高中文理貫通教育的思考

1、高中文理貫通教育的思考高中文理貫通教育的思考浙江省寧波市效實(shí)中學(xué)浙江省寧波市效實(shí)中學(xué)姜水根姜水根高中文理貫通教育的思考高中文理貫通教育的思考v1 問題的提出問題的提出v2 解決問題的思路解決問題的思路v3 我們要進(jìn)行的研究我們要進(jìn)行的研究1 問題的提出問題的提出v1.1 從一次談判說起從一次談判說起v1.2 物理教學(xué)的現(xiàn)狀物理教學(xué)的現(xiàn)狀v1.2.1 脫離實(shí)際脫離實(shí)際v脫離實(shí)際脫離實(shí)際v有一個(gè)倔強(qiáng)系數(shù)為有一個(gè)倔強(qiáng)系數(shù)為8103n/m的彈簧放置在的彈簧放置在光滑的水平桌面上，將它的一端固定，它的光滑的水平桌面上，將它的一端固定，它的自由端系上一塊質(zhì)量為自由端系上一塊質(zhì)量為4.99kg的木塊。一顆的

2、木塊。一顆質(zhì)量為質(zhì)量為10g的子彈，以的子彈，以1000m/s的速度水平的速度水平射入這塊靜止的木塊并嵌在其中，彈簧被壓射入這塊靜止的木塊并嵌在其中，彈簧被壓縮從而做簡諧振動(dòng)。求彈簧的振動(dòng)周期?？s從而做簡諧振動(dòng)。求彈簧的振動(dòng)周期。 v有一個(gè)氧氣鋼瓶，放在室溫是有一個(gè)氧氣鋼瓶，放在室溫是27 c房間里，鋼瓶里氧氣的房間里，鋼瓶里氧氣的壓強(qiáng)是壓強(qiáng)是15 atm，現(xiàn)在把它放到溫度是，現(xiàn)在把它放到溫度是57 c的地方，鋼瓶中的地方，鋼瓶中的氧氣的壓強(qiáng)是多大？的氧氣的壓強(qiáng)是多大？ v用銷釘固定活塞把水平放置的容器分隔成用銷釘固定活塞把水平放置的容器分隔成ab兩部分，其體兩部分，其體積之比積之比 =2 1

3、，如圖，如圖2所示，起初所示，起初a中有溫度為中有溫度為127壓強(qiáng)壓強(qiáng)為為1.8pa的空氣，的空氣，b中有溫度為中有溫度為27壓強(qiáng)為壓強(qiáng)為1.2pa的空氣，的空氣，拔出銷釘，使活塞可以無摩擦地移動(dòng)（不漏氣），由于容器拔出銷釘，使活塞可以無摩擦地移動(dòng)（不漏氣），由于容器壁緩慢導(dǎo)熱，最后氣體都變到室溫壁緩慢導(dǎo)熱，最后氣體都變到室溫27，活塞也停止運(yùn)動(dòng)，活塞也停止運(yùn)動(dòng)，求最后氣體的壓強(qiáng)。求最后氣體的壓強(qiáng)。 ab圖2v如圖所示如圖所示,質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體在恒力的物體在恒力f的作用下沿天花的作用下沿天花板勻速滑動(dòng)，板勻速滑動(dòng)，f與水平方向的夾角為與水平方向的夾角為，物體與天花，物體與天花板之間的動(dòng)摩擦

4、因數(shù)為板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，則物體受到的摩擦力大，則物體受到的摩擦力大小是小是( )v（a）fcos v（b）fsin v（c）(fsin- mg ) v（d）(mg-fsin)圖6-15v國外物理教育國外物理教育v一個(gè)小孩重一個(gè)小孩重364n，坐在重，坐在重41n的凳子的凳子上，已知凳腿與地面接觸的總面積為上，已知凳腿與地面接觸的總面積為19.3cm3，問該小孩與凳子施加在地面，問該小孩與凳子施加在地面上的平均壓強(qiáng)為多少？上的平均壓強(qiáng)為多少？v宇航員與月球登陸艙都對(duì)月球表面產(chǎn)生壓強(qiáng)。宇航員與月球登陸艙都對(duì)月球表面產(chǎn)生壓強(qiáng)。如果月球艙的質(zhì)量約為如果月球艙的質(zhì)量約為7300kg，并且以直徑，并且

5、以直徑均為均為91cm的四個(gè)緩沖器座作為支撐，那么它的四個(gè)緩沖器座作為支撐，那么它施加在月球表面上的壓強(qiáng)是多少？你如何估施加在月球表面上的壓強(qiáng)是多少？你如何估計(jì)宇航員所產(chǎn)生的壓強(qiáng)？計(jì)宇航員所產(chǎn)生的壓強(qiáng)？v要建造一座功率輸出容量為要建造一座功率輸出容量為1000 mw的太陽的太陽能發(fā)電廠，如果太陽收集器是效率為能發(fā)電廠，如果太陽收集器是效率為 90 %的的光電池和反射鏡。它們產(chǎn)生的蒸汽供給渦輪光電池和反射鏡。它們產(chǎn)生的蒸汽供給渦輪發(fā)電機(jī)，效率為發(fā)電機(jī)，效率為30 %，問：收集器必須占多，問：收集器必須占多大面積的土地？大面積的土地？v1.2.2 省略過程省略過程v實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?v過程過程?v故事故事

