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分析了物理学史运用在物理教学中的作用

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-09-15 编辑:评论

摘要:物理学史是人类对自然界各种物理现象的理解。它包含了物理学发展的一般规律。本文探讨了在大学物理教学中引入物理学史的必要性,并从几个方面分析了物理学史在培养学生各方面素质中的作用。

关键词:物理学史;物理之美;科学研究方法;科学精神;

随着科学技术的发展,学科的交叉特征显着。作为一门严谨的基础学科,物理学已经渗透到其他学科和技术领域。学习物理是学习所有自然科学和工程科学的先决条件。大学物理是工科学生的重要基础课程。它一方面为学生提供必要的后续课程基础,使学生能够初步了解现代科学研究的基本思想和方法。然而,大学物理课程更多的是教学生物理定律及其应用,而忽略了这些物理定律的发现和诞生。这导致学生被动地接受教科书中直接给出的物理定律,而对物理定律的形成和发展缺乏了解,使学生有了物理定律。误解,我相信任何结论都可以从数学中得出,使用物理学作为一门严格的学科而失去对物理学的兴趣。

实际上,物理学在开发过程中提供了丰富而生动的历史材料。物理学史不仅包含物理科学的诞生和发展过程,还包含物理学的美。它还包含了探索和研究过程中科学家的艰辛和曲折,反映了科学家的宝贵品质。如果您能够在日常大学物理教学中诠释相关的物理历史,您不仅可以将学生的注意力带回课堂,还可以使学生了解物理学的建立过程和各种科学研究方法,并对此有更深入的了解。物理科学。这种理解也使学生进入科学家的精神世界,培养他们的科学精神和科学素养。以下是从几个方面介绍物理在大学物理教学过程中的介绍,以及它在培养学生素质中的作用。

1.引导学生欣赏物理之美

科学和艺术是人类文化的两个来源,是人类社会实践的结果。艺术之美直观,人们可以直接感受到。物理学中的美是隐藏在表面之下的理性美。美学可以通过逻辑思维来理解和想象美,这可以通过简单,和谐,对称和统一的形式来实现[1]。/P>

在物理学中不乏美丽的例子,但缺乏对美的揭示。在大学物理教学过程中,通过物理学史的引入,引导学生体验物理学的简单性,对称性和和谐性。通过各种例子,学生可以认识到除了可以在各种表面上直接观察到的感性美,通过理性思考,你可以感受到隐藏在表面背后的各种理性美。物理学试图用一个简单的方程来统一描述自然界中的各种现象,如牛顿力学方程,麦克斯韦方程,薛定谔方程,狄拉克方程等。这些方程从复杂现象中简单抽象出来。用于描述自然界中各种运动和相互作用的本质是对物理学的简单性和统一性的深刻体现。

当教学中提到相应的内容时,相关物理史的介绍可以使学生对这些伟大的物理学家提出的高度统一、优美的方程有更深的理解,也能激发他们的学习兴趣。例如,在讨论牛顿运动方程时,它介绍了牛顿缓慢建立其三定律和万有引力定律的过程,并举例说明了各种宏观物体在天空和地下的运动,所有这些都包含在牛顿力学的范畴。让学生体验这样一个简单而优雅的方程式,却能描绘出万物运动的朴素而深邃的美。在电磁学方面,麦克斯韦可以在前人的基础上建立有深刻见解的电磁场理论方程,并从方程中导出电磁波的速度,令人惊讶地发现电磁波中的光速钕真空。同样,造光是一个电磁波假设,然后赫兹在实验中证实了麦克斯韦的假设。光和电磁,以前似乎完全不相关的东西,原来是一样的东西,可以用一个简单而优雅的方程组来深刻地描述。在课堂教学中,引导学生认识这门物理的高度统一性和内在的自洽性,使学生体验到物理的和谐美。

物理学中有守恒和对称。学生在高中就已经学会了能量守恒和动量守恒定律,他们也很熟悉。在大学物理中,当教授角动量守恒时,我们可以介绍女数学家诺特提出的诺贝尔理论。康诺利说,每个守恒定律都有相应的对称性。能量守恒定律来源于时间平移对称,动量守恒定律来源于空间平移对称,角动量守恒定律来源于空间选择对称。当学生们更多地了解他们所熟悉的守恒定律背后的对称性时,他们将不可避免地对物理学中的对称性产生极大的兴趣。从物体表面对称的美出发,引导学生理解形式的对称性,如形式的对称性、性质的对称性、规律的对称性。

