物理學(xué)地位和物理教師要求論文

1、物理學(xué)地位和物理教師要求論文 摘要：物理學(xué)是一項(xiàng)國際事業(yè)，它對人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵的作用。在中學(xué)的各門課程中，物理課在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面起著無可替代的作用。本文從物理學(xué)的重要作用出發(fā)闡述了對中學(xué)物理教師的要求。 國際純粹物理和應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)第23屆代表大會(huì)(1999美國亞特蘭大市)通過決議，呼吁社會(huì)正視物理學(xué)的重要性。對物理學(xué)的作用，大會(huì)的口號是“探索自然，驅(qū)動(dòng)技術(shù)，拯救生命”。決議指出：“物理學(xué)研究物質(zhì)、能量和它們相互作用的學(xué)科是一項(xiàng)國際事業(yè)，它對人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵的作用。對物理教育的支持和研究，對所有國家都是重要的?！?中等教育階段，是一個(gè)人從少年步入青年的時(shí)期，是身心成長趨于成

2、型的時(shí)期，是在知識上和能力上為今后的工作和學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)、作準(zhǔn)備的時(shí)期，有著特殊的重要意義。在中學(xué)的各門課程中，物理課在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面起著無可替代的作用。對于這個(gè)問題，我想從20世紀(jì)科技發(fā)展大的背景談起。 1、物理學(xué)推動(dòng)了20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展 20世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)空前高速發(fā)展的世紀(jì)。在此世紀(jì)內(nèi)，人類社會(huì)在科技進(jìn)步上經(jīng)歷了一個(gè)又一個(gè)劃時(shí)代的變革。這個(gè)世紀(jì)之初，無論在動(dòng)力和信息交流方面，人類社會(huì)就全面地進(jìn)入了“電氣化時(shí)代”。這是19世紀(jì)安培、法拉第、麥克斯韋等一批物理學(xué)家和愛迪生等發(fā)明家努力的結(jié)果。從上個(gè)世紀(jì)之交放射性的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)原子物理、核物理的研究，40年代物理學(xué)使人類掌握

3、了核能的奧秘，把人類社會(huì)帶進(jìn)了“原子時(shí)代”。今天核技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于為社會(huì)提供長久可靠的能源，放射性與核磁共振在醫(yī)學(xué)上的診斷與治療作用，已為人所共知。這個(gè)成果是和盧瑟福、玻爾、愛因斯坦、居里夫人和她的女婿和女兒約里奧-居里夫婦、海森伯、費(fèi)米、哈恩等一大串光輝的名字分不開的。到了50、60年代，物理學(xué)家又發(fā)明了激光，它的理論基礎(chǔ)是愛因斯坦1916年提出的光的受激發(fā)射過程。今天激光技術(shù)已廣泛應(yīng)于尖端科學(xué)研究、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊、計(jì)算、軍事和日常生活，成為幾十億、上百億的巨大產(chǎn)業(yè)。 20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)給人類社會(huì)帶來的最大的沖擊，莫過于以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的信息技術(shù)。號稱“信息時(shí)代”的到來被譽(yù)

4、為“第二次產(chǎn)業(yè)革命”。的確，計(jì)算機(jī)給人類社會(huì)帶來如此廣泛而深刻的變化，是二三十年前任何有遠(yuǎn)見的科學(xué)家都不可能預(yù)見到的?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的硬件核心是半導(dǎo)體集成電路，PN結(jié)是基礎(chǔ)。半個(gè)多世紀(jì)前，巴丁、肖克萊、布賴頓等三位物理學(xué)家發(fā)明了晶體管，標(biāo)志著信息時(shí)代的誕生。從我們物理學(xué)家的眼光看來，這個(gè)嬰兒在娘胎里至少孕育了20年。這就是說，20年代建立量子力學(xué)之后，物理學(xué)家發(fā)展了費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)、能帶論，從此有了電子和空穴的概念。爾后用摻雜的辦法產(chǎn)生了N型和P型的半導(dǎo)體，這才為晶體管的發(fā)明打下基礎(chǔ)。 以上成果又是和一連串物理學(xué)家光輝的名字薛定諤、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等聯(lián)系在一起的。自從40年代末