6、?v趣味趣味?v1.2.3 輕視人文輕視人文v關(guān)于科學(xué)事件關(guān)于科學(xué)事件v關(guān)于科學(xué)結(jié)論關(guān)于科學(xué)結(jié)論v關(guān)于科學(xué)價(jià)值觀關(guān)于科學(xué)價(jià)值觀關(guān)于關(guān)于脫離實(shí)際脫離實(shí)際省略過程省略過程輕視人文輕視人文v1.3 物理教學(xué)效果物理教學(xué)效果v理科生理科生v理論理論v解題解題v結(jié)論結(jié)論v問題的癥結(jié)在哪里？問題的癥結(jié)在哪里？v應(yīng)試教育問題應(yīng)試教育問題v成才觀念問題成才觀念問題v社會(huì)、文化問題社會(huì)、文化問題 知識(shí)結(jié)構(gòu)的片面性問題是一個(gè)實(shí)際存在知識(shí)結(jié)構(gòu)的片面性問題是一個(gè)實(shí)際存在的問題，這個(gè)問題可能跟我們的基礎(chǔ)教育是的問題，這個(gè)問題可能跟我們的基礎(chǔ)教育是有關(guān)的，應(yīng)試教育可能是一個(gè)因素。有關(guān)的，應(yīng)試教育可能是一個(gè)因素。2 解決問

7、題的思路解決問題的思路v2.1 取消文理分科取消文理分科v現(xiàn)在行得通嗎？現(xiàn)在行得通嗎？v2.2 改革教材改革教材v教材改革之路教材改革之路v省版教材省版教材v試用本試用本v甲、乙種本甲、乙種本v必修加選修必修加選修v較高要求和基本要求較高要求和基本要求v新課程必修加選修新課程必修加選修v多年改革的效果如何？多年改革的效果如何？v2.3 改革課程改革課程v全方位的改革全方位的改革v教材內(nèi)容教材內(nèi)容v課程結(jié)構(gòu)課程結(jié)構(gòu)v教學(xué)方式教學(xué)方式v評(píng)價(jià)體系評(píng)價(jià)體系v組織形式組織形式v我們可以做什么？我們可以做什么？ 多少年來的教材改革沒有解決學(xué)生的知多少年來的教材改革沒有解決學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)問題，多少年來的教育

8、改革沒有解決識(shí)結(jié)構(gòu)問題，多少年來的教育改革沒有解決學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重的問題，當(dāng)前的新課程改學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重的問題，當(dāng)前的新課程改革又一次給我們帶來了一些希望。革又一次給我們帶來了一些希望。3 我們要進(jìn)行的研究我們要進(jìn)行的研究v3.1 總體目標(biāo)總體目標(biāo)v選修課的教材研究和教學(xué)實(shí)踐選修課的教材研究和教學(xué)實(shí)踐v3.1.1 課程性質(zhì)課程性質(zhì)v形式形式 校本選修校本選修v內(nèi)容內(nèi)容 以物理學(xué)為中心的文理貫通知識(shí)以物理學(xué)為中心的文理貫通知識(shí)v目的目的 有效改善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)有效改善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)v 樹立科學(xué)精神和人文精神樹立科學(xué)精神和人文精神v3.1.2 研究的基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)v前期我們已經(jīng)做了有關(guān)的研究：前期

9、我們已經(jīng)做了有關(guān)的研究：v 對(duì)科學(xué)和哲學(xué)進(jìn)行了研究對(duì)科學(xué)和哲學(xué)進(jìn)行了研究v 對(duì)科學(xué)和文化進(jìn)行了研究對(duì)科學(xué)和文化進(jìn)行了研究v v連載連載1 怎樣看待古希臘哲學(xué)怎樣看待古希臘哲學(xué) 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年年1、2期合刊期合刊v連載連載2 孩子孩子哲學(xué)哲學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第3期期v連載連載3 科學(xué)和哲學(xué)的分水嶺科學(xué)和哲學(xué)的分水嶺 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第4期期v連載連載4 科學(xué)統(tǒng)一世界科學(xué)統(tǒng)一世界 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第5期期v連載連載5 理性理性實(shí)踐實(shí)踐信仰信仰 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理

10、教學(xué)參考2004年第年第6期期v連載連載6 悖論悖論,科學(xué)問題的哲學(xué)思辨科學(xué)問題的哲學(xué)思辨 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第7期期v連載連載7 智慧就是力量智慧就是力量 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第8期期v連載連載8 理念的世界理念的世界 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第9期期v連載連載9 科學(xué)規(guī)律的形式科學(xué)規(guī)律的形式 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第10期期v連載連載10 存在和變化存在和變化 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2004年第年第11期期v連載連載11 一半隨緣，一半隨機(jī)一半隨緣，一半隨機(jī) 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物

11、理教學(xué)參考2004年第年第12期期v連載連載12 科學(xué)和哲學(xué)的匯合科學(xué)和哲學(xué)的匯合 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2005年年1、2期合刊期合刊v連載連載13 從物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)不滅思想到守恒定律從物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)不滅思想到守恒定律 v 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2005年第年第3期期v連載連載14 人擇原理人擇原理 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2005年第年第4期期v連載連載15 永恒的魅力永恒的魅力 中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考2005年第年第5期期v連載連載1 東方文化的魅力東方文化的魅力 物理教師物理教師2007年第年第3期期v連載連載2 燦爛的古希臘文化燦爛的古希臘文化 物理教師

12、物理教師 2007年第年第4期期v連載連載3 科學(xué)的興起科學(xué)的興起 物理教師物理教師 2007年第年第5期期v連載連載4 科學(xué)改變了世界科學(xué)改變了世界 物理教師物理教師 2007年第年第6期期v連載連載5 人類的交通變革人類的交通變革 物理教師物理教師 2007年第年第7期期v連載連載6 從結(jié)繩記事到互聯(lián)網(wǎng)從結(jié)繩記事到互聯(lián)網(wǎng) 物理教師物理教師 2007年第年第8期期v連載連載7 娛樂的意義娛樂的意義 物理教師物理教師 2007年第年第9期期v連載連載8 戰(zhàn)爭文化的變遷戰(zhàn)爭文化的變遷 物理教師物理教師 2007年第年第10期期v連載連載9 凝固的音樂凝固的音樂 物理教師物理教師 2007年第年第

