓦特與蒸汽機,勇于實踐的美國物理學(xué)家富蘭克林，為認清“天神發(fā)怒”的本質(zhì)，在一個電閃雷鳴、風(fēng)雨交加的日子，冒著生命危險，利用司空見慣的風(fēng)箏將“上帝之火”請下凡，由此發(fā)明了避雷針。,史蒂芬·威廉·霍金1942年1月8日在英國倫敦出生，剛好出生于伽利略逝世300周年紀念日之時。,,宇宙之王——霍金,,曾先后畢業(yè)于牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)，并獲劍橋大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。

7、他在輪椅上坐了40年，全身只有面部肌肉會動，演講和問答只能通過語音合成器來完成。英國劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)及理論物理學(xué)系教授，當(dāng)代最重要的廣義相對論和宇宙論家，是本世紀享有國際盛譽的偉人之一，被稱為在世的最偉大的科學(xué)家，還被稱為“宇宙之王”。,物理學(xué)科與現(xiàn)實生活聯(lián)系十分緊密，學(xué)習(xí)物理，光身邊的事物就是取之不盡的，用身邊的事例去解釋和總結(jié)物理規(guī)律。只要時時留意，經(jīng)?？偨Y(jié)，就會不斷發(fā)現(xiàn)有不少的物理知識。,物理是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。在生活

8、和學(xué)習(xí)中，有意識地去聯(lián)系生活實際，分析物理現(xiàn)象；利用身邊物品，進行物理實驗，都能激發(fā)我們的學(xué)習(xí)興趣，加深對物理現(xiàn)象的體會。,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄,What is Physics?,物&理,“物理”一詞源子自莊子的“判天地之美，析萬物之理，察古人之全……”,“物”的含義是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì) “理”的含義是

9、物質(zhì)的運動、變化規(guī)律,http://en.wikipedia.org/wiki/Physics,物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學(xué)。,什么是物理,物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)說。按所研究的物質(zhì)運動形態(tài)和具體對象，它涉及的范圍包括:力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)和分子物理學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子和原子核物理學(xué)、基本粒子物理學(xué)、固體物理學(xué)以及對氣體和液體的研究等.,What is physics？,Phy

10、sics is what physicist do.,Well then ,What do physicists do???,蛇吞尾圖,按空間尺度劃分： 量子力學(xué) 經(jīng)典物理學(xué) 宇宙物理學(xué),按速率大小劃分： 相對論物理學(xué) 非相對論物理學(xué),按客體大小劃分： 微觀系統(tǒng) 宏觀系統(tǒng),按運動速度劃分： 低速現(xiàn)象 高速現(xiàn)象,,實驗物理,理論物理,計算物理,今日物理學(xué),物理學(xué)的發(fā)

11、展,,費米的紙片試驗,美國新墨西哥州南的沙漠上，熾烈無比的閃光，震耳欲聾的巨響。緊接著是一個明亮的眼的火球迅速膨脹、上升，同時地面上掀起一個粗大的塵柱，當(dāng)塵柱追上直徑達五百米的大火球時，便形成高達十幾公里的蘑菇狀煙云——世界上第一顆原子彈試驗成功啦！這是1945年7月6日凌晨。    參加試驗的科學(xué)家、工程技術(shù)人員全部蹲在附近的掩體里。因為他們知道：原子彈爆炸是一種劇烈的原子核裂變過程，它的巨大的能量，

12、在一瞬間以三種形式釋放出來：一種是在爆炸中心產(chǎn)生極高的溫度，輻射出大量的熱；一種是空氣受熱劇烈膨脹，產(chǎn)生激烈的沖擊波；還有一種是產(chǎn)生相當(dāng)多的放射性物質(zhì)，造成放射性污染。,費米的紙片試驗,可是，一個出人意料的情景出現(xiàn)了：身穿防護衣的意大利物理學(xué)家費米，突然躍出了掩護體，直向原子彈爆炸的試驗場飛跑。一邊把小紙片舉在頭上，使它隨著氣流飄落。當(dāng)他跑回來時，揚了揚手中的小紙片，眼中閃爍著奇異的光，他興奮地宣布道：“我測出來啦——第一顆原子彈爆炸的

13、威力，相當(dāng)于兩萬噸梯恩炸藥爆炸時放出的能量！”,兩小時后，經(jīng)過精密儀器測定的結(jié)果送來了，居然和費米的紙片實驗結(jié)果基本相符。人們感到萬分驚奇，紛紛向費米詢問，他是怎么計算出來。費米平靜地答道：“我根據(jù)原子彈爆炸時三種形式能量之間的關(guān)系，選擇了其中最容易測量的一種——利用空氣受熱劇烈膨脹產(chǎn)生的強大氣流的功能，作為推算整個爆炸能量的依據(jù)，而氣流的功能，又可根據(jù)它的速度推算出來。我用紙片來作實驗：氣流的速度可以看作紙片飄流的速度，紙片的速度可以

