物理教學的四個理念

關于物理教學的四個理念1第1頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五2物理教學的四個理念物理教學的改革和課程建設要有正確的理念做指導，有的理念在教學改革的一定階段很重要，有的理念則應貫穿于物理教學的始終，并長期起作用。四位物理學大師的四句話應當作為改進基礎物理教學最基本、最重要的理念。第2頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五3物理教學理念之一愛因斯坦：“興趣是最好的老師?！钡?頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五4物理教學理念之一請注意：興趣是最好的老師，我們都不是。教師的一個重要的任務：使學生能得到這個最好的老師

—激發(fā)和培養(yǎng)學生學習物理的興趣。

第4頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五5物理教學理念之一有了興趣學生才能主動而非被動地學習，學習才能深入。要改變物理課枯燥、死板、嚴肅、難懂的面貌，使物理課變得親切、有趣、有吸引力，使學生能主動地、生動活潑地學習。至少可以從以下四個方面努力：第5頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五61，從現(xiàn)象出發(fā)把五彩繽紛、美妙神奇的物

理世界展現(xiàn)在學生面前，

激發(fā)學生的好奇心和求知欲引導學生以探索、研究的心態(tài)進行學習。美麗的北極光“怒發(fā)沖冠”第6頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五7

激發(fā)學生的好奇心和求知欲帆船逆風行駛第7頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五8

激發(fā)學生的好奇心和求知欲峨眉山金頂佛光第8頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五9

激發(fā)學生的好奇心和求知欲梳子吸引水流上海交大第9頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五102，要實現(xiàn)基礎與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)

代、理論與應用的有機結合

既要強調物理教學的基礎性，又要注意它的時代性和前沿性；既要深入揭示物理規(guī)律的內涵和意義，又要適當聯(lián)系它在高新技術中的應用。使學生覺得物理學新穎、深刻、有用，從而提高學習物理的興趣。第10頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五11基礎聯(lián)系前沿：逃逸速度—黑洞動量守恒—中微子的發(fā)現(xiàn)萬有引力—脈沖雙星、引力波熱二定律—時間箭頭Doppler效應—紅移、大爆炸理論理論聯(lián)系應用：第11頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五12

光柵衍射相控陣雷達設在澳大利亞Sydney大學的一維射電望遠鏡陣列設在美國鱈角（Capecod）的相控陣雷達照片第12頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五13

邁克耳遜干涉儀光學相干CT光源電子學系統(tǒng)計算機探測器光纖耦合器樣品光纖聚焦器反射鏡具有微米量級的空間分辨率第13頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五14兔子眼球前部的OCT圖像

大蔥表皮的OCT

圖像晶狀體上皮睫狀體角膜后表面角膜前表面兔子眼球前部的OCT圖像第14頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五15特征X射線越王勾踐劍的分析湖北江陵出土，在地下埋藏了大約2500年含鐵量比銅礦少，硫化處理—防銹

Cu-Sn-Pb合金—鋒利用質子激發(fā)X射線分析各部分成份第15頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五16洛侖茲力磁流體船B電流BF海水進水出水發(fā)動機接發(fā)電機IF電極第16頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五17物理規(guī)律之美

物理學的本質是真－客觀規(guī)律、真理

物理學的價值是善－能夠造福人類

物理學的追求是美－簡潔明快，均衡對稱，和諧統(tǒng)一，???

如：萬有引力定律－簡潔明快之美3，講出物理規(guī)律之美，并聯(lián)系歷史，

聯(lián)系人文，貼近生活第17頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五18物理規(guī)律之美麥克斯韋方程－統(tǒng)一對稱之美相對論－和諧自洽之美自由空間的電磁波方程：X,y,z,ict的整齊平衡和4維空間的對稱之美第18頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五19物理規(guī)律之美

楊振寧對牛頓運動方程、麥克斯韋方程、相對論等的評價：

“它們以極度濃縮的數(shù)學語言寫出了物理世界的基本結構，可以說它們是造物者的詩篇?！币龑W生發(fā)現(xiàn)和欣賞物理規(guī)律之美，把學習物理的興趣提高到審美的層次上來。第19頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五20

聯(lián)系歷史適當介紹重要的規(guī)律、理論發(fā)現(xiàn)和建立的過程。這不僅能使學生受到前輩科學家創(chuàng)新精神的感染和科學方法的熏陶，還能大大激發(fā)學生學習物理的興趣。

照相機的增透膜是怎樣發(fā)明的？

普朗克的量子論是怎樣建立的？

李政道、楊振寧是怎樣提出宇稱不守恒的？聯(lián)系人文（文學，藝術，評論，???