13、11期期v連載連載10 文明的兩翼文明的兩翼 物理教師物理教師 2007年第年第12期期v連載連載11 科學(xué)精神科學(xué)精神 物理教師物理教師 2008年第年第1期期v連載連載12 科學(xué)美科學(xué)美 物理教師物理教師 2008年第年第2期期v連載連載13 科學(xué)的文化背景科學(xué)的文化背景 物理教師物理教師 2008年第年第3期期v連載連載14 科學(xué)的社會(huì)建制科學(xué)的社會(huì)建制 物理教師物理教師 2008年第年第4期期v連載連載15 從蒙難到和諧從蒙難到和諧 物理教師物理教師 2008年第年第5期期v連載連載16 法的科學(xué)背景法的科學(xué)背景 物理教師物理教師 2008年第年第6期期v連載連載17 文化的載波文化的

14、載波 物理教師物理教師 2008年第年第8期期v連載連載18 理性的呼喚理性的呼喚 物理教師物理教師 2008年第年第9期期v連載連載19 時(shí)代精神的精華時(shí)代精神的精華 物理教師物理教師 2008年第年第10期期v對(duì)當(dāng)前教育界課題立項(xiàng)的兩點(diǎn)困惑：對(duì)當(dāng)前教育界課題立項(xiàng)的兩點(diǎn)困惑：v1.研究期限為研究期限為2年？年？v2.研究結(jié)果一定成功？研究結(jié)果一定成功？v這項(xiàng)研究做過了！這項(xiàng)研究做過了！v這項(xiàng)研究成功了？這項(xiàng)研究成功了？v3.1.3 課程的實(shí)施課程的實(shí)施 我們?cè)谒伎嫉膯栴}：我們?cè)谒伎嫉膯栴}：v教材具有怎樣的面貌？教材具有怎樣的面貌？v授課模式會(huì)有變化嗎？授課模式會(huì)有變化嗎？v怎樣促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展

15、？怎樣促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展？ 以校本課程的形式進(jìn)行這項(xiàng)改革，具有以校本課程的形式進(jìn)行這項(xiàng)改革，具有靈活性。如果這項(xiàng)改革失敗了，那么就轉(zhuǎn)向靈活性。如果這項(xiàng)改革失敗了，那么就轉(zhuǎn)向別的方向。如果這項(xiàng)改革能成功，那么逐步別的方向。如果這項(xiàng)改革能成功，那么逐步把這門選修課變成必修課。把這門選修課變成必修課。v3.2 本課程內(nèi)容介紹本課程內(nèi)容介紹v3.2.1 四個(gè)板塊四個(gè)板塊v古希臘古希臘文明文明v科學(xué)的文化背景科學(xué)的文化背景v歷史上最美麗的實(shí)驗(yàn)歷史上最美麗的實(shí)驗(yàn)v科學(xué)家的思維科學(xué)家的思維v文理貫通與古希臘文明文理貫通與古希臘文明v關(guān)于西方文化的源頭關(guān)于西方文化的源頭v關(guān)于科學(xué)文化的源頭關(guān)于科學(xué)文化的源頭v古希

16、臘文明本身是文理貫通的古希臘文明本身是文理貫通的v文理貫通與科學(xué)文理貫通與科學(xué)的文化背景的文化背景v科學(xué)是一種文化科學(xué)是一種文化v科學(xué)科學(xué)的形式和內(nèi)容跟文化有關(guān)的形式和內(nèi)容跟文化有關(guān)v文理貫通與科學(xué)史文理貫通與科學(xué)史上的重要實(shí)驗(yàn)上的重要實(shí)驗(yàn)v實(shí)驗(yàn)不僅僅屬于科學(xué)的范疇實(shí)驗(yàn)不僅僅屬于科學(xué)的范疇v實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是人是人做的、是在做的、是在一定的歷史條件下一定的歷史條件下做的做的v科學(xué)實(shí)驗(yàn)本身是文理貫通的科學(xué)實(shí)驗(yàn)本身是文理貫通的v文理文理貫通與科學(xué)家貫通與科學(xué)家的思維的思維v科學(xué)家的思維不僅是科學(xué)的科學(xué)家的思維不僅是科學(xué)的v也是一定的歷史的、社會(huì)條件形成的也是一定的歷史的、社會(huì)條件形成的v科學(xué)家的思維內(nèi)容本

17、身也是文理貫通的科學(xué)家的思維內(nèi)容本身也是文理貫通的v3.2.2 三條線索三條線索v歷史歷史v詩歌詩歌v哲學(xué)哲學(xué)第第1條線索：科學(xué)史教育條線索：科學(xué)史教育關(guān)于科學(xué)史的認(rèn)識(shí)關(guān)于科學(xué)史的認(rèn)識(shí) 必然性和偶然性問題必然性和偶然性問題關(guān)于科學(xué)史教學(xué)的做法關(guān)于科學(xué)史教學(xué)的做法 引入引入 簡單化簡單化 割裂割裂v下面列舉的事例中，正確的是（下面列舉的事例中，正確的是（ ）。）。v（a）居里夫婦用）居里夫婦用粒子轟擊鋁箔時(shí)發(fā)現(xiàn)了正電子粒子轟擊鋁箔時(shí)發(fā)現(xiàn)了正電子v（b）盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說成功地解釋了氫原子）盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說成功地解釋了氫原子的發(fā)光現(xiàn)象的發(fā)光現(xiàn)象v（c）麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫）