14、根據(jù)紙片飄落的時間和距離計算出來，而時間和距離又可以根據(jù)我特定的腳步求得。當(dāng)然，推算出來的結(jié)果，只能是個近似的數(shù)值?！?1901-1954,費米的紙片試驗,費曼的比喻,美國著名物理學(xué)家費曼（Feynman）在他著名的《物理學(xué)講義》中，把一群物理學(xué)家比喻成一群看足球比賽的孩子，由于對足球比賽著了迷，在那兒冥思苦想，想發(fā)理比賽的現(xiàn)則，當(dāng)裁判偶爾地亮出紅牌（或黃牌）時，他為發(fā)現(xiàn)了一條比賽場上不允許出現(xiàn)的犯規(guī)動作而欣喜若狂．,1918－1988

15、,人類至今對自然的了解知之甚少,愛因斯坦有兩個兒子，長子叫漢斯，次子叫愛德華；漢斯成為和他父親名聲相稱的美國伯克利學(xué)院橋梁動力學(xué)教授，次子愛德華由于早年生病未能成材．有一次愛德華問愛因斯坦說：“爸爸! 你為什么這么出名，似乎全世界每個人都知道你．” 愛因斯坦沉思了片刻，然后告訴愛德華說：“我們?nèi)祟惥图以谝粋€蘭球上爬行的一群螞蟻，這群螞蟻沒有一個發(fā)現(xiàn)自已行走的路徑是一條曲線，而我發(fā)現(xiàn)了．” 到現(xiàn)在為止，我們對自然的了解是極其可憐的，正如牛

16、頓在臨終很謙虛地留下的名言：“我不知道世人怎樣看我，但我自以為我不過像一個在海邊玩耍的孩童，不時為找到比常見的更光滑的石子或更美麗的貝殼而欣喜，而展現(xiàn)在我面前的是全然未被發(fā)現(xiàn)的浩翰的真理海洋．”,問題來源于生活,1921年，印度科學(xué)家拉曼在歐洲求學(xué)時，有一次船在地中海上，一個小男孩向他的母親發(fā)問：大海為什公是藍色的? 母親回答不出來，這時剛好被拉曼聽見了，便主動向這個小男孩解釋說：“海水呈藍色是由于它反映天空的結(jié)果．”這是歷史上的傳統(tǒng)看

17、法；可是，在這位小男孩所提出問題的激發(fā)下，拉曼事后一直在思考自己的回答是否正確，后來正是在這一問題的指導(dǎo)下，他開始把海水為什么是藍色的作為自己的研究課題，并進行了認真的探討．經(jīng)長期的反復(fù)實驗拉曼終于發(fā)現(xiàn)海水之所以呈藍色，是因為海水分子在接受光的照射后發(fā)生散射效應(yīng)，即著名的拉曼效應(yīng)．這種效應(yīng)使海水呈籃色，從而科學(xué)地解釋那位小男孩所提出的問題．后來拉曼就是由于這一重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而成為亞洲第一個獲得諾貝爾物理學(xué)獎這一殊榮的人．（注：科學(xué)很

18、可能起源于一個不起眼的小問題，拉曼效應(yīng)在激光、電磁輻射、化學(xué)濃度測定等有許多重要應(yīng)用．）,Raman,1888-1970,一個受過高等教育的人與他人的關(guān)鍵區(qū)別在于，前者生活經(jīng)驗的視野比后者更為廣闊。作為21世紀的青年人，不能做有智商沒有智慧，有知識沒有思想，有文化沒有教養(yǎng)，有目標(biāo)沒有信仰，有欲望沒有理想，有青春沒有熱血的愚昧之人。僅有知識的人，看到一塊石頭就是石頭，一粒沙子就是沙子；而有思想、有智慧的人，卻能從一塊石頭中看到風(fēng)景，從

19、一粒沙子里發(fā)現(xiàn)靈魂。,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何教物理,目錄,物理是一門科學(xué)。物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它是發(fā)展最成熟、高度定量化的精密科學(xué)，又是具有方法論性質(zhì)、被人們公認為最重要的基礎(chǔ)科學(xué)。物理學(xué)取得的成果極大地豐富了人們對物質(zhì)世界的認識，有力地促進了人類文明的進步。,物理是一門科學(xué),正如國際純粹物理和應(yīng)用物理

20、聯(lián)合會第23屆代表大會的決議《物理學(xué)對社會的重要性》指出的，物理學(xué)是一項國際事業(yè)，它對人類未來的進步起著關(guān)鍵性的作用：探索自然，驅(qū)動技術(shù)，改善生活以及培養(yǎng)人才。上世紀初相對論和量子力學(xué)的建立，為物理學(xué)的飛速發(fā)展插上了雙翅，取得了空前輝煌的成就，以致于人們將20世紀稱譽為“物理學(xué)的世紀”。,物理是一門科學(xué),那21世紀呢？有一種流行的說法：21世紀是生命科學(xué)的世紀。其實，這句話更確切的表述應(yīng)該是：21世紀是物理科學(xué)全面介入生命科學(xué)的

21、世紀。生命科學(xué)只有與物理相結(jié)合，才有可能取得更大的發(fā)展。展望物理學(xué)的未來，充滿著機遇與挑戰(zhàn)。李政道先生在《物理的挑戰(zhàn)》一文中，曾提出21世紀物理領(lǐng)域所面對的四大難題：為什么一些物理現(xiàn)象在理論上對稱但實驗結(jié)果不對稱？為什么一半的基本粒子不能單獨存在而且看不見？為什么全宇宙90%以上的物質(zhì)是暗物質(zhì)？為什么每個類星體的能量竟然是太陽能量的1015倍？這些問題極大地激勵著人們不懈探索的勇氣與熱情?？梢灶A(yù)見，一旦撥去這幾朵籠罩在物理天空中的烏