通过物理学史上的各种实例,引导学生发现和欣赏物理的美,使学生在学习过程中感受到物理的魅力,从而激发学习物理的兴趣。

二,帮助学生建立正确的科研方法

在高中和大学低年级期间,教科书被赋予了一个由许多人完善的完整的理论体系。在物理课堂教学中,教师往往只关注物理定律的理解和应用。学生对这些法律的过程缺乏了解。事实上,每个基本的物理概念和物理定律都非常困难。除了多年积累的知识外,很多人都经历了无数的弯路,而天才的需要突然激发,最终会变慢。慢慢改进一个正确的科学结论。

在课堂教学中介绍相应的物理历史,学生可以充分了解物理学家如何发现问题,如何思考问题,采取什么样的弯路,最后用什么方法来解决问题。例如,在力学发展的早期,伽利略发现了一个错误的结论,即亚里士多德关于物体下落速度的理论与物体的重量成正比,并进行了坠落实验和斜塔的斜面实验。比萨验证他的想法并发表了不朽。作者《两门新科学》。后人研究了伽利略的工作和他的信件,总结了伽利略的运动学方法。伽利略结合了实验和理论,专注于逻辑推理和实验验证。该方法大致如下:现象的一般观察,然后是假设,数学和逻辑推理,实验验证,最后是理论。爱因斯坦对伽利略的评价很高,并认为伽利略采用的科学研究方法在物理学发展之初就被广泛采用。在教授机械知识时,引入伽利略的研究方法将使学生了解早期物理学的发展,更重要的是,让学生知道物理学是一门与实验科学相结合的理论。只有可以在实验基础上进行测试的理论才能从内到外正确理解客观事物。

在介绍物理学史时,有必要提醒学生物理学的研究方法并不是唯一的。他们首先提出理论假设,然后通过实验验证理论的正确性。在实验中也发现了一些新现象,以便解释新的实验。现象,以及新理论的发展。例如,如上所述,伽利略首先提出了假设,然后通过实验验证,最终完善了理论;麦克斯韦还在统一电磁理论的过程中提出了位移电流,建立了方程,并从方程中预测出光是一种。电磁波,然后赫兹证实了电磁波的存在。这些都是理论之前的实验例子。另一方面,物理学史上有许多后实验理论的例子。例如,在向学生介绍量子力学时,引入了量子力学的诞生过程。这是由于黑体辐射现象和经典物理学解释的光电效应。因此,普朗克提出了能量量子化的假设,爱因斯坦提出的光子理论等,这导致了早期量子理论的诞生。

通过介绍物理学史上的一些例子,让学生知道物理学是理论与实践的结合,但也需要注意引入一些常见的科学研究方法,如假设,归纳,演绎,类比,综合等等。物理学的各种研究方法和思维方式影响着许多其他领域。掌握这些方法对学生未来的学习和工作起着重要作用。

三是培养学生的科学素养和科学精神

除了物理学的发生和发展的基本规律,物理学的发展和转变之外,物理学史还包含了无数科学家在探索科学中的毅力,创新,无所畏惧和科学。奉献精神。爱因斯坦曾经说过:“科学可以通过两种方式影响人类事务。第一种方式是熟悉的,科学的直接的,并且在更大程度上,间接地产生完全改变人类生活的工具。第二种方式是教育,它起作用虽然它不是马虎,但这种方式并不明显,但至少与第一种方式一样尖锐。“物理学史是一个具有巨大精神财富的地方。探索这些精神财富并从中提取营养具有重要意义对学生的科学和教育意义[2,3]。

在课堂教学中,穿插一些介绍一些物理学家的小故事,不仅可以吸引学生在课堂上的注意力,更重要的是,让学生体验物理学家的成长路径和生活。物理学家对困难和逆境的态度,他们对声誉的看法,他们的坚持和努力,他们对人类和国家的奉献等都值得学习和借鉴。

在物理学史上,不乏物理学家坚持不懈和努力工作的例子。来自布鲁诺的人,为了捍卫“天心”而被判入狱八年,花费20多元来衡量热量相当。在这一年里,他做了400多次焦耳实验;来自沉头实验室超过50年,卡文迪什测量了引力常数并验证了平方反比定律,用了三年多的时间来完成从大量的炉渣中提炼出来。由放射性元素危险致力于科学研究的居里夫人患有放射性元素,自从他出生在一个贫穷的铁匠家庭以来经历了艰辛。他一直坚持探索电磁感应现象已有十多年了,必须通过言语合成。与人交流,霍金仍在为宇宙学做出重要贡献。通过智慧和努力工作的无数物理学家铺平了科学之路。在教学中使用物理学史丰富的材料,使学生进入物理学家的内心世界,培养勤奋和努力的精神。