5、晶體管問世以來，60年代制成了集成電路，從70年代后期起，發(fā)展成為大規(guī)模集成電路，而后是超大規(guī)模集成電路，集成度以每10年1000倍的速度增長著。在有的人看來，物理學(xué)對高技術(shù)的貢獻(xiàn)屬于過去，今天我國發(fā)展高技術(shù)的關(guān)鍵在于新材料、新工藝。殊不知，微電子加工和分析手段本身，如離子注入、激光退火、盧瑟福背景散射譜、俄歇電子譜、X射線發(fā)光光譜、二次發(fā)射離子質(zhì)譜，以及高分辨的電子刻蝕、同步輻射光刻，哪一樣不是從物理學(xué)各分支的實(shí)驗(yàn)室里移植到工業(yè)上去的！現(xiàn)在教育界大談素質(zhì)教育和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，我想，20世紀(jì)高科技發(fā)展的事實(shí)證明，重大的創(chuàng)造來源于新的物理思想，否則只是“小打小鬧”，成不了大氣候。 2、物理學(xué)

6、和其它自然科學(xué)的關(guān)系 談了物理學(xué)對高技術(shù)的推動(dòng)之后，我們再談?wù)勎锢韺W(xué)和其它自然科學(xué)的關(guān)系。 物理學(xué)和天文學(xué)由來已久的血緣關(guān)系，是有目共睹的。當(dāng)今物理學(xué)的研究領(lǐng)域里有兩個(gè)尖端，一個(gè)是高能或粒子物理，另一個(gè)是天體物理。前者在最小的尺度上探索物質(zhì)更深層次的結(jié)構(gòu)，后者在最大的尺度上追尋宇宙的演化和起源?？墒墙鼛资甑倪M(jìn)展表明，這兩個(gè)極端竟奇妙地銜接在一起，成為一對密不可分的姊妹學(xué)科。 物理學(xué)和化學(xué)從來就是并肩前進(jìn)的。自從伽利略、牛頓以來，物理學(xué)與天文學(xué)已是精密的理論科學(xué)，然而長期以來，包括化學(xué)在內(nèi)的其它自然科學(xué)卻一直是經(jīng)驗(yàn)性科學(xué)。1998年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了W.Kohn和J.A.Pople，以表彰他

7、們在量子化學(xué)方面所做的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。頒獎(jiǎng)的公報(bào)說，量子化學(xué)將化學(xué)帶入一個(gè)新的時(shí)代，化學(xué)不再是純實(shí)驗(yàn)科學(xué)了?；瘜W(xué)是研究分子的學(xué)科。此前，如果說物理化學(xué)還是物理學(xué)和化學(xué)在較唯象層次上的結(jié)合，則量子化學(xué)已深入到化學(xué)現(xiàn)象的微觀機(jī)理。近年來，量子化學(xué)、激光化學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、固體表面催化和功能材料等物理學(xué)與化學(xué)間的交叉學(xué)科，取得了長足的進(jìn)展，今后兩學(xué)科之間的合作將更為興旺發(fā)達(dá)。 物理學(xué)研究的是物質(zhì)世界普遍而基本的規(guī)律，這些規(guī)律對有機(jī)界和無機(jī)界同樣適用。物理學(xué)構(gòu)成所有自然科學(xué)的理論基礎(chǔ)，其中包括生物學(xué)在內(nèi)。物理學(xué)和生物學(xué)的相互滲透，前途是不可估量的。早在40年代，量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一薛定諤在生命是什么？一

8、書里預(yù)言：“生命的物質(zhì)載體是非周期性晶體，遺傳基因分子正是這種有大量原子秩序井然地結(jié)合起來的非周期性晶體；這種非周期性晶體的結(jié)構(gòu)，可以有無限可能的排列，不同樣式的排列相當(dāng)于遺傳的微型密碼；”他所說的這種“非周期性晶體”，就是存在于細(xì)胞核染色體中的DNA分子。1953年沃森(J.D.Watson，年青的細(xì)菌遺傳學(xué)博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二戰(zhàn)前受過傳統(tǒng)物理學(xué)訓(xùn)練的人，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為生物物理學(xué)研究生)共同發(fā)現(xiàn)DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。核物理學(xué)家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙論的創(chuàng)始人)用信息論的方法推測，DNA的遺傳密碼中，每個(gè)“單詞”都是用三個(gè)“字母”組成的。這些推測相繼得到實(shí)驗(yàn)證

9、實(shí)，20世紀(jì)60年代三聯(lián)密碼逐一被破譯。薛定諤在生命是什么？一書中還有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于從環(huán)境中不斷得到負(fù)熵”。作者還說：“有機(jī)體是依賴負(fù)熵為生的”。這就是生命的熱力學(xué)基礎(chǔ)。60年代比利時(shí)科學(xué)家普里高津(I.Prigogine)的耗散結(jié)構(gòu)理論，證實(shí)了薛定諤的預(yù)言。當(dāng)前生命科學(xué)中分子生物學(xué)、量子生物學(xué)、遺傳信息學(xué)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等新興學(xué)科的研究正方興未艾。人們說21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，一位物理學(xué)家則說，21世紀(jì)是物理科學(xué)全面介入生命科學(xué)的世紀(jì)。 1997年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)授予的項(xiàng)目，是一個(gè)對全球金融產(chǎn)生巨大影響的期權(quán)定價(jià)模型BlackScholes公式。公式的主要?jiǎng)?chuàng)建人F.S.B