22、云，物理學(xué)將會展現(xiàn)出更加燦爛的前景。,物理是一門科學(xué),1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何教物理,目錄,大量事實表明，物理思想與方法不僅對物理學(xué)本身有價值，而且對整個自然科學(xué)，乃至社會科學(xué)的發(fā)展都有著重要的貢獻。據(jù)統(tǒng)計，自20世紀中葉以來，在諾貝爾化學(xué)獎、生物及醫(yī)學(xué)獎，甚至經(jīng)濟學(xué)獎的獲獎?wù)咧?，有一半以上的人具有物理學(xué)的背景；——這意味著

23、他們從物理學(xué)中汲取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功?！催^來，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學(xué)家問鼎諾貝爾物理學(xué)獎的事例。這就是物理智能的力量。國外有專家十分尖銳地指出：沒有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族!當(dāng)今，物理學(xué)的觸角已經(jīng)伸向眾多領(lǐng)域，并取得了越來越大的成就，以至我們很難再用傳統(tǒng)的眼光去界分什么是物理學(xué)了。,物理是一種智能,誠如諾貝爾物理學(xué)獎得主、德國科學(xué)家玻恩所言：“如其說是因為我發(fā)表的工作里包含了一個自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒

24、不如說是因為那里包含了一個關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)思想方法基礎(chǔ)。”物理學(xué)之所以被人們公認為一門重要的科學(xué)，不僅僅在于它對客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因為它在發(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此，使得物理學(xué)當(dāng)之無愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶。,物理是一種智能,在廈門舉行的第十九屆國際統(tǒng)計物理學(xué)大會，會上交流論文的涉及面十分廣泛，諸如植物的花序、DNA藥物系統(tǒng)、交通的流量、文字的存儲等等，光看這

25、些篇目，似乎都不太象是物理。究竟什么是物理呢？幾年前，美國《今日物理》雜志，曾就此問題向讀者廣泛征求意見。最后，他們推崇的答案是：物理學(xué)家所做的就是物理學(xué)。這話乍聽似覺偏頗，其實不無道理。因為在今天看來，物理學(xué)更多的是體現(xiàn)出一種智能，“代表著一套獲取知識、組織和應(yīng)用知識的有效步驟和方法，把這套方法用到什么問題上，這問題就變成了物理學(xué)?！保ㄚw凱華語）,物理是一種智能,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物

26、理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄,再次，物理還是一種文化。從廣義來說，文化指的是人類歷史實踐過程中創(chuàng)造的物質(zhì)財富和精神財富的總和。它包括科學(xué)文化和人文文化。同樣地，物理學(xué)家在長期科學(xué)實踐中所創(chuàng)造的大量物質(zhì)產(chǎn)品與精神產(chǎn)品，也就構(gòu)成了物理文化。物理文化是科學(xué)文化的重要組成部分。大家知道，物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，它的基本研究方式就是實踐，因而在客觀性上表現(xiàn)為“真”；物理學(xué)創(chuàng)造的成果最終

27、是為了造福于人類，它在目的性上體現(xiàn)出“善”；另外，物理學(xué)還在人的情感、意識等多方面反映了“美”。,物理是一種文華,正因為物理學(xué)本身兼具真、善、美的三重屬性，我們完全有理由說，物理不僅是一種文化，而且是一種高層次、高品位的文化。物理學(xué)是求真的。物理最講究實證，物理學(xué)家在科學(xué)研究活動中最基本的態(tài)度就是實事求是，堅守“實踐是檢驗真理唯一標(biāo)準(zhǔn)”的原則。正如物理學(xué)家費曼所說：“不論你的想法有多美，不論你什么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實驗

28、不符便是錯了，簡簡單單，這就是科學(xué)”。可以說，物理學(xué)的發(fā)展史，就是一部不斷修正錯誤、不斷逼近真理的“求真”史。,物理是一種文華,物理學(xué)是從善的。物理學(xué)致力于將人從自然中解放出來，從必然王國走向自由王國，幫助人們不斷認識自己，促使人的生活趨于高尚。這是物理學(xué)的價值取向和終極目標(biāo)，因而物理學(xué)的本質(zhì)是從善的；另外，物理學(xué)家的行為也是從善的。愛因斯坦曾這樣評價居里夫人和以她為代表的杰出物理學(xué)家：“第一流人物對時代和歷史進程的意義，在其道德方

29、面，也許比單純的才智成就更大”。他們那種嚴謹求實的態(tài)度、獻身科學(xué)的精神，熱愛人民的情懷等等，對于后人無疑是一份尤為珍貴的人文財富。,物理是一種文華,物理學(xué)是至美的。德國物理學(xué)家海森伯說過：美是真理的光輝；羅馬哲學(xué)家普洛丁又說過：善是美的本原。由此，物理學(xué)因真而美、因善而美就是十分自然的了。物理的美屬于科學(xué)美，主要體現(xiàn)于簡單、對稱和統(tǒng)一；對稱則統(tǒng)一，統(tǒng)一則簡單，它們構(gòu)成了物理學(xué)的基本美學(xué)準(zhǔn)則。,物理是一種文華,翻開物理學(xué)的篇章，可以發(fā)現(xiàn)到