）：第20頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五21

波－粒二象性—

寓于一體又不同時出現(xiàn)少女？老婦？兩種圖象不會同時出現(xiàn)在你的視覺中。第21頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五22

物理規(guī)律的對稱性—

一定變換下的不變性

藝術中的對稱性第22頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五23物理規(guī)律的對稱性—

一定變換下的不變性

文學中的對稱性

上海自來水來自海上南山長生松生長山南客上天然居，居然天上客(乾隆上聯(lián))人過大佛寺，寺佛大過人(紀曉嵐下聯(lián))僧游云隱寺，寺隱云游僧(張璉下聯(lián))第23頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五24

評論楊振寧對Dirac方程的評論：“這個簡單的方程是驚天動地的成就，是劃時代的里程碑?！薄胺戳Ｗ永碚撚质俏锢韺W的另一個里程碑?！狈Q贊Dirac方程和反粒子理論是：“性靈出萬象，風骨超常倫?！备哌m:《答候少府》第24頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五25玻爾對普朗克量子論的評價：“在科學史上很難找到其它發(fā)現(xiàn)能象普朗克的基本作用量子一樣在僅僅一代人的短時間里產(chǎn)生如此非凡的結果…

上一代人能取得有關自然知識的如此的神奇進展，應歸功于人們從傳統(tǒng)的思想束縛下獲得的這一解放。”

第25頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五26愛因斯坦在1918年4月普朗克六十歲生日慶祝會上的一段講話：他成了一個以偉大的創(chuàng)造性觀念造福于世界

：有人愛科學是為了滿足智力上的快感；“在科學的殿堂里有各種各樣的人：有的人是為了純粹功利的目的。而普朗克熱愛科學是為了得到現(xiàn)象世界那些普遍的基本規(guī)律，……的人。”第26頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五27楊振寧對吳健雄的評論第27頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五28愛因斯坦對邁克爾遜的評論“我總認為邁克爾遜是科學中的藝術家，他的最大樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美和所使用方法的精湛，他從來不認為自己在科學上是個嚴格的‘專家’，事實上的確不是，但始終是個藝術家?！钡?8頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五29普朗克等人提名愛因斯坦為普魯士科學院院士的推薦書

幾乎沒有一個現(xiàn)代物理學的重要問題愛因斯坦沒有做過巨大貢獻。當然他有時在創(chuàng)新思維中也會有錯，比如，他對光量子的假設?？墒且膊粦撨^分批評他，因為即使在最準確的科學里，要提出真正新的觀點而不冒任何風險是不可能的。第29頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五30

貼近生活激光使閃電改道汽車--靜電屏蔽第30頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五31

貼近生活

蝙蝠超聲波定位(10萬赫茲)人體心臟附近的等勢線第31頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五32

貼近生活引潮力常觸發(fā)地震1976.陰7.2，唐山1993.陰8.15，印度1995.陰12.17，神戶2001.陰2.1，四川雅江2001.陰2.2，印尼萬有引力－月球對地面上海水的引潮力錢塘江大潮第32頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五33

貼近生活▲強熱帶風暴漩渦的形成。北半球的科氏力▲落體偏東。與科里奧利力有關的問題▲赤道附近的信風（北半球東北，南半球東南）。第33頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五34

貼近生活熵與生命---耗散過程熱平衡----死亡

薛定諤：生命是什么?“生命之所以能存在，就在于從環(huán)境中不斷得到‘負熵’”“有機體是依賴負熵為生的”----生命的熱力學基礎高熵---混亂第34頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五35

貼近生活弧線球（香蕉球）受力分析第35頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五364，把計算機引入物理課程的學習，