18、麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實(shí)驗(yàn)方法給予證實(shí)茲用實(shí)驗(yàn)方法給予證實(shí)v（d）玻爾建立了量子理論，解釋了各種原子發(fā)光）玻爾建立了量子理論，解釋了各種原子發(fā)光現(xiàn)象現(xiàn)象v把科學(xué)家和科學(xué)成就進(jìn)行連線把科學(xué)家和科學(xué)成就進(jìn)行連線 v牛頓牛頓 萬有引力定律萬有引力定律v法拉第法拉第 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律v愛因斯坦愛因斯坦 相對(duì)論相對(duì)論v玻爾玻爾 量子理論量子理論v歷史故事給人以貫通的脈絡(luò)歷史故事給人以貫通的脈絡(luò)v牛頓的少年時(shí)代牛頓的少年時(shí)代v倫敦的瘟疫倫敦的瘟疫v劍橋的放假劍橋的放假v牛頓的研究牛頓的研究v三句名言，三個(gè)故事三句名言，三個(gè)故事v尤里卡尤里卡v給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬動(dòng)地球給我一個(gè)

19、支點(diǎn)，我就能撬動(dòng)地球v不要?jiǎng)游业膱D不要?jiǎng)游业膱D后續(xù)的故事后續(xù)的故事羊皮書的故事羊皮書的故事阿基米德的著作在中世紀(jì)阿基米德的著作在中世紀(jì)有有3個(gè)副本個(gè)副本10世紀(jì)抄在羊皮紙上（希臘文）世紀(jì)抄在羊皮紙上（希臘文）12世紀(jì)一名僧侶得到羊皮書洗凈墨跡抄寫祈禱文世紀(jì)一名僧侶得到羊皮書洗凈墨跡抄寫祈禱文1906年哥本哈根大學(xué)教授發(fā)現(xiàn)給書上有阿基米德著作年哥本哈根大學(xué)教授發(fā)現(xiàn)給書上有阿基米德著作19191922年年發(fā)生希土戰(zhàn)爭該書失蹤發(fā)生希土戰(zhàn)爭該書失蹤1998年該書現(xiàn)身，被拍賣后送巴爾的摩華特斯美術(shù)館年該書現(xiàn)身，被拍賣后送巴爾的摩華特斯美術(shù)館古文物復(fù)原專家復(fù)原阿基米德著作古文物復(fù)原專家復(fù)原阿基米德著作恢復(fù)

20、了恢復(fù)了80%華特斯美術(shù)館善本書籍部主任：華特斯美術(shù)館善本書籍部主任：“這猶如從公元前這猶如從公元前3世紀(jì)收到一份傳真。真是令人興奮不已。世紀(jì)收到一份傳真。真是令人興奮不已?！笨茖W(xué)史教育科學(xué)史教育 不僅是我們物理教學(xué)的內(nèi)容不僅是我們物理教學(xué)的內(nèi)容 而且也是進(jìn)行素質(zhì)教育的方法而且也是進(jìn)行素質(zhì)教育的方法科學(xué)史教育科學(xué)史教育 科學(xué)知識(shí)與技能的傳授科學(xué)知識(shí)與技能的傳授 科學(xué)過程與科學(xué)方法的教學(xué)，科學(xué)過程與科學(xué)方法的教學(xué)， 科學(xué)情感、科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀的教育?？茖W(xué)情感、科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀的教育。 v第第2條線索：詩歌條線索：詩歌v詩歌給人以聯(lián)想的意象詩歌給人以聯(lián)想的意象 丘成桐描述陳省身的陳氏類的研究：丘成

21、桐描述陳省身的陳氏類的研究：采菊東籬下采菊東籬下悠然見南山悠然見南山 丘成桐描述自己的超對(duì)稱的引力場結(jié)構(gòu)的研究：丘成桐描述自己的超對(duì)稱的引力場結(jié)構(gòu)的研究： 落花人獨(dú)立落花人獨(dú)立微雨燕雙飛微雨燕雙飛 朱夏院士：朱夏院士：紅巖百丈英雄嶺，紅巖百丈英雄嶺，捻指油砂自在香。捻指油砂自在香。似挽流光酬寂寞，似挽流光酬寂寞，格孜湖水擁斜陽。格孜湖水擁斜陽。關(guān)于牛頓的評(píng)價(jià)關(guān)于牛頓的評(píng)價(jià)關(guān)于牛頓的傳記關(guān)于牛頓的傳記牛頓自己的語錄牛頓自己的語錄都沒有詩歌浪漫，給人以聯(lián)想都沒有詩歌浪漫，給人以聯(lián)想 墓志銘墓志銘 這兒安睡著伊薩克這兒安睡著伊薩克牛頓爵士。他以超乎常人牛頓爵士。他以超乎常人的智力，用他所發(fā)明的數(shù)學(xué)方

22、式，第一次證明了行的智力，用他所發(fā)明的數(shù)學(xué)方式，第一次證明了行星的運(yùn)動(dòng)和圖像，彗星的軌道和大海的潮汐；他研星的運(yùn)動(dòng)和圖像，彗星的軌道和大海的潮汐；他研究了各種不同的光線，以及由此所產(chǎn)生的顏色的性究了各種不同的光線，以及由此所產(chǎn)生的顏色的性質(zhì)，而這些都是別人連想都沒想到的；對(duì)于自然、質(zhì)，而這些都是別人連想都沒想到的；對(duì)于自然、歷史和圣經(jīng)，他是一個(gè)勤奮、敏銳而忠實(shí)的銓釋者。歷史和圣經(jīng)，他是一個(gè)勤奮、敏銳而忠實(shí)的銓釋者。他用他的哲學(xué)證明了上帝的威嚴(yán)；他渡過了新教徒他用他的哲學(xué)證明了上帝的威嚴(yán)；他渡過了新教徒式的簡樸的一生。所有活著的人都為有他這樣一位式的簡樸的一生。所有活著的人都為有他這樣一位偉人而

