本站小編為你精心準(zhǔn)備了物理教育與科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1什么是物理學(xué)?

古希臘人把所有對(duì)自然界的觀察和思考，籠統(tǒng)地包含在一門學(xué)問里，那就是自然哲學(xué).科學(xué)分化為天文學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等，只是最近幾百年的事.在牛頓的時(shí)代里，科學(xué)和哲學(xué)還沒有完全分家.牛頓劃時(shí)代的著作名為“自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理”，就是一個(gè)明證.物理學(xué)最直接地關(guān)心自然界最基本規(guī)律，所以牛頓把當(dāng)時(shí)的物理學(xué)叫做自然哲學(xué).17世紀(jì)牛頓在伽利略、開普勒工作的基礎(chǔ)上，建立了完整的經(jīng)典力學(xué)理論，這是現(xiàn)代意義下的物理學(xué)的開端.從18世紀(jì)到19世紀(jì)，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，卡諾、焦耳、開爾文、克勞修斯等建立了宏觀的熱力學(xué)理論;克勞修斯、麥克斯韋、玻耳茲曼等建立了說明熱現(xiàn)象的氣體分子動(dòng)理論;庫(kù)侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等建立了電磁學(xué)理論.至此，經(jīng)典物理學(xué)理論體系的大廈巍然聳立.然而，正當(dāng)大功甫成之際，一系列與經(jīng)典物理的預(yù)言極不相容的實(shí)驗(yàn)事實(shí)相繼出現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)大廈的基礎(chǔ)動(dòng)搖了.

在這些新實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)初，愛因斯坦獨(dú)自創(chuàng)立了相對(duì)論，先后在普朗克、愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定愕、玻恩等多人的努力下，創(chuàng)立了量子論和量子力學(xué)，奠定了近代物理學(xué)的理論基礎(chǔ).本世紀(jì)隨著科學(xué)的發(fā)展，從物理學(xué)中不斷地分化出諸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚態(tài)物理、激光物理、電子物理、等離子體物理等名目繁多的新分支，以及從物理學(xué)和其它學(xué)科的雜交中生長(zhǎng)出來(lái)的，諸如天體物理、地球物理、化學(xué)物理、生物物理等眾多交又學(xué)科.什么是物理學(xué)?試用一句話來(lái)概括，可以說:物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科.盡管這個(gè)相當(dāng)廣泛的定義仍難以刻畫出當(dāng)代物理學(xué)極其豐富的內(nèi)涵，不過有一點(diǎn)是肯定的，即一與其它科學(xué)相比，物理學(xué)更著重于物質(zhì)世界普遍而基本的規(guī)律的追求.物理學(xué)和天文學(xué)由來(lái)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.可是近幾十年的進(jìn)展表明，這兩個(gè)極端竟奇妙地銜接在一起，成為一對(duì)密不可分的姊妹學(xué)科.物理學(xué)和化學(xué)從來(lái)就是并肩前進(jìn)的.

如果說物理化學(xué)還是它們?cè)谳^為唯象的層次上的結(jié)合，則量子化學(xué)已深人到化學(xué)現(xiàn)象的微觀機(jī)理.物理學(xué)和生物學(xué)的關(guān)系怎么樣?對(duì)于如何解釋生命現(xiàn)象的問題，歷史卜有吁兩種極端相反的看法:一是“生機(jī)淪”，認(rèn)為生命現(xiàn)象是由某種“活力”主宰著，水遠(yuǎn)不能在物理和化學(xué)的基礎(chǔ)上得到解釋;另一是“還原論認(rèn)為一切生命現(xiàn)象都可歸結(jié)(或者說，還原)為物理和化學(xué)過程.1824年沃勒成功地在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用無(wú)機(jī)物合成了’尿素之后，生機(jī)論動(dòng)搖了.但是、能否用物理學(xué)和化學(xué)的原理與定律解釋生命呢?回答這個(gè)問題為時(shí)尚早.不過，生命科學(xué)有自己獨(dú)特的思維方式和研究手段，積累了大量知識(shí)，確立了許多定律，說把生物學(xué)“還原”為物理學(xué)和化學(xué)，是沒有意義的.可是物理學(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(duì)有機(jī)界和無(wú)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)相互滲透，前途是不可估量的.近四、五十年在兩學(xué)科的交叉點(diǎn)上產(chǎn)生的一系列重大成就，如D、、雙螺旋結(jié)構(gòu)的確定、耗散結(jié)構(gòu)理論的建立等，充分證明了這一點(diǎn).現(xiàn)在人們常說，21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，這話有一定道理.不過，生命科學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展，必定是在與物理學(xué)科更加密切的結(jié)合中達(dá)到的.