30、處都跳動著美的音符，體現(xiàn)了人們對美的追求與創(chuàng)造。僅以統(tǒng)一性為例。當(dāng)代物理學(xué)的發(fā)展，正朝著兩個相反的研究方向延伸：最宏大的宇宙與最微小的粒子。令人感到驚訝的是，隨著研究的深入，它們兩者并非是分道揚鑣、越走越遠，反倒顯示出不少殊途同歸、相反相成的跡象。例如，粒子物理學(xué)的一些研究成果常被天體物理學(xué)家所借鑒，用來探尋宇宙早期演化的圖象；(正由于此，粒子物理學(xué)在某種意義上也被稱為“宇宙考古學(xué)”。) 反過來，宇宙物理學(xué)的研究也為粒子物理學(xué)家

31、提供了豐實的信息與印證。于是，物理學(xué)中兩個截然相反的分支，就這般奇妙地銜接在了一起——猶如一條怪蟒咬住了自己的尾巴。,物理是一種文華,又如，英國物理學(xué)家狄拉克首先發(fā)現(xiàn)，在自然界的某些物理量之間存在著下列引人注目的關(guān)系：宇宙半徑/電子半徑≈10(40次)，宇宙年齡/強衰變粒子壽命≈10(40次)，氫核與電子的電力/氫核與電子的引力≈10(40次)，……在上述比數(shù)中，宇宙這個最大的系統(tǒng)，與基本粒子這個最小系統(tǒng)之間，竟然珠聯(lián)璧合達到了如此完美

32、的統(tǒng)一，讓我們再次領(lǐng)略到了物理世界的美，一種動人心弦的壯麗的美。正是這許多美不勝收的事例，激發(fā)起人們對大自然由衷的贊嘆與敬畏，難怪愛因斯坦會說：“宇宙間最不可理解的，就是宇宙是可以理解的”。通過以上分析，我們對于物理有了一個較為全面的認識：它既是一門科學(xué)，又是一種智能，更是一種文化。,物理是一種文華,作為一名物理教師，能對自己所任教的物理作一番全方位的審視與剖析，這是十分必要的。一方面可使我們看到，物理原來有著如此豐富的的內(nèi)涵，從而

33、會更自覺、有意識的去挖掘和開發(fā)它的育人功能，全面提升教學(xué)質(zhì)量；另一方面又使我們看到，物理原來有著如此美好的稟性，從而會更加鐘愛物理，更有激情地去從事物理教學(xué)。我以為，只有真正熱愛物理的物理教師，才能做到不僅教會學(xué)生理解物理、應(yīng)用物理，而且還進一步引導(dǎo)他們?nèi)ジ形蛭锢?、欣賞物理。,物理是一種文華,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄

34、,這是一個看似簡單卻又十分根本的問題，要正確回答并非易事。筆者對此問題的認識，就經(jīng)歷過從“知識本位”到“學(xué)科本位”，最后又回歸到“學(xué)生本位”這樣一個曲折漸進的過程。有很長一段時期，我都把物理教學(xué)的目標(biāo)鎖定在知識層面上，認為教物理就是要把物理知識盡可能多地傳授給學(xué)生，以供他們今后一生的受用。因為我信奉“知識就是力量”。然而令人困惑的是，我們授予學(xué)生什么多的物理知識，其中不乏象“F=ma”這類極其重要的知識，但在他們往后的生活和工作中，

35、卻很少顯示出有什么直接的功用。,為什么教物理,以至過了若干年后，許多學(xué)生把所學(xué)的物理知識幾乎忘得一干二凈，用他們的話說，“全部都還給老師了”。我為此感到深深的失落；但每當(dāng)我向他們提出“高中三年豈不白讀了”的反詰時，這些離開學(xué)校多年的學(xué)生，卻又都會異口同聲地作出否定的回答，一致認為高中階段的學(xué)習(xí)，對于他們的成長起到了重要的奠基作用，可又說不清究竟是哪些具體知識所起的作用。我想，這大概好比吃飯，誰都不會否認吃飯對于生存的意義，然而誰又都說不

36、清楚，吃了這頓飯究竟是在身上的什么地方長了塊肉。,為什么教物理,一位畢業(yè)已有二十余年的學(xué)生，曾與筆者聊起他“印象最深”的一堂物理課。原來那堂課講的是重力勢能。當(dāng)時為了說明重力勢能的相對性，我曾向?qū)W生提出過這樣的問題：有人站在五樓的窗臺上要往下跳，你說危險嗎？開始大家都認為這太玩命了，后來仔細一琢磨，又全都樂了：你別往窗外跳，往窗里跳不就沒事了嗎？這位學(xué)生覺得這個例子特有意思，于是經(jīng)久不忘；但問他該例說明了什么物理知識時，他說忘了。正當(dāng)我