用計算機模擬、計算、顯示、研究物

理過程

把學生玩計算機的興趣引導到學習物理上來。第36頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五37物理教學理念之二楊振寧：“現(xiàn)象是物理學的根源?！钡?7頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五38物理教學理念之二楊振寧：“很多學生在學習中形成一種印象，以為物理學就是一些演算。演算是物理學的一部分，但不是最重要的部分。物理學最重要的部分是與現(xiàn)象有關的。絕大部分物理學是從現(xiàn)象中來的。現(xiàn)象是物理學的根源。”第38頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五39物理教學理念之二觀察現(xiàn)象，研究現(xiàn)象，揭露現(xiàn)象背后的本質和規(guī)律，才發(fā)展了物理學。基礎物理的教學應當同觀察和分析物理現(xiàn)象聯(lián)系起來，否則就是無源之水、無本之木?；A物理的大部分內容都應采用從現(xiàn)象本質，從感性理性的方法進行教學。要把觀察現(xiàn)象作為物理教學的重要環(huán)節(jié)。第39頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五40物理教學理念之二圖片，視頻（錄像），演示實驗在教學中具有十分重要的作用。演示實驗最重要：直觀－真實－生動作用：觀察現(xiàn)象，啟迪思維，顯示原理，驗證理論。是培養(yǎng)學生探索精神、創(chuàng)新精神的重要手段。第40頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五41觀察現(xiàn)象磁懸浮第41頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五42觀察現(xiàn)象第42頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五43觀察現(xiàn)象共振第43頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五44觀察現(xiàn)象全息圖像第44頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五45啟迪思維第45頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五46啟迪思維磁懸浮與磁懸掛第46頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五47啟迪思維鋼管向中心移動第47頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五48啟迪思維翻轉陀螺第48頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五49顯示原理角動量守恒第49頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五50顯示原理勢能—轉動能第50頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五51驗證理論同濟大學第51頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五52驗證理論“拍”的產(chǎn)生第52頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五53驗證理論進動熱輻射第53頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五54物理教學理念之二演示實驗廳學生可以自己動手演示。演示實驗要進課堂，使演示與講課同步進行，實驗與理論教學緊密配合。第54頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五55物理教學理念之三海森堡：“科學扎根于討論。”第55頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五56物理教學理念之三討論是科學賴以生長、繁榮的土壤。討論可以使學習深入，討論能夠激發(fā)創(chuàng)新的火花。楊振寧的體會：“我一生中最重要的一年，不是在美國做研究，而是當時和黃昆同處一舍的日子。正是那些爭論，使我找到科研的感覺?！钡?6頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五57物理教學理念之三要向學生反復強調討論的重要性，鼓勵并組織學生開展討論，

形成“勤于思考，樂于探討”的學術氛圍。討論有多種方式，不拘一格，討論就好：大課提問討論小班專題討論網(wǎng)上隨意討論宿舍臥談討論...第57頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五58小班討論課是推動學生開展討論的有效方式清華大學，西安工業(yè)學院等校都有物理小班討論課。以清華大學為例：

*作用：深入理解基本概念、原理，掌握基本方法；開闊思路，鼓勵創(chuàng)新，訓練辯才。

*做法：

?15-20人一班，主講教師指導，由教師和TA分班主持，第58頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五59小班討論課的做法?主要題目課前到手，師生有備而來圍繞教學重點和學生學習疑點、難點展開。?同時鼓勵學生提問題，什么問題都可以討論，包括教師可能回答不上來的，以及沒有公認結論的問題。?討論和演示實驗相結合。第59頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五60例1：在臺面上合適地搓動乒乓球，乒乓球在桌面上前進一段距離后將會自動返回。1）試對此現(xiàn)象作定性解釋；