23、感到幸福。偉人而感到幸福。 （蒲柏為牛頓寫的墓志銘）（蒲柏為牛頓寫的墓志銘）nature and natures law lay hid in night.god said, let newton be! and all was light.（蒲柏為牛頓寫的墓志銘）（蒲柏為牛頓寫的墓志銘）大自然及其規(guī)律大自然及其規(guī)律在黑暗中。在黑暗中。上帝說上帝說 讓牛頓去吧！讓牛頓去吧！于是一片光明。于是一片光明。（給牛頓建立科學(xué)理論附一首詩給牛頓建立科學(xué)理論附一首詩）一往倫敦抱敬思，劍河橋影斷腸時(shí)。一往倫敦抱敬思，劍河橋影斷腸時(shí)。千般落木見無數(shù)，萬物相引夢有知。千般落木見無數(shù)，萬物相引夢有知。昨念平拋隨歸

24、雁，今看星箭走西寺。昨念平拋隨歸雁，今看星箭走西寺。今朝留影功勛樹，再訪英倫會(huì)有期。今朝留影功勛樹，再訪英倫會(huì)有期。 （給牛頓建立科學(xué)理論附一首詩給牛頓建立科學(xué)理論附一首詩）夜幕下的沃斯索普村四周如夢，一片蛙聲回味著蘋果落地的瞬間追思著太陽色彩的光影那是大自然表演的精彩一幕引無數(shù)學(xué)子求索一生（給給阿基米德開創(chuàng)科學(xué)研究附一首詩阿基米德開創(chuàng)科學(xué)研究附一首詩）先賢希臘哲如林，獨(dú)立科學(xué)第一人。先賢希臘哲如林，獨(dú)立科學(xué)第一人。起舉地球施無力，計(jì)量王冠浴有盆。起舉地球施無力，計(jì)量王冠浴有盆。千人持鏡鏡焚艦，一劍刺君君斷魂。千人持鏡鏡焚艦，一劍刺君君斷魂。我為奇才長嘆息，羊皮書里讀傳真。我為奇才長嘆息，羊皮

25、書里讀傳真。 （給給阿基米德開創(chuàng)科學(xué)研究附一首詩阿基米德開創(chuàng)科學(xué)研究附一首詩）浴盆、杠桿、支點(diǎn)你是科學(xué)史上第一人，機(jī)器、鏡子、陽光你在保衛(wèi)戰(zhàn)中敵萬人，圓規(guī)、樹干、沙盤你的生命定格在研究的瞬間??！阿基米德你的智慧跨越關(guān)山萬里，你的精神穿透宇宙永恒。v第第3條線索：哲學(xué)條線索：哲學(xué)v哲學(xué)哲學(xué)給人以深刻給人以深刻的思想的思想v科學(xué)知識(shí)中科學(xué)知識(shí)中v認(rèn)識(shí)論上認(rèn)識(shí)論上v關(guān)于價(jià)值觀方面關(guān)于價(jià)值觀方面v牛頓的發(fā)現(xiàn)是必然的還是偶然的？牛頓的發(fā)現(xiàn)是必然的還是偶然的？v牛頓的世界觀是怎樣的？牛頓的世界觀是怎樣的？v歐氏平直空間、均勻時(shí)間歐氏平直空間、均勻時(shí)間v與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的時(shí)空與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的時(shí)空v機(jī)械決定論機(jī)械決定論

26、v第一推動(dòng)第一推動(dòng)v3.2.3 作業(yè)與考核作業(yè)與考核v開放性作業(yè)開放性作業(yè)v實(shí)驗(yàn)制作的作業(yè)實(shí)驗(yàn)制作的作業(yè)v學(xué)生喜歡作業(yè)嗎？學(xué)生喜歡作業(yè)嗎？v怎樣考核？怎樣考核？ 文理貫通從內(nèi)容上來說是古希臘文明、文理貫通從內(nèi)容上來說是古希臘文明、科學(xué)的文化背景、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)家思維四科學(xué)的文化背景、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)家思維四個(gè)板塊。從形式上來說是科學(xué)史、詩歌、哲個(gè)板塊。從形式上來說是科學(xué)史、詩歌、哲學(xué)三條路徑。學(xué)三條路徑。v3.3 文理貫通教學(xué)的實(shí)踐文理貫通教學(xué)的實(shí)踐v3.3.1 已經(jīng)進(jìn)行的實(shí)踐（已經(jīng)進(jìn)行的實(shí)踐（2項(xiàng)）項(xiàng)）v古希臘文明古希臘文明v科學(xué)的文化背景科學(xué)的文化背景v古希臘文明內(nèi)容提要古希臘文明內(nèi)容提要v

27、第一部分第一部分 科學(xué)的起源（第一、二講）科學(xué)的起源（第一、二講）v一、古希臘的神話一、古希臘的神話v二、古希臘的自然哲學(xué)二、古希臘的自然哲學(xué)v三、古希臘的理性精神三、古希臘的理性精神v四、古希臘的天文學(xué)四、古希臘的天文學(xué)v第二部分第二部分 希臘三賢（第三、四、五講）希臘三賢（第三、四、五講）v一、蘇格拉底一、蘇格拉底v二、柏拉圖二、柏拉圖v三、亞里士多德三、亞里士多德v第三部分第三部分 傳播至今的科學(xué)成就（第六、七講）傳播至今的科學(xué)成就（第六、七講）v一、歐幾里得幾何一、歐幾里得幾何v二阿基米德二阿基米德v第四部分第四部分 古希臘與現(xiàn)代文明（第八講）古希臘與現(xiàn)代文明（第八講）v一、希臘文化的