37、面露憾色時，他緊接著的一番話卻令人寬慰，他說：“這個例子使我懂得凡事都是相對的，從不同角度看會有不同的結(jié)果”。盡管這堂課所傳授的物理知識，這位學(xué)生已經(jīng)遺忘殆盡，但通過有關(guān)知識的學(xué)習(xí)而凝煉成的思想、方法等，卻在他的心里銘刻上深深的印記。從這個意義上說，二十多年前的這堂物理課，對他不也是極有價值的嗎？學(xué)生從高中畢業(yè)后，他們中的大多數(shù)可能將告別物理，所學(xué)的物理知識終究會被忘記，到那時再回頭審視一下：物理教學(xué)留給他們的還有些什么呢？如果在他

38、們的身上，體現(xiàn)不出物理所給予的才智與啟迪，那將是物理教學(xué)的失敗。,為什么教物理,由此看來，具體的知識通常只是作為教學(xué)的載體，在知識的背后還有更多值得我們?nèi)プ非蟮臇|西。正如我國資深科學(xué)家錢偉長教授說的：“我在大學(xué)里學(xué)的是物理學(xué)，…….以物理學(xué)為對象我學(xué)到了調(diào)查研究，收集資料，分析資料和邏輯思維的能力，物理學(xué)的知識有時是很有用的，但通過物理學(xué)學(xué)到的這些能力，比物理學(xué)知識更有用。”錢老在讀書時就是通過“物理學(xué)”這個載體，獲得了很多比物理知識更

39、重要的能力。所以，那種將物理教學(xué)等同于物理知識教學(xué)的看法是偏面的，而以“知識本位”來確立物理教學(xué)目標(biāo)取向的做法同樣是短視的。,為什么教物理,隨著教學(xué)實踐的深入，教師一般都會對自己所任教的學(xué)科日臻熟悉，從而格外鐘愛?？赡苁鞘芰诉@種職業(yè)情感的影響，我還一度把物理教學(xué)的目標(biāo)，定位于“將盡可能多的學(xué)生培養(yǎng)成為物理學(xué)家或物理工作者”。尤其是當(dāng)我從農(nóng)村普通中學(xué)調(diào)入重點高中，面對的是一個個聰穎好學(xué)的學(xué)生時，這種愿望愈顯強烈。但我不久就發(fā)現(xiàn)，其它學(xué)科的

40、教師大概也出于各自的職業(yè)偏好，都對學(xué)生有著與我類似的期望。這樣一來，大家自掃門前雪，各唱各的調(diào)，沒能將各學(xué)科的分力凝聚成一股合力，實際效果當(dāng)然就差強人意了。尤其令我沮喪的是，班上那些物理學(xué)習(xí)優(yōu)秀的“得意門生”，日后直接從事物理專業(yè)的竟然也少之又少。正當(dāng)我陷于迷惘之時，復(fù)旦大學(xué)原校長楊福家先生的一則事例給了自己極大的啟迪。,為什么教物理,當(dāng)年復(fù)旦大學(xué)曾對核物理專業(yè)的畢業(yè)生的去向做過一次調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有不到十分之一的學(xué)生畢業(yè)后從事與核物

41、理有關(guān)的工作，其余的都紛紛改行，活躍在金融、企業(yè)或行政等崗位上。對此，多數(shù)人都斷言這是物理系的失敗，而楊福家卻認為這正是“復(fù)旦”的成功。因為，通過這四年本科的物理教育，使學(xué)生具備了良好的素質(zhì)，為他們今后的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)，于是畢業(yè)后都能很快適應(yīng)各種不同領(lǐng)域的工作。,為什么教物理,這也印證了趙凱華先生的話：“一個人學(xué)了物理之后干什么都可以，他的物理沒有白學(xué)。在我看來，對于學(xué)物理的人無所謂‘改行’……?！苯?jīng)過上述曲折的認識歷程，使我逐漸

42、看清了物理教學(xué)最終目標(biāo)的聚焦點，既不在知識的本位上，也不在學(xué)科的本位上，而應(yīng)該落實在我們的教育對象——學(xué)生的本位上。,為什么教物理,對于“為什么教物理”這個問題，也可以反過來設(shè)問：“如果我們不教物理，學(xué)生不學(xué)物理，將會對他們今后的發(fā)展留下那些缺憾？”一種顯而易見的回答是，學(xué)生將因此學(xué)不到許多重要的物理知識。這話沒錯，但不夠全面。因為除此之外，學(xué)生還將失去更為重要的，有關(guān)科學(xué)方法、科學(xué)精神等方面的培養(yǎng)與熏陶，從而最終影響他們的科學(xué)

43、素養(yǎng)的提高。,為什么教物理,當(dāng)前，物理已經(jīng)深入到社會的方方面面，成為每一位有教養(yǎng)的公民都必須懂得的知識。對于大多數(shù)學(xué)生來說，他今天學(xué)習(xí)物理的目的，恐怕不是為了明天去進一步研究物理，而是有助于他去面對或決策所遇到的大量非物理的問題，為他們今后一生的文明、健康，高質(zhì)量的生活奠定基礎(chǔ)。正如《面向全體美國人的科學(xué)》一書中所說的：“教育的最高目標(biāo)是為了使人們能夠過一個實現(xiàn)自我和負責(zé)任的生活作準(zhǔn)備?！?據(jù)此，對于“為什么教物理”這個問題，最確切的答