2）設乒乓球可看成勻質剛性球殼，導出能產(chǎn)生上述現(xiàn)象，其初始條件應滿足的關系。第60頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五61例2.細繩突然斷開剛體如何轉動？細繩mmAB質心C分析得對嗎？看看實驗。第61頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五62通過討論課，激發(fā)學生研究更深層次問題？？？?？？討論課通過討論課，學生在雜志上發(fā)表了論文。如“關于乒乓球滾動問題的討論”，“物理與工程”顧黎（電子系），指導教師：馬萬云第62頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五63物理教學理念之四李政道：“物理學的精髓在于創(chuàng)新?！钡?3頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五64物理教學理念之四物理學中最重要的東西不是某個原理、某條定律，而是它所包含的創(chuàng)新精神。物理學是在不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)、不斷創(chuàng)新中發(fā)展起來的，沒有創(chuàng)新就沒有今天的物理學。物理學研究的是最基本的自然規(guī)律，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、理論的提出，只有第一，沒有第二。掌握物理學的精髓，最重要的就是學會創(chuàng)新。第64頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五65物理教學理念之四物理教學要把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神放在第一位

?培養(yǎng)學生創(chuàng)新的意識和勇氣，

?培養(yǎng)學生創(chuàng)新的想像力并掌握創(chuàng)新的方法。第65頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五661，要有創(chuàng)新的意識和勇氣喜歡標新立異，不墨守成規(guī)?？傁胩剿餍峦緩?，提出新觀念，嘗試新方法，導出新結論。沒有想到創(chuàng)新的人決不會有新創(chuàng)造。不怕名人權威，在新的事實面前敢于懷疑舊理論，提出新問題?！斑M步道路上的絆腳石是，也一向是，不容許懷疑的傳統(tǒng)?！?—

吳健雄

第66頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五67要有創(chuàng)新的意識和勇氣“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決問題也許僅僅是數(shù)學上或實驗上的一個技能而已，而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標志著科學的真正進步。”—

愛因斯坦、英菲爾德鼓勵學生成為敢于懷疑、善于提問的、具有批判性和創(chuàng)造性的探索者。第67頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五68培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和勇氣少年兒童天生就富于想像，喜歡創(chuàng)造，無所顧忌，不怕權威。是我國教育制度和教育方法的弊端，扼殺了學生的創(chuàng)新精神。聽話、守規(guī)矩、強求一律、崇拜權威、應試教育，...

到了大學才要重新“培養(yǎng)”。實質上是要去掉思想束縛，把創(chuàng)新精神重新激發(fā)出來。第68頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五69培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和勇氣3000年前的一個哲人曾經(jīng)說過：學生的頭腦不是一個待被填滿的容器，而是一個需要被點燃的火種”。什么火種？求知的火種，創(chuàng)造的火種。我們的任務是點燃這些火種。求知的火種可以用興趣和責任感去點燃，創(chuàng)造的火種用什么去點燃？解放思想！第69頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五70培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和勇氣教學中要：少一些限制，多一些自主；少一些批評，多一些鼓勵。強調：

?科學技術在不斷發(fā)展，永遠都存在創(chuàng)新的空間，

?大師、權威們的觀點、結論也有時代的局限，也有錯誤，

?年輕、知識少不是障礙。第70頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五71

科學技術在不斷發(fā)展，現(xiàn)有結論不是不變的。通常人們認為實際測量結果光子靜止質量為零電子是穩(wěn)定不變的質子是穩(wěn)定不變的中微子靜止質量為零現(xiàn)在知道，中微子靜止質量不為零第71頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五72

科學技術在不斷發(fā)展，現(xiàn)有結論不是不變的。要用發(fā)展的觀點來講解物理規(guī)律。講解物理原理和定律時，不僅講清它們能解決哪些問題，還講清它們不能解決哪些問題，以及還有哪些問題需要研究和解決。第72頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五73

大師的觀點、結論也有局限甚至錯誤愛因斯坦：廣義相對論方程＋宇宙項泡利：“我不相信上帝會在弱作用中偏向左手，...”費曼：“物理學圣經(jīng)”中的圖第73頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五74

年輕、知識少不是障礙在物理學發(fā)展中，做出重大創(chuàng)造性貢獻的很多是年輕人：

牛頓（1642-1727）

萬有引力定律

24歲（1666）

麥克斯威（1831-1879）

電磁理論的第一篇論文

24歲（1855）愛因斯坦（1879-1955）光子理論，相對論

26歲（1905）第74頁，共80頁，2022年，5月20日，10點36分，星期五75

年