28、流傳一、希臘文化的流傳v二、希臘的學(xué)術(shù)、民主制度、藝術(shù)對(duì)現(xiàn)代的影響二、希臘的學(xué)術(shù)、民主制度、藝術(shù)對(duì)現(xiàn)代的影響v三、對(duì)現(xiàn)代文明的思考三、對(duì)現(xiàn)代文明的思考蘇格拉底之死 罪名 服從審判 我去死，你們?nèi)セ?，究竟誰過得更幸福，唯有神知道。 v科學(xué)的科學(xué)的文化背景內(nèi)容提要文化背景內(nèi)容提要v第第1課課 中國古代科學(xué)的特點(diǎn)中國古代科學(xué)的特點(diǎn)v第第2課課 西方文化的源頭西方文化的源頭v第第3課課 東西方文化的對(duì)比東西方文化的對(duì)比v第第4課課 科學(xué)誕生的文化背景科學(xué)誕生的文化背景 v第第5課課 科學(xué)改變世界科學(xué)改變世界 v第第6課課 科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力 v第第7課課 科學(xué)和理性科學(xué)和理性v第第8課課 時(shí)

29、代的旗幟時(shí)代的旗幟博弈：點(diǎn)線行棋和空間行棋博弈：點(diǎn)線行棋和空間行棋 科學(xué)表述科學(xué)表述 乙乙丙丙丁丁甲甲 c)ln(dxaxax丙天）對(duì)（甲天天甲禾v3.3.2 實(shí)踐的反思實(shí)踐的反思v堅(jiān)持方向（學(xué)生的需要）堅(jiān)持方向（學(xué)生的需要）v改善形式（學(xué)生的向往）改善形式（學(xué)生的向往）v作業(yè)是問題（學(xué)生要嗎？）作業(yè)是問題（學(xué)生要嗎？） 本項(xiàng)研究的實(shí)施既有有利條件，也有不本項(xiàng)研究的實(shí)施既有有利條件，也有不利條件。有利條件是有一部分學(xué)生對(duì)文理貫利條件。有利條件是有一部分學(xué)生對(duì)文理貫通課程有興趣；不利條件是課程要求的落實(shí)通課程有興趣；不利條件是課程要求的落實(shí)有相當(dāng)?shù)碾y度。有相當(dāng)?shù)碾y度。v舉例片斷舉例片斷1. 電子

30、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)最美麗的物理實(shí)驗(yàn)最美麗的物理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)背景一、實(shí)驗(yàn)背景1. 物質(zhì)波理論的創(chuàng)立物質(zhì)波理論的創(chuàng)立 法國物理學(xué)家法國物理學(xué)家德布羅意德布羅意，原來學(xué)，原來學(xué)歷史歷史，第一，第一次世界大戰(zhàn)期間曾在軍隊(duì)服役從事無線電工作。次世界大戰(zhàn)期間曾在軍隊(duì)服役從事無線電工作。平時(shí)愛讀彭加勒、洛侖茲和朗之萬的科學(xué)著作。平時(shí)愛讀彭加勒、洛侖茲和朗之萬的科學(xué)著作。后對(duì)普朗克、愛因斯坦和玻爾的工作發(fā)生了興后對(duì)普朗克、愛因斯坦和玻爾的工作發(fā)生了興趣，轉(zhuǎn)而研究物理學(xué)。退伍后隨朗之萬攻讀物趣，轉(zhuǎn)而研究物理學(xué)。退伍后隨朗之萬攻讀物理學(xué)博土學(xué)位。他的兄長莫里斯理學(xué)博土學(xué)位。他的兄長莫里斯德布羅意是一德布

31、羅意是一位研究位研究x射線的專家，曾在射線的專家，曾在1911年第一屆索爾年第一屆索爾威會(huì)議上擔(dān)任秘書，負(fù)責(zé)整理文件。那次會(huì)議威會(huì)議上擔(dān)任秘書，負(fù)責(zé)整理文件。那次會(huì)議的主題是關(guān)于輻射和量子論。會(huì)議文件對(duì)路易的主題是關(guān)于輻射和量子論。會(huì)議文件對(duì)路易斯有很大啟發(fā)。莫里斯和另一位斯有很大啟發(fā)。莫里斯和另一位x射線專家布射線專家布拉格聯(lián)系密切。布拉格曾主張過拉格聯(lián)系密切。布拉格曾主張過x射線的粒子射線的粒子性。這個(gè)觀點(diǎn)對(duì)莫里斯很有影響，所以他經(jīng)常性。這個(gè)觀點(diǎn)對(duì)莫里斯很有影響，所以他經(jīng)常跟弟弟討論波和粒子的關(guān)系。跟弟弟討論波和粒子的關(guān)系。路易斯德布羅意（1892-19871892-1987）2. 三篇重

32、要的論文三篇重要的論文 1923年年9-10月間，德布羅意連續(xù)在月間，德布羅意連續(xù)在法國科學(xué)院通報(bào)法國科學(xué)院通報(bào)上發(fā)表了三篇有關(guān)上發(fā)表了三篇有關(guān)波和量子的論文。波和量子的論文。 第一篇是第一篇是輻射輻射波與量子波與量子，提出了實(shí)物粒子也有波粒二象性，認(rèn)為，提出了實(shí)物粒子也有波粒二象性，認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)粒子相應(yīng)的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。后來他把這種假與運(yùn)動(dòng)粒子相應(yīng)的還有一正弦波，兩者總保持相同的位相。后來他把這種假想的非物質(zhì)波稱為相波。想的非物質(zhì)波稱為相波。 第二篇題為第二篇題為光學(xué)光學(xué)光量子、衍射和干涉光量子、衍射和干涉的論文中，德布羅意提出的論文中，德布羅意提出如下設(shè)想：如下設(shè)想：“在