44、案就是：為提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)而教?！@應(yīng)該成為我們的物理教學(xué)觀。,為什么教物理,眾所周知，生物基因?qū)τ谏镞M化有著非同小可的作用，極其細微的基因差異，往往會導(dǎo)致生物之間的巨大差別。受此啟發(fā)，有不少社會學(xué)者正致力于尋求在人類文化傳承與發(fā)展過程中，有著哪些最為核心的要素，從而提出了“文化基因”的概念，并將其定義為人類文化系統(tǒng)中的“遺傳密碼”。文化基因的核心是思維方式和價值觀念。人類的進化比一般的生物進化更為復(fù)雜，它具有雙重進化

45、機制，除了生物基因進化機制外，還有文化基因進化機制。教育正是推動文化基因機制的重要途徑。學(xué)校教育的要義，不只是文化現(xiàn)象的展示與詮釋，而在于文化基因的傳承和發(fā)展。物理教育當(dāng)然也不例外。,為什么教物理,什么，蘊含在物理教學(xué)中的“文化基因”究竟有些什么呢？筆者以為主要體現(xiàn)為三個方面，即科學(xué)知識、科學(xué)方法和科學(xué)精神，因為這三者是構(gòu)成科學(xué)素養(yǎng)最基本的要素。如果將科學(xué)素養(yǎng)比擬為一座金字塔，什么科學(xué)知識猶如塔基，科學(xué)方法就是塔身，科學(xué)精神則是塔尖。

46、物理教學(xué)的最高宗旨，就是為了構(gòu)建這座宏偉的科學(xué)素養(yǎng)之塔而添磚加瓦。換言之，物理教學(xué)的核心價值就在于促進學(xué)生實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)化：一是把人類社會積累的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生個體的知識，使他們知識世界是什么樣的，成為一個客觀的人；二是把前人從事智力活動的思想方法轉(zhuǎn)化為學(xué)生認識能力，使他們明白世界為什么是這樣的，成為一個理性的人；三是把蘊含在知識中的觀念、態(tài)度等轉(zhuǎn)化為學(xué)生的行為準(zhǔn)則，使他們懂得怎樣使世界更美好，成為一個創(chuàng)造的人。,為什么教物理,1. 生活中

47、的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄,1、物理學(xué)基本概念2、基本原理3、基本方法以及它們之間的關(guān)系,2,物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu),1、物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。2、物理學(xué)是一門嚴密的理論科學(xué)。3、物理學(xué)是一門定量的精密科學(xué)。4、物理學(xué)是一門應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)科學(xué)。5、物理學(xué)是一門帶有方法論性質(zhì)的科學(xué),3,物理學(xué)的學(xué)科特點,這五個特點表明物理學(xué)

48、的學(xué)科結(jié)構(gòu)中的五個基本成分：,實驗基礎(chǔ) 邏輯關(guān)系 數(shù)學(xué)表述思想方法 應(yīng)用價值其中核心的本質(zhì)特征有三：實驗 ——基礎(chǔ)物理思想——主干（概念、定理邏輯、方法）數(shù)學(xué)——工具（定量、公式、推理）,4,物理學(xué)的三要素,“實驗”、“物理思想”、“數(shù)學(xué)”。物理學(xué)：始原于伽利略——找到根基“實驗”奠基于牛

49、頓——找到“物理思想”、“數(shù)學(xué)方法”才發(fā)展到今天的規(guī)模。,5,物理思維特征1．模型化 抓住其主要的特征，而舍去那些次要的因素，形成一種經(jīng)過抽象概括了的理想化的“典型”。是一種思維的形式。,2．多級性 一個物理問題的提出、解決，其后所牽涉到的問題，可能有許多個環(huán)節(jié)，問題的解決所經(jīng)歷的思維過程，往往需要分作幾個過程、階段或幾個方面、幾步。須經(jīng)歷分析、綜合的相互轉(zhuǎn)換，往復(fù)循環(huán)，逐級上升。,3．多向性

50、 許多物理問題的解決，并不只有一種辦法 或者并不只有一個結(jié)果存在 ，這是求異、發(fā)散思維的靈活性、廣闊性的體現(xiàn) 。,4．表述的多樣性 文字、符號、圖像、其他,5．思維的轉(zhuǎn)換 研究對象的轉(zhuǎn)換、物理模型的轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)換等是常見的。,6．假設(shè)與驗證 驗證的方法，可以是間接的方法，即推理的方法，也可以是直接的檢查，即實驗的方法。,7．實踐性,物理知識特點,1、量綱問題 物理量后面一定要寫單位。不

51、同量綱不能相加、相等 2、概念 熟悉 有點熟悉，但需要糾正和加深 新引入,3、規(guī)律的應(yīng)用,① ．由一般向個別轉(zhuǎn)換 規(guī)律是共同的，怎么用規(guī)律解決問題，需要教師引導(dǎo)學(xué)生理解。,②．研究對象的實體向物理圖景轉(zhuǎn)換。 對研究對象進行抽象思維，形成一定條件下的清晰的物理圖景，有助于學(xué)生思維的正常啟動。,③．物理過程向物體的狀態(tài)轉(zhuǎn)化。 復(fù)雜的物理過程的分解 特殊物理