2物理學(xué)與技術(shù)

社會(huì)上習(xí)慣于把科學(xué)和技術(shù)聯(lián)在一起，統(tǒng)稱“科技”，實(shí)際上二者既有密切聯(lián)系，又有重要區(qū)別.科學(xué)解決理論問題，技術(shù)解決實(shí)際問題.科學(xué)要解決的問題，是發(fā)現(xiàn)自然界中確鑿的事實(shí)和現(xiàn)象之間的關(guān)系，并建立理論把這些事實(shí)和關(guān)系聯(lián)系起來(lái);技術(shù)的任務(wù)則是把科學(xué)的成果應(yīng)用到實(shí)際問題中去.科學(xué)主要是和未知的領(lǐng)域打交道，其進(jìn)展，尤其是重大的突破，是難以預(yù)料的;技術(shù)是在相對(duì)成熟的領(lǐng)域內(nèi)工作，可以作比較準(zhǔn)確的規(guī)劃.歷史上，物理學(xué)和技術(shù)的關(guān)系有兩種模式.回顧以解決動(dòng)力機(jī)械為主導(dǎo)的第一次工業(yè)革命，熱機(jī)的發(fā)明和使用提供了第一種模式.17世紀(jì)末葉發(fā)明了巴本鍋和蒸汽泵;18世紀(jì)末技術(shù)工人瓦特給蒸汽機(jī)增添了冷凝器、發(fā)明了活塞閥、飛輪、離心節(jié)速器等，完善了蒸汽機(jī)，使之真正成為動(dòng)力.其后，蒸汽機(jī)被應(yīng)用于紡織、輪船、火車;那時(shí)的熱機(jī)效率只有5一8%.1824年工程師卡諾提出他的著名定理，為提高熱機(jī)效率提供了理論依據(jù).

到20世紀(jì)蒸汽機(jī)效率達(dá)到15%，內(nèi)燃機(jī)效率達(dá)到40%，燃?xì)鉁u輪機(jī)效率達(dá)到50%.19世紀(jì)中葉科學(xué)家邁耶、亥姆霍茲、焦耳確立了能量守恒定律，物理學(xué)家開爾文、克勞修斯建立了熱力學(xué)第一、第二定律.這種模式是技術(shù)向物理提出了問題，促使物理發(fā)展了理論，反過來(lái)提高了技術(shù)，即技術(shù)~物理~技術(shù).電氣化的進(jìn)程提供了第二朽模式.從1785年建立庫(kù)侖定律，中間經(jīng)過伏打、奧斯特、安培等人的努力，直到1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，基本上是物理上的探索，沒有應(yīng)用的研究.此后半個(gè)多世紀(jì)，各種交、直流發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電報(bào)機(jī)的研究應(yīng)運(yùn)而生，蓬勃地發(fā)展起來(lái).有了1862年麥克斯韋電磁理淪的建立和1888年赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)，才導(dǎo)致了馬可尼和波波夫無(wú)線電的發(fā)明.當(dāng)然，電氣化反過來(lái)大大促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展.這種模式是物理~技術(shù)~物理.本世紀(jì)以來(lái)，在物理和技術(shù)的關(guān)系中，上述兩種模式并存，相互交叉.但幾乎所有重大的新技術(shù)領(lǐng)域(如電子學(xué)、原子能、激光和信息技術(shù))的創(chuàng)立，事前都在物理學(xué)中經(jīng)過了長(zhǎng)期的醞釀，在理論和實(shí)驗(yàn)上積累了大量知識(shí)，才突然迸發(fā)出來(lái)的.沒有1909年盧瑟福的。

粒子散射實(shí)驗(yàn)，就不可能有40年代以后核能的利用;只有1917年愛因斯坦提出受激發(fā)射理論，才可能有1960年第一臺(tái)激光器的誕生.當(dāng)今對(duì)科學(xué)、技術(shù)，乃至社會(huì)生活各個(gè)方面都產(chǎn)生了巨大沖擊的高技術(shù)，莫過于電子計(jì)算機(jī)，由之而引發(fā)的信息革命被譽(yù)為第二次工業(yè)革命.整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)生、發(fā)展，其硬件部分都是以物理學(xué)的成果為基礎(chǔ)的.大學(xué)都知道，1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁、布拉頓和肖克萊發(fā)明了晶體管，標(biāo)志著信息時(shí)代的開始，1962年發(fā)明了集成電路.70年代后期出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路.殊不知，在此之前至少還有20年的“史前期”，在物理學(xué)中為孕育它的誕生作了大量的理淪和實(shí)驗(yàn)_L的準(zhǔn)備:1925一1926年建立了量子力學(xué);1926年建立了費(fèi)米一狄拉克統(tǒng)計(jì)法，得知固體中電子服從泡利不相容原理;1927年建立了布洛赫波的理論，得知在理想晶格中電子不發(fā)生散射;1928年索末菲提出能帶的猜想;1929年派爾斯提出禁帶、空穴的概念，解釋了正霍耳系數(shù)的存在;同年貝特提出了費(fèi)米面的概念，直至1957年才由皮帕得測(cè)量了第一個(gè)費(fèi)米面，爾后劍橋?qū)W派編制了費(fèi)米面一覽表.總之，當(dāng)前的第二次工業(yè)革命主要是按物理一，技術(shù)，物理的模式進(jìn)行的.