33、一定情形中，任一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)能夠被衍射。穿過一個(gè)相當(dāng)小的在一定情形中，任一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)能夠被衍射。穿過一個(gè)相當(dāng)小的開孔的電子群會(huì)表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象。正是在這一方面，有可能尋得我們觀點(diǎn)的開孔的電子群會(huì)表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象。正是在這一方面，有可能尋得我們觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?！?第三篇題為第三篇題為量子氣體運(yùn)動(dòng)理論以及費(fèi)馬原理量子氣體運(yùn)動(dòng)理論以及費(fèi)馬原理的論文的論文中他進(jìn)一步提出，中他進(jìn)一步提出，“只有滿足位相波諧振，才是穩(wěn)定的軌道只有滿足位相波諧振，才是穩(wěn)定的軌道”。在第二年的博士論文中，他更明確地寫下了：在第二年的博士論文中，他更明確地寫下了：“諧振條件是諧振條件是 ，即電子軌道的周長是位相波波長的整數(shù)倍。

34、，即電子軌道的周長是位相波波長的整數(shù)倍?！?ln 德布羅意的論文發(fā)表后，當(dāng)時(shí)并沒有多大反應(yīng)，一些人認(rèn)為他的德布羅意的論文發(fā)表后，當(dāng)時(shí)并沒有多大反應(yīng)，一些人認(rèn)為他的想法過于玄妙。后來朗之萬將論文寄了一份給愛因斯坦。愛因斯坦向想法過于玄妙。后來朗之萬將論文寄了一份給愛因斯坦。愛因斯坦向來欣賞物理學(xué)中的對(duì)稱性，對(duì)德布羅意的想法很感興趣，竭力支持。來欣賞物理學(xué)中的對(duì)稱性，對(duì)德布羅意的想法很感興趣，竭力支持。愛因斯坦在給朗之萬的復(fù)信中對(duì)德布羅意的工作給于很高的評(píng)價(jià)，聲愛因斯坦在給朗之萬的復(fù)信中對(duì)德布羅意的工作給于很高的評(píng)價(jià)，聲稱這是稱這是“揭開了大幕的一角揭開了大幕的一角”。同年愛因斯坦寫信給洛侖茲，詳

35、細(xì)地。同年愛因斯坦寫信給洛侖茲，詳細(xì)地談到德布羅意的工作：談到德布羅意的工作：“我們熟知的我們熟知的m德布羅意的弟弟已經(jīng)對(duì)解釋玻德布羅意的弟弟已經(jīng)對(duì)解釋玻爾和索末菲的量子規(guī)則作了非常有趣的解釋。我相信這對(duì)于揭示我們爾和索末菲的量子規(guī)則作了非常有趣的解釋。我相信這對(duì)于揭示我們物理學(xué)中最難以捉摸的謎，開始露出了一線微弱的光芒。我還發(fā)現(xiàn)了物理學(xué)中最難以捉摸的謎，開始露出了一線微弱的光芒。我還發(fā)現(xiàn)了支持他的解釋的一些東西。支持他的解釋的一些東西?！?. 愛因斯坦的支持愛因斯坦的支持4. 兩個(gè)重要的關(guān)系式兩個(gè)重要的關(guān)系式ehhhpmv方程的意義：方程的意義： 方程把粒子性的特征量與波的特征量有機(jī)地統(tǒng)一起

36、來，方程把粒子性的特征量與波的特征量有機(jī)地統(tǒng)一起來，顯示了粒子波粒二象性之間的本質(zhì)關(guān)系。通過方程可實(shí)現(xiàn)粒顯示了粒子波粒二象性之間的本質(zhì)關(guān)系。通過方程可實(shí)現(xiàn)粒子的特征量與波的特征量之間的相互轉(zhuǎn)換。子的特征量與波的特征量之間的相互轉(zhuǎn)換。 普朗克常量普朗克常量h成為德布羅意方程是否起實(shí)際作用的分水成為德布羅意方程是否起實(shí)際作用的分水嶺。由于普朗克常量嶺。由于普朗克常量h的值很小，與宏觀粒子相伴隨的物質(zhì)的值很小，與宏觀粒子相伴隨的物質(zhì)波長趨近于零。方程對(duì)宏觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有實(shí)際意義。波長趨近于零。方程對(duì)宏觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有實(shí)際意義。 1925年，戴維遜年，戴維遜革末用具有一定波長革末用具有一定波長(一一定

37、能量定能量)的電子，垂直地射向金屬鎳單晶的平面的電子，垂直地射向金屬鎳單晶的平面上，觀察散射電子束的強(qiáng)度與散射角的關(guān)系。上，觀察散射電子束的強(qiáng)度與散射角的關(guān)系。 右圖中，電子槍右圖中，電子槍k發(fā)射電子，電子束在晶體發(fā)射電子，電子束在晶體表面上被散射，與入射方向成表面上被散射，與入射方向成角的散射電子束，角的散射電子束，被與電流計(jì)相連的法拉第圓筒收集。由電流計(jì)被與電流計(jì)相連的法拉第圓筒收集。由電流計(jì)的讀數(shù)可以測出散射電子束的強(qiáng)度。當(dāng)?shù)淖x數(shù)可以測出散射電子束的強(qiáng)度。當(dāng) 角取角取某些特定值時(shí)，散射電子束的強(qiáng)度有極大值。某些特定值時(shí)，散射電子束的強(qiáng)度有極大值。這與這與x射線的衍射現(xiàn)象相同，從而很好的證

