對物理學和物理教學的幾點認識

杜祥琬中國工程院中國工程院CHINESEACADEMYofENGINEERING對物理學和物理教學的幾點認識

一、對物理學的五點認識1、物理學是對物質(zhì)世界的構成和運動規(guī)律

進行研究的科學物理學是科學之基，是人類認識世界的基礎科學。杜甫：“細推物理須行樂，何須浮名絆此身?！斌w會：物理不是一切，但一切都離不開物理學。物理學技術工程產(chǎn)業(yè)作為各個科學的根基基礎科學多種技術為了達成某種目的的一種集成電網(wǎng)例人們的日常生活中，到處可見物理學，少不了物理元素。學好物理學，不管是做不做物理學都非常有益：這里不僅包括物理學的一些具體知識，也包括重要的一些概念。它是對于物質(zhì)世界的一些基本的理解和認識。2、物理學是充滿了認識論和方法論哲學內(nèi)涵

的一門學科物理學是對物質(zhì)世界的刨根究底，不僅要知其然，而且要知其所以然。唯物的認識論辯證的方法論物理學思維習慣經(jīng)典的牛頓力學到量子力學；材料，從宏觀的材料到微觀的材料，到納米尺度；對立統(tǒng)一論，正物質(zhì)、反物質(zhì)，正電極、負電極。辯證法從量變到質(zhì)變要全面認識一個世界，就離不開這個辯證關系、對立統(tǒng)一的關系。能源（否定之否定）原始利用化石能源現(xiàn)代化的工業(yè)方式可再生能源物理學發(fā)展開放的頭腦批判的態(tài)度懷疑的精神“對自己的結論要留有被質(zhì)疑的余地?！泵绹锢韺W家理查德·費曼

體會：學好物理學，容易適應各種工作。因為它既是基礎性的科學知識，又是理解各種問題的一種比較科學的方法，一種思維方式、一種思維的習慣，這對我們的成長，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才都是很基礎的一點。3、物理學既老又新，是不斷發(fā)展的科學物理學確實很老，因為從科學一開始，大家就開始研究物理學，然后才是其他的科學。但是它又非常的新，不斷有新的內(nèi)容注入進來，是一個不斷發(fā)展的科學。正是因為有人類“無盡的追問”物理學永無止境未知多于已知公元前13世紀時，中國以甲骨文記錄的世界最早的超新星爆發(fā)事件?！盎尽绷Ｗ?/p>

反粒子

夸克世界上到底什么“最小”？世界上“最大”的是什么？宇宙、空間有邊界嗎？時間為什么不會倒流？

為什么時間不對稱？反物質(zhì)離我們有多遠？更多的未知:暗物質(zhì)、暗能量、宇宙起源…人類目前還不理解暗能量和暗物質(zhì)的本質(zhì)宇宙的組成重元素0.03%中微子0.3%星系物質(zhì)0.5%自由氫和氦3.17%暗物質(zhì)23%暗能量73%物理學跟其他學科發(fā)生交叉，創(chuàng)造了許多新的科學前沿。

生理物理學：DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構的四位科學家：

一位是生物學家（美，Watson）兩位是物理學家（英，Crick

英，Wilkins）一位是化學家（女，F(xiàn)ranklin）地球物理學：關于氣候變化的爭議2100年，氣溫上升：6℃or0.6℃宏觀和微觀交叉：日內(nèi)瓦的大型強子對撞機（ＬＨＣ）地球外有生命嗎？有第二個地球嗎？左圖：歐洲南方天文臺計劃建造透鏡直徑42米的世界最大天文望遠鏡，可用來探測地球外的生命信息。人類到外星上生活？火星極端物理學：極高的溫度或者極低的溫度極高的場強極高的壓力極快的過程，如微秒、飛秒……量子密匙和量子密碼量子糾纏、量子態(tài)研究太赫茲技術太赫茲波透視成像恩格斯說過：

我們差不多還處在人類歷史的開端，將來會糾正我們錯誤的后代大概比我們糾正其錯誤的前代要多得多。費曼：“作為一名科學家我感到一種責任，

我認識到，承認我們無知的思想所

具有的的巨大價值?！?/p>

承認我們無知是一種思想，這種思想是一種巨大價值，正是因為有這樣一種觀念，使得科學和人類社會的進步成為可能?？茖W家有這樣的認識是非?？茖W的。4、物理學是實驗科學，但它又是理論與實驗

緊密結合的科學物理學

實驗物理實驗是基礎、檢驗物理學進展真?zhèn)蔚臉藴?/p>

理論物理把認識上升到理性、規(guī)律

計算物理理論模擬手段、計算機的實驗手段

物理學是一個求實、求是的科學，是一個老老實

實的科學；“三老四嚴”要遵守實驗、實踐的檢驗，這是科學的實證性，

要經(jīng)過實踐的證實。鄧稼先追求真理、造福人類以物理學為代表的科學精神、科學價值：

實證精神

理性精神科學的規(guī)范

有利于社會而不能有害社會凡事要經(jīng)過實踐的檢驗

我們要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，必須得先守住一個底線。我們要教會學生，要想創(chuàng)新：