10、lack的學(xué)歷背景如下：1959年畢業(yè)于哈佛大學(xué)物理系，1964年獲該校應(yīng)用數(shù)學(xué)系博士，1971年任芝加哥大學(xué)經(jīng)濟(jì)系教授?？上?995年去世，未能享受諾貝爾獎(jiǎng)的殊榮。當(dāng)前出身數(shù)理的人躋身于經(jīng)濟(jì)學(xué)界的大有人在。 翻閱一下現(xiàn)在物理學(xué)的許多重要期刊，或看看許多國際物理學(xué)術(shù)會(huì)議的日程，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，諸如蛋白質(zhì)折疊、免疫網(wǎng)絡(luò)、化學(xué)鍵斷裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不屬于物理學(xué)內(nèi)容的標(biāo)題，赫然入目。人們不禁要問：“什么是物理學(xué)？”的確，今天再從研究對象來回答這個(gè)問題已很困難。我們的看法是，不管什么問題，當(dāng)物理學(xué)家用物理學(xué)的方法去研究它時(shí)，就把它變成了物理問題。物理學(xué)，是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)。

11、物理學(xué)中有一套最全面最有效的科學(xué)方法。我們說，在對學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)教育中，物理課有著無可替代的重要作用，根據(jù)就在于此。 3、對中學(xué)物理教師的要求 我認(rèn)為，作一名優(yōu)秀的中學(xué)教師，除了良好的師德之外，最重要的是兩條：一是先進(jìn)的教育思想，二是較高的學(xué)術(shù)水平。 31轉(zhuǎn)變教育思想 先談教育思想。過去比較重視知識傳授，現(xiàn)在提倡素質(zhì)教育，其實(shí)兩者不應(yīng)是對立的。學(xué)校的功能是傳授知識，脫離了科學(xué)知識的背景，科學(xué)素質(zhì)教育是空的。在傳授知識的同時(shí)，應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。但絕不能把素質(zhì)異化為知識，灌輸給學(xué)生。 科學(xué)素質(zhì)教育中很重要的一點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。關(guān)于這個(gè)問題，我想借楊振寧先生的話來發(fā)揮。下表是楊先生為

12、中、美教育所作的比較： 中美 嚴(yán)格、堅(jiān)實(shí)的訓(xùn)練不規(guī)范的訓(xùn)練 謙虛和循規(guī)蹈矩自大并充滿活力 小心謹(jǐn)慎、缺乏自信勇敢、自信 興趣集中于相對較窄的領(lǐng)域隨心涉足廣闊領(lǐng)域、興趣廣泛 被動(dòng)主動(dòng)進(jìn)攻 上表中的詞句是褒是貶，和我們中國教育的傳統(tǒng)看法恐怕有些出入。事物往往不那么絕對，說褒貶參半也許更為恰當(dāng)，不過這里包含了中西教育思想上的重大差別。楊先生認(rèn)為：“中國傳統(tǒng)教育提倡按部就班的教學(xué)方法，認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，這有利于學(xué)生打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，但相對來說，缺少創(chuàng)新意識；美國提倡滲透式的教育方法，其特點(diǎn)是學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候，對所學(xué)的內(nèi)容往往還不太清楚，然而就在這過程中已經(jīng)一點(diǎn)一滴地學(xué)到了許多東西，這是一種體會(huì)式的學(xué)習(xí)方法

13、，培養(yǎng)出來的學(xué)生有較強(qiáng)的獨(dú)立思考和創(chuàng)造能力。易于很快地進(jìn)入科學(xué)發(fā)展的前沿，但不如前者具有扎實(shí)的根基。中美兩種教育方式各具特色，長短互補(bǔ)，若能將兩者的優(yōu)點(diǎn)和諧地統(tǒng)一起來，在教育方法上無疑是一個(gè)突破?！?在我國，有一種普遍的提法:作為一名好教師應(yīng)當(dāng)“課堂上解決問題”，把所教的內(nèi)容都“講深講透”，不給學(xué)生課后留下疑難，讓學(xué)生課后提不出問題。所以我國的教師都習(xí)慣于把知識組織得井井有條，對課程內(nèi)容的每個(gè)細(xì)節(jié)作詳盡的解說，對學(xué)生可能發(fā)生的誤解一一予以告誡。我粗略地估計(jì)，同樣的內(nèi)容，在我國現(xiàn)在課上所用的學(xué)時(shí)，至少比西方多50100%?，F(xiàn)代物理學(xué)中的新事物，怕不能講透而引起麻煩的，在課堂上寧可只字不提。這就是