38、明射線的衍射現(xiàn)象相同，從而很好的證明了電子具有波動(dòng)性。了電子具有波動(dòng)性。5. 德布羅意波的證實(shí)德布羅意波的證實(shí)戴維遜和湯姆生因發(fā)現(xiàn)電子衍射現(xiàn)象而獲得戴維遜和湯姆生因發(fā)現(xiàn)電子衍射現(xiàn)象而獲得1937年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。物理學(xué)獎(jiǎng)。德布羅意提出的物質(zhì)波思想是一次偉大的綜合。完全對(duì)立德布羅意提出的物質(zhì)波思想是一次偉大的綜合。完全對(duì)立的波和粒子觀念，第一次既互相排斥又彼此協(xié)調(diào)地貫穿于的波和粒子觀念，第一次既互相排斥又彼此協(xié)調(diào)地貫穿于物理現(xiàn)象之中。物理現(xiàn)象之中。 1926年，年，gp湯姆生讓電子通過金屬箔獲得了衍射圖樣。湯姆生讓電子通過金屬箔獲得了衍射圖樣。二、電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)二、電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)視頻

39、：視頻： 1961年，德國物理學(xué)家約恩孫在銅膜上開了縫寬為年，德國物理學(xué)家約恩孫在銅膜上開了縫寬為0.3m，縫長為，縫長為50m，相鄰縫間距為，相鄰縫間距為1m的單縫、雙縫、的單縫、雙縫、三縫、四縫、五縫做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用三縫、四縫、五縫做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中采用50kv電壓加速電電壓加速電子，利用電磁透鏡放大在距狹縫子，利用電磁透鏡放大在距狹縫35cm處圖像。處圖像。約恩孫約恩孫1. 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置2. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：理查德理查德費(fèi)曼：仔細(xì)地思考雙縫實(shí)驗(yàn)的意義，我們就能夠一費(fèi)曼：仔細(xì)地思考雙縫實(shí)驗(yàn)的意義，我們就能夠一點(diǎn)一滴地了解整個(gè)量子力學(xué)。透過雙縫實(shí)驗(yàn)，我們可以明點(diǎn)一滴地了解整個(gè)量子力學(xué)。

40、透過雙縫實(shí)驗(yàn)，我們可以明了量子世界的真諦。了量子世界的真諦。 一種看法是“波由粒子組成”。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中的干涉條紋是組成波的電子之間相互作用的結(jié)果。事實(shí)證明這種看法是錯(cuò)誤的，如在電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中減小電流的強(qiáng)度，使電子幾乎一個(gè)一個(gè)地從電子槍射出時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過的電子數(shù)比較少時(shí)，照相底片上只是一些無規(guī)則的點(diǎn)子，但當(dāng)時(shí)間足夠長，收集了大量電子以后，底板上顯示了與用強(qiáng)度大的電子流做實(shí)驗(yàn)時(shí)一樣的條紋。這說明電子的波動(dòng)性并不依賴于大量電子在空間聚集和相互作用，既使單個(gè)電子也具有波動(dòng)性。3. 歷史上的錯(cuò)誤解釋歷史上的錯(cuò)誤解釋另一種看法是“粒子由波組成”。把粒子看成是物質(zhì)波的“波包”。所謂波包是指如圖所示那

41、樣，其振幅只限于很小的空間范圍內(nèi)出現(xiàn)的波，它是由許多頻率連續(xù)分布的簡諧波合成的。這種觀點(diǎn)把一個(gè)粒子就看成是一個(gè)波包：波包的大小就是粒子的大小。理論證明物質(zhì)波包必然要擴(kuò)散，形象地說隨著時(shí)間的推得粒子將要愈變愈胖”。這與實(shí)驗(yàn)事實(shí)是矛盾的。4. 電子的物質(zhì)波到底是什么？電子的物質(zhì)波到底是什么？玻恩：玻恩：單個(gè)粒子在空間的位置是不確定的，但有一定的單個(gè)粒子在空間的位置是不確定的，但有一定的幾率分布，這分布是由物質(zhì)波的強(qiáng)度決定的，在物質(zhì)波幾率分布，這分布是由物質(zhì)波的強(qiáng)度決定的，在物質(zhì)波強(qiáng)度大的地方，粒子出現(xiàn)的幾率大。強(qiáng)度大的地方，粒子出現(xiàn)的幾率大。薛定諤：薛定諤：可以認(rèn)為是抹開的電子?？梢哉J(rèn)為是抹開的電子。費(fèi)曼：費(fèi)曼：物體之所以發(fā)生干涉，是因?yàn)槲矬w從出發(fā)點(diǎn)到終物體之所以發(fā)生干涉，是因?yàn)槲矬w從出發(fā)點(diǎn)到終點(diǎn)的路程有無數(shù)多條，其中一些路徑正好能發(fā)生干涉，點(diǎn)的路程有無數(shù)多條，其中一些路徑正好能發(fā)生干涉，而其他不是。由于物質(zhì)自身的內(nèi)秉性質(zhì)，通過對(duì)無數(shù)多而其他不是。由于物質(zhì)自身的內(nèi)秉性質(zhì)，通過對(duì)無數(shù)多條可能路徑的路徑積分，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：條可能路徑的路徑積分，我們可以得到一個(gè)結(jié)論：一切一切不合事實(shí)不合事實(shí)的路徑總歸是相互抵消的。的路徑總歸是相互抵消的。 在諸多證明實(shí)物粒子的波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)中，電子雙縫在諸多證明實(shí)物粒子的波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)中，電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是最本