底線是不要違背這些科學的基本精神和科學的基本規(guī)范。不要去搞那些學術不端，那就談不上任何創(chuàng)新了。5、物理學是支撐國家和人類社會可持續(xù)發(fā)展

的強有力的應用科學體會：在應用當中，這個基礎學科十分重要。物理學是支撐國家和人類社會可持續(xù)發(fā)展以及科學發(fā)展的強有力的應用科學。除了認識世界的很多未知之外，要讓同學們理解物理學的現(xiàn)實價值。地球上的人類活動：增長有極限嗎？

環(huán)境有容量嗎？

能源可支撐持續(xù)發(fā)展嗎？能源—廣義太陽能太陽能熱利用還比較好：熱水器太陽能電池（原創(chuàng)性的競賽）物理學技術與材料、產(chǎn)業(yè)效益結合，創(chuàng)新新興產(chǎn)業(yè)各國處在差不多相同的起跑線上競爭，誰有了原始創(chuàng)新，就能引領21世紀的能源產(chǎn)業(yè)。能源—核能：比較長遠的可持續(xù)發(fā)展能源秦山核電站全景我國核能三部曲

以壓水堆為基本堆型的熱中子堆核電站（鈾235裂變）

以快堆為代表的快中子堆核電站（可利用鈾238）受控熱核聚變電站實驗堆受控核聚變研究的發(fā)展分為3步走完這3步約需50年（保守100年）

演示堆

商用堆ITER裝置示意圖

氣候變化首先是物理學問題國防—武器裝備武器不斷的發(fā)展，導致了戰(zhàn)爭觀念的一些變化，甚至出現(xiàn)了非常規(guī)戰(zhàn)爭?；A物理學跟應用物理學之間辯證的聯(lián)系:基礎物理的革命性的突破，能夠引領新的方向，能夠開辟新的領域。從核裂變、核聚變的發(fā)現(xiàn)，到原子彈、氫彈的發(fā)明，這個轉(zhuǎn)換非?？?；應用科學又反哺了基礎科學的發(fā)展。核電站、核能、核武器的發(fā)展，推動了基礎物理的發(fā)展（高能量密度物理）。

激光

—強場物理受激輻射原理齊奧爾科夫斯基：

三個宇宙速度

航空、航天

—新的課題神舟系列宇航飛船發(fā)射應用科學和工程為基礎性的科學提供了強有力的技術手段。大型強子對撞機、紫外探測等。工程技術本身創(chuàng)造生產(chǎn)力，同時它又反哺物理學，它能提出新的課題，創(chuàng)造新的環(huán)境。它們共同推動了人類社會的進步和發(fā)展。2000年的時候，中國工程院組織了幾百位專家評選了20世紀中國25項工程科技成就，這里面多半都跟物理學有關。體會：物理學是饒有趣味的科學認識世界的先鋒，改造世界、造福人類的寶庫。

“細推科學日復日，

疑難得解樂上樂”李政道二、對物理教學的四點認識1.物理學重在打好基礎

知識的基礎:首先是概念，要有清晰的物理概念；對物理規(guī)律的理解（因果關系、邏輯關系）；知識的系統(tǒng)性。能力的培養(yǎng)解方程模擬計算的能力能夠動手做實驗善于閱讀、總結分析Introduction、Conclusion數(shù)理方法訓練實驗動手能力閱讀、分析、總結寫文章的能力思維能力包括物理學和哲學兩個方面的思維

物理學中舉一反三的能力聯(lián)想的能力逆向思維的能力批判精神懷疑的思維提出問題的能力學問學問，不僅要學，還要能夠提出問題。MariaGoeppert-Mayer

“存在軌道和自旋耦合的相互作用？”費米講“彈塑性”粗估彭桓武激光核聚變（1964年）朝鮮戰(zhàn)爭“原子彈”王淦昌錢學森航天導彈衛(wèi)星實驗周光召最大功原理估算敲定一個參數(shù)于敏計算機現(xiàn)場分析帶頭突破氫彈原理2.要培養(yǎng)學生創(chuàng)新素養(yǎng)使學生理解物理學的意義、物理學的作用、物理學的趣味及物理學引人入勝的魅力，以培養(yǎng)創(chuàng)新的素質(zhì)。讓他們理解物理學不僅在歷史上，而且在未來它的重要作用。物理學任重而道遠物理學引人入勝之處，比如說未知物理學。

使人類能夠展開想象力的翅膀來欣賞大自然的美妙和神奇，來提供智慧和思辨的享受。