52、狀態(tài)的把握 物理過程中量與量之間的關(guān)系,④．已知條件向解題目標(biāo)轉(zhuǎn)換。 規(guī)律比目標(biāo)更有用。首先是使用什么規(guī)律，然后才是求什么。⑤．文字敘述向示意圖形轉(zhuǎn)換,1. 生活中的物理2. 物理的定義3. 物理是一門學(xué)科3. 物理是一種智能4. 物理是一種文華5. 為什么教物理6. 如何學(xué)物理,目錄,這是一個極具個性化的問題。正如“有一百個演員就會有一百個哈姆雷特”那樣，有多少位物理老師就可能有多少種教法。但是一百

53、個哈姆雷特仍應(yīng)是哈姆雷特；同樣地，物理教學(xué)方法可以千變?nèi)f化，但都不能背離其自身的特點和目標(biāo)。這就是說，我們在討論怎樣教物理這個“方法論”問題時，必須以“本體論”問題(什么是物理)為依據(jù)，以“價值論”問題(為什么教物理)作導(dǎo)向，只有緊緊抓住這兩頭，物理教學(xué)的改革才不致走偏方向。,怎樣教物理,筆者從事物理教學(xué)數(shù)十年，圍繞“怎樣教”的問題進行過較長時期的摸索，也積累了一些教學(xué)經(jīng)驗與方法，但如果將它們置于教育哲學(xué)的高度，并加以理性的過濾，那

54、最后留下來的，大概只是“關(guān)注過程，優(yōu)化過程”這幾個字了。我認為這正是教好物理的關(guān)鍵之所在。,怎樣教物理,作為教學(xué)范疇內(nèi)的知識，一般有著兩種形態(tài)：一種是外顯的學(xué)術(shù)形態(tài)，另一種是內(nèi)隱的教育形態(tài)，前者具有實用的價值，后者具有教化的功能。如果我們把知識比喻為一座冰山，它的學(xué)術(shù)形態(tài)只是露出水面的一角，而它的教育形態(tài)則猶如淹沒在水下那渾厚的山體。,怎樣教物理,比如以“電磁感應(yīng)”為例。有關(guān)這種物理現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及變化規(guī)律等知識，教科書是以準(zhǔn)確的定義、

55、嚴密的推理，白紙黑字形式化地寫在了上面，它所呈現(xiàn)的就是該知識的學(xué)術(shù)形態(tài)。而它的教育形態(tài)，諸如：猜想假設(shè)、實驗歸納等科學(xué)思想方法，電磁互變、世界多樣統(tǒng)一的科學(xué)觀念，以及法拉弟鍥而不舍、十年磨一劍的科學(xué)態(tài)度與精神等等，則大多隱含于字里行間，不會自動凸現(xiàn)，有待我們?nèi)ド钊胪诰蚺c開發(fā)。知識的學(xué)術(shù)形態(tài)往往是一些符號，單憑符號的學(xué)習(xí)是無法提升智能的。有的學(xué)生即便看懂了課文字面的意思，甚至也會做題目，但到頭來卻不理解學(xué)了這些知識的意義是什么，價值在

56、哪里。究其原因，就是因為他們還沒有深入下去，進一步觸及到知識的教育形態(tài)。,怎樣教物理,對于學(xué)生來說，知識的價值主要體現(xiàn)為：功利價值(為個體實現(xiàn)其目標(biāo)提供方法與手段)，認知價值(用以訓(xùn)練心智，提高認知能力與水平)，以及發(fā)展價值(陶冶情操，修煉品性，促進人的全面發(fā)展)，它們構(gòu)成了一組由低到高的價值層次。教學(xué)實踐表明，知識價值的發(fā)揮與知識所處的形態(tài)是密切相關(guān)的。當(dāng)教學(xué)活動僅僅在知識的學(xué)術(shù)形態(tài)層面上徘徊時，知識多半只能發(fā)揮出有限的功利價值，

57、只有一旦深入到知識的教育形態(tài)之后，才能使它的價值提升到更高的水平。,怎樣教物理,由于知識的學(xué)術(shù)形態(tài)通常以結(jié)果的形式來呈現(xiàn)，而它的教育形態(tài)則蘊含于過程之中，因此，教學(xué)就必須關(guān)注過程、突出過程，堅持以過程為主線的原則。教師要盡力為學(xué)生營造一片廣闊的時空，引導(dǎo)他們?nèi)ヌ綄?dǎo)知識的淵源，揭示知識的本質(zhì)，進而體會物理的價值，感悟物理的美感，這才是成功的物理教學(xué)，也正是我們提出要關(guān)注教學(xué)過程的緣由。,怎樣教物理,1969年法國數(shù)學(xué)家曼德布羅特曾提出“英