3物理學(xué)的方法和科學(xué)態(tài)度

現(xiàn)代的物理學(xué)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué).物理學(xué)中有一套獲得知識(shí)、組織知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的有效步驟和方法，其要點(diǎn)可概括為:1)提出命題命題一般是從新的觀測(cè)事實(shí)或?qū)嶒?yàn)事實(shí)中提煉出來(lái)的，也可能是從已有原理中推演出來(lái)的.2)推測(cè)答案答案可以有不同的層次:建立唯象的物理模型;用已知原理和推測(cè)對(duì)現(xiàn)象作定性的解釋;根據(jù)現(xiàn)有理論進(jìn)行邏輯推理和數(shù)學(xué)演算，以便對(duì)現(xiàn)象作出定量的解釋;當(dāng)新事實(shí)與舊理論不符時(shí)，提出新的假說和原理去說明它，等等.3)理論預(yù)言作為一個(gè)科一學(xué)的論斷，新的理論必須提出能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)所證偽的預(yù)言.這是真、偽科學(xué)的分野.為什么說.‘證偽”而不說“證實(shí)”?因?yàn)槎嗌賯€(gè)正面的事例也不能保證今后不出現(xiàn)反例，但一個(gè)反例就足以否定它，所以理論是不能完全被證實(shí)的.為什么要求能用實(shí)驗(yàn)來(lái)證偽?假如有人宣稱:在我們中間存在著一種不可探知的外來(lái)生靈.你怎么駁倒他?對(duì)這種論斷，你既不能說它正確，又不能說它錯(cuò)誤.我們只能說，因?yàn)樗荒苡脤?shí)驗(yàn)來(lái)證偽，所以不是科學(xué)的論斷.4)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，一切理論最終都要以觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)的事實(shí)為準(zhǔn)則.

理論不是唯一的，一布、理論包含的假設(shè)愈少、愈簡(jiǎn)潔，同時(shí)與之符合的事實(shí)愈多、愈普遍，它就愈是一個(gè)好的理論.5)修改理論當(dāng)一個(gè)理論與新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符合，或不完全符合時(shí)，它就面臨著修改或被推翻.不過，那些經(jīng)過大量事實(shí)檢驗(yàn)的理論是不大會(huì)被推翻的，只是部分地被修改，或確定其成立范圍.以上步驟循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成物理學(xué)發(fā)展模式化的進(jìn)程.但是物理學(xué)中的許多重大突破和發(fā)現(xiàn)，并不都是按照這個(gè)模式進(jìn)行的，預(yù)感、直覺和頓悟往往起很大作用.此外，且探且進(jìn)的摸索、大膽的猜測(cè)、偏離初衷的遭遇或巧合，也導(dǎo)致了不少的發(fā)現(xiàn).頓悟是經(jīng)驗(yàn)和思考的升華，而機(jī)遇偏愛有心人，平時(shí)思想上有準(zhǔn)備，就比較容易抓住稍縱即逝的機(jī)遇.所以科學(xué)上重大的發(fā)現(xiàn)不會(huì)是純粹的僥幸.科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，遠(yuǎn)非盡如人愿.不管你喜歡不喜歡，實(shí)事求是的作風(fēng)、老老實(shí)實(shí)的科學(xué)態(tài)度是絕對(duì)必要的.在科學(xué)研究中，一相情愿的如意算盤是行不通的，弄虛作假遲一早會(huì)暴露.