14、我國細(xì)嚼慢咽的講授風(fēng)格，封閉式的教學(xué)方法。 著名理論物理學(xué)家和物理教育家韋斯科夫(V.F.Weisskopf)說：“科學(xué)不是死記硬背的知識、公式、名詞。科學(xué)是好奇，是不斷發(fā)現(xiàn)事物和不斷詢問為什么，為什么它是這樣的？科學(xué)的目的是發(fā)問，問如何和問為什么。它主要是詢問的過程，而不是知識的獲得（很可惜多數(shù)人認(rèn)為是后者，而且是這樣教的)?！彼院玫睦蠋煵皇侵v得學(xué)生沒問題可問，而是啟發(fā)學(xué)生提出深刻的問題。長期以來在我國有種提法，即“培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力”。我認(rèn)為這個(gè)提法沒有說到點(diǎn)子上?！皢l(fā)學(xué)生提出問題的能力”才是科學(xué)素質(zhì)教育的關(guān)鍵。偉大的科學(xué)家之所以偉大，往往就在這一條上。有一次記者問玻爾：

15、“您可是那位知道科學(xué)中大部分問題答案的人？”玻爾回答說：“啊，不，不過也許我比別人多知道一點(diǎn)問題。” 國際物理教育委員會(huì)前主席焦塞姆(L.E.Jossem)說：“最好的老師，是讓學(xué)生知道他們自己是自己最好的老師?！币嗉?，老師的責(zé)任是教會(huì)學(xué)生自己去取得知識，老師教的目的是讓學(xué)生以后不需要老師。 以上是我們教育思想最需要轉(zhuǎn)變的方面。 教好物理學(xué)，關(guān)鍵是教思路，教方法，啟發(fā)學(xué)生“勤于思考，悟物窮理”，自覺地努力鍛煉自己自學(xué)的能力。鼓勵(lì)勤于思考，就要讓學(xué)生對新的概念、定義、公式中的符號和公式本身的含義，用自己的語言陳述出來。對于定理的證明、公式的推導(dǎo)，最好在了解了基本思路之后，讓學(xué)生自己背著書本演算出

16、來。這樣學(xué)生才能對它們成立的條件、關(guān)鍵的步驟、推演的技巧等有深刻的理解。倡導(dǎo)悟物窮理，就要啟發(fā)學(xué)生多向自己提問：哪些是事實(shí)？哪些是推論？推論是怎樣得來的？我為什么相信它？ 32提高學(xué)術(shù)水平 現(xiàn)在談中學(xué)教師的學(xué)術(shù)水平問題。 在教學(xué)中提高學(xué)生的素質(zhì)，需要老師有較高的素質(zhì)。提高教學(xué)水平的關(guān)鍵是師資的學(xué)術(shù)水平。學(xué)術(shù)水平高，教學(xué)水平不一定高；但學(xué)術(shù)水平不高，教學(xué)水平最多達(dá)到一定程度就飽和了，不可能太高。中學(xué)教師的學(xué)術(shù)水平怎樣才算高？至少應(yīng)該是大學(xué)本科畢業(yè)。師范還是理科？我們的看法，師范物理系與理科物理系在學(xué)術(shù)水準(zhǔn)上不應(yīng)有區(qū)別。如果說要體現(xiàn)師范性，那就是在基礎(chǔ)物理方面對師范生的要求更高。 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，更需要老師自己有過創(chuàng)新的經(jīng)歷。從長遠(yuǎn)看，中學(xué)教師應(yīng)達(dá)到碩士水平，我指的是物理學(xué)碩士，因?yàn)樵谘芯可A段才有真正從事創(chuàng)造性工作的經(jīng)歷。現(xiàn)在許多中學(xué)為了對付高考，都在高中拿出一年的時(shí)間進(jìn)行“題海操練”，學(xué)生沒有心思顧及與高考無關(guān)的問題。這種情況大大傷害了學(xué)生創(chuàng)造性的思維。這是一個(gè)社會(huì)性問題，我們已有另文評論，不在此地多說。正常的教育環(huán)境下，中學(xué)生思想應(yīng)該很活躍，能給這樣的學(xué)生有效的指導(dǎo)，對教師的要求是很高的。就