58、國的海岸線有多長”的問題，隨著對這一問題的深入研究，導(dǎo)致了一門新學(xué)科——分形的誕生。分形最重要的原理是自相似性。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，自然界中原來存在著什么多的“分形”或“自相似結(jié)構(gòu)”(即局部中又包含著整體的無窮嵌套的幾何結(jié)構(gòu))。例如起伏的山脈、閃電的軌跡、晶瑩的雪花、金屬的斷面，等等。眾多復(fù)雜事物的無規(guī)律性，卻以出人意料的規(guī)律性呈現(xiàn)出來，使人們能夠從部分中認識整體，在無序中把握有序。,怎樣教物理,回溯到一個世紀前，法國的胚胎學(xué)家?？藸柊l(fā)現(xiàn)

59、，從種細胞成長為成熟的個體，高等生物都要經(jīng)歷一個胚胎發(fā)育的過程，而這個過程正是該物種長期進化歷史的迅速而短暫的重演。此即“生物重演律”。重演現(xiàn)象其實是自相似規(guī)律的一種反映，除了生物進化外，在其它領(lǐng)域里也屢見不鮮。就以教學(xué)活動而言，學(xué)生從“未知”達到“真知”，需要經(jīng)歷一定的教學(xué)過程，而這一過程同樣也是以濃縮的方式，在短暫而迅速地重演著人類漫長的認識發(fā)展歷程。——我們不妨稱此為“教學(xué)重演律”。自相似理論或重演律不僅揭示了客觀世界的一

60、種普遍現(xiàn)象，而且還具有重要的方法論意義，我們將其作為指導(dǎo)教學(xué)的一種重要策略思想，可以有效地促進物理教學(xué)過程的優(yōu)化。,怎樣教物理,如果把科學(xué)家從事科學(xué)研究的過程視作為科學(xué)知識的原生產(chǎn)過程，那么學(xué)生接受科學(xué)教育的過程就是科學(xué)知識的再生產(chǎn)過程。理論與實踐都表明，這兩者之間并非涇渭分明、互不關(guān)聯(lián)，它們在本質(zhì)上有著極大的自相似性：學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是對人類文化發(fā)展過程的一種認知意義上的重演，他們學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序差不多就是前人探索科學(xué)的歷史順序。因此

61、，理想的科學(xué)教育應(yīng)該是，以濃縮的時空和必然的形式，重演人類豐富多彩的科學(xué)活動，讓學(xué)生去親歷探究的過程，感受科學(xué)的啟迪。這樣做不僅有助于學(xué)生更好地理解并掌握所學(xué)的知識，還能從中汲取前人的智能，領(lǐng)悟思想方法，陶冶科學(xué)精神，全方位提升他們的科學(xué)素養(yǎng)。,怎樣教物理,需指出的是，重演并不等于重復(fù)。如果將教學(xué)活動偏面地理解為一種歷史的“文化回音”，或者把教學(xué)過程機械地還原成科學(xué)研究過程，不加選擇的讓學(xué)生去重走歷史的老路，那將是荒謬的。正確的做法，應(yīng)

62、如玻利亞的“教學(xué)發(fā)生學(xué)原理”所指出的：“在教一個科學(xué)的分支(或一個理論、一個概念)時，我們應(yīng)讓孩子重蹈人類思想發(fā)展中那些最關(guān)鍵的步子。當(dāng)然我們不應(yīng)該讓他們重蹈過去的無數(shù)個錯誤，而僅僅是重蹈關(guān)鍵性步子”。為了在教學(xué)中正確選定并合理設(shè)置這些“關(guān)鍵性步子”，教師就有必要對教學(xué)的內(nèi)容進行一番深入的潛科學(xué)分析。所謂潛科學(xué)是相對于顯科學(xué)而言的。我們一般將那些已得到確證或世人公認的理論所構(gòu)成的常規(guī)科學(xué)稱之為顯科學(xué)，而它的前身，即那些處于孕育階段、尚未

63、成熟的科學(xué)胚胎就是潛科學(xué)?？茖W(xué)的發(fā)展總是由“潛”到“顯”，又由“顯”進入更高一級的“潛”，如此螺旋式地循環(huán)遞進，永無止境。寫在教科書上的科學(xué)結(jié)論固然重要，但它背后的孕育發(fā)展、由潛到顯的轉(zhuǎn)化歷程則更富啟迪。,怎樣教物理,楊振寧教授在上海接受記者采訪時，曾將他取得成功的奧秘歸結(jié)為這樣一句話：“要站在問題開始的地方，要面對原始的問題，而不要淹沒在文獻的海洋里?！边@不僅道出了一位杰出科學(xué)家的治學(xué)之道，對于物理教學(xué)也有極大的啟示：物理教學(xué)同樣不能

64、淹沒在結(jié)論和題目的海洋里，而應(yīng)將活生生的物理現(xiàn)象和物理過程，返樸歸真地展現(xiàn)開來，多讓學(xué)生面對原汁原味的物理問題，引導(dǎo)他們?nèi)ビH歷物理概念的形成過程，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，以及物理問題的解決過程，等等。,怎樣教物理,例如關(guān)于自由落體運動，“新課標(biāo)”教材就一改傳統(tǒng)模式，另辟了“伽利略對自由落體運動的研究”一節(jié)，不惜化較大的篇幅與筆墨，去追述當(dāng)年伽利略對自由落體規(guī)律的探究和思考，把科學(xué)大師在重大發(fā)現(xiàn)中所顯示的創(chuàng)造性的研究風(fēng)格和獨特的思維方法，刻畫