失誤任何人都難以避免，一旦發(fā)現(xiàn)，最聰明的辦法是勇于承認(rèn).1922年年輕的蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家弗里德曼發(fā)表了動(dòng)態(tài)宇宙模型的論文，遭到愛因斯坦的批評(píng).次年，愛因斯坦在讀了弗里德曼誠(chéng)懇的申辯信之后，公開聲明自己被說服了.據(jù)伽莫夫回憶，愛因斯坦說，這是他一生中最大的疏忽.偉大科學(xué)家這種坦蕩的襟懷，是所有人的楷模.基礎(chǔ)科學(xué)研究的信息資源是共享的，這里沒有秘不可及的玄機(jī)和訣要.根據(jù)公開發(fā)表的文獻(xiàn)，人人可以自己判斷，獨(dú)立思考.所以，在科學(xué)的王國(guó)里，直理面前人人平等.這里最少對(duì)偶像的迷信和對(duì)權(quán)威的屈從.“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這一信條，在自然科學(xué)的領(lǐng)域里貫徹得最堅(jiān)決.實(shí)踐不是個(gè)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)槟菚?huì)有假象，重大的實(shí)驗(yàn)事實(shí)必須經(jīng)多人重復(fù)印證才被確認(rèn).自然科學(xué)的主要任務(wù)是探索未知的領(lǐng)域，很多事情是難以預(yù)料的.實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了理論，固然可喜;與理論不符合可能預(yù)示著重大的突破，更加令人興奮，世界上建造了許多加速器，每個(gè)加速器都是針對(duì)某類現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的.40多年的歷史表明，除了反核子和中間玻色子外，粒子物理中的所有重大發(fā)現(xiàn)都不是當(dāng)初建造那個(gè)加速器的理由.高能物理學(xué)界把這看作正常現(xiàn)象.1984年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了弱電統(tǒng)一理論所預(yù)言的中間玻色子后，曾一度較少發(fā)現(xiàn)出乎理論預(yù)料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.人們反而說:現(xiàn)在最令人驚訝的，是沒有出現(xiàn)令人驚訝的事.這便是物理學(xué)界極富進(jìn)取精神的得失觀.因?yàn)樵谧匀豢茖W(xué)中物理學(xué)最直接觸及自然界的基本規(guī)律，物理學(xué)家對(duì)事物是最好窮本極源的.他們?cè)谘芯康倪^程中不斷地思考著，凡事總喜歡問個(gè)“為什么”.理論物理學(xué)家不能僅僅埋首于公式的推演，應(yīng)該詢問其物理實(shí)質(zhì)，從中構(gòu)想出鮮明的物理圖象來(lái);實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家不應(yīng)滿足于現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄，或某種先進(jìn)的指標(biāo)，而要追究其中的物理機(jī)理.因?yàn)樵谧匀豢茖W(xué)中物理學(xué)研究的是自然界最普遍的規(guī)律，物理學(xué)家不應(yīng)總把自己的目光和興趣局限于狹窄的本門學(xué)科，而要放眼于更廣闊的天地.人們公認(rèn)，當(dāng)今最有生命力的是不同學(xué)科間雜交的領(lǐng)域，有志的年輕物理學(xué)工作者在那里是大有作為的.

4怎樣教導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理學(xué)?

著名理論物理學(xué)家和物理教育家韋斯科夫一v.r.weisskopf)說:“科學(xué)不是死記硬背的知識(shí)、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(shí)的獲得(很可惜多數(shù)人認(rèn)為是后者，!畝且是這樣教的).”「，JI:，J物理教育委員會(huì)上兩屆主席焦塞姆說:“最好的老師，是讓學(xué)生知道他們自已是自己最好的老師.”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(duì)新的概念、定義、公式中的符號(hào)和公式本身的含義，用自己的語(yǔ)言陳述出來(lái).對(duì)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來(lái).這樣學(xué)生才能對(duì)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(lái)的?我為什么相信它?……問題可以正面提，也可以反向提.過去我們?cè)诮虒W(xué)中經(jīng)常有個(gè)口號(hào)，即“培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解析問題的能力”，這固然是很重要的，但少了更重要的一條，即“提出問題的能力”.

傳大的科學(xué)家之所以偉大，往往就在這一條上.有一次記者問玻爾:“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.”勤于思考，悟物窮理，就要讓學(xué)生建立自己的物理圖象.我們反對(duì)“題海戰(zhàn)術(shù)”，反對(duì)針對(duì)某類考試或題庫(kù)的應(yīng)試教育.但是做題畢竟是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中比較主動(dòng)的環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)物理，不做習(xí)題是不行的.但做習(xí)題不在于多，而在于精.教師要引導(dǎo)學(xué)生，習(xí)題做完了不要對(duì)一下答案或交給老師批改就了事.自己從物理上應(yīng)該想一想，答案的數(shù)量級(jí)是否對(duì)頭?所反映的物理過程是否合理?能否從別的角度判斷自己的答案是否正確?要求學(xué)生力爭(zhēng)能夠作到，習(xí)題要么做不出來(lái)，做出來(lái)就有充分的理由相信它是對(duì)的，即使它和書_L給的答案不一樣.老師要鼓勵(lì)學(xué)生在未被說服之前敢于和自己爭(zhēng)辯，直到學(xué)生真正明白錯(cuò)誤之所在.萬(wàn)一最后證明是老師自己錯(cuò)了(這是教學(xué)過程中常有的事，至少我個(gè)人如此)，不僅要坦率承認(rèn)，而且應(yīng)對(duì)該生加以贊揚(yáng).好的老師最欣賞的是能指出自己錯(cuò)誤的學(xué)生.我講了這么多，也許說得比較空洞，該結(jié)束了.下面請(qǐng)幾位老師結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐介紹他們的體會(huì)和寶貴經(jīng)驗(yàn).