物理学的发展史也是一个不断否定和创新的历史。在日常教学中,引入相应的物理学史表明,一些物理学家有勇气打破权威,勇于创新,也可以引导学生培养自己的批判和创新意识。例如,当我们在课堂教学中谈论牛顿力学时,我们可以引入马赫对牛顿绝对时空观的批评。爱因斯坦对马赫的批判精神有很高的评价,并称他为相对论的先驱。爱因斯坦本人充满了批评和创新精神。特殊和广义相对论彻底颠覆了牛顿的力学,并将牛顿的力学系统引入了相对论范畴。相对论通过高度创新的理论改变了人类对宇宙的理解。在创造量子力学的过程中,各种创新思想和概念层出不穷,如能量量化假设,波粒二象性等。它的诞生历史是一个非常有创意的历史。如果在向学生讲授量子力学的过程中,我们通过整合各种物理历史资料来介绍这一历史,其中各种革命思想将对学生产生一定的影响,鼓励学生质疑和创新。此外,物理学史上丰富的物质也可以在建立学生正确的人生观和价值观方面发挥启示和塑造作用。

4.物理学与其他学科之间的联系

物理学不仅是一门基础科学,也是一门发展中的科学。它是许多科学技术的基础,为许多新技术的更新和发展提供了理论基础。将物理学史引入课堂教学可以使学生对物理与技术之间的关系有深刻的理解。由于大学物理课程的学习基本上是工科学生,让学生明白物理是各种工程技术的基础,与学生在未来的专业课程中密切相关,也会激发学生学习大学物理的热情。

大学物理课程包含经典物理学的内容,如力学,热学,光学和电磁学。它还简要介绍了相对论和量子力学。这些内容的理论体系已经完善,现代科学技术的发展与这些内容基本密不可分。将相关的物理历史渗透到课程中将使学生更清楚地了解该科目的知识。例如,在教授电磁内容时,我们可以介绍电磁学的历史及其在现代科学技术中的作用。如今,人类生活中的所有电器,包括移动电话,计算机,通信设备等,都是在电磁理论的基础上发展起来的。的。在认识到光是电磁波之后,光学在技术的许多方面的应用,基本的理论基础也是电磁学的理论。更不用说机制了,自牛顿力学诞生以来的数百年里,流体力学,弹性力学和分析力学等分支已经发展并广泛应用于人类生活的各个领域。人类文明也从实践中的热量应用中获益匪浅。热力发展的早期伴随着热力发动机的出现。随着蒸汽机的发明,实现了第一次工业革命,现在各种内燃机,冰箱,空调等也依赖于经典热力学的基本理论。此外,在上个世纪量子力学诞生之后,量子力学成为基础理论,激光技术,超导技术,纳米技术,半导体技术和晶体管发明诞生了。这些技术极大地促进了人类的发展。文明的发展。通过对物理历史资料的解释,学生可以理解物理学的重要地位,学生可以认真地纠正自己的态度和学习物理。

此外,在介绍物理学史时,应该提醒学生物理学与其他自然科学之间的关系。数学是物理学用来描述自然的工具。没有数学,就不可能严格而准确地表达自然规律。例如,没有微积分,牛顿就无法得到万有引力定律;没有统计学,如果没有黎曼张量,很难发展出分子运动理论,广义相对论也无法完善。物理学与化学,生物学,地质学和其他学科的结合也产生了一些非常动态的学科,如物理化学,生物物理学,地球物理学等。通过这些内容的介绍,学生可以开阔视野,了解物理学在整个科学发展史上的重要地位。

五,结束语

将物理学史引入课堂教学有利于帮助学生理解物理学的发展规律,加深对物理概念和规律的理解,进一步发现物理学的美感,理解物理学的特征以及物理学与技术的关系。引导学生树立正确的科研方法和培养。学生的科学素质和精神。但是,我们还应该注意,物理学史的引入不能取代物理学科的教学,它应该只起辅助作用,使学生通过对物理学史的认识,形成推动他们的动力。自己的进步。

参考

[1]沉志远。科学是美的:科学,艺术和人文思维(第2版)[M]。上海教育出版社,2004。

[2]董燕。运用物理学史培养学生的核心素质[J]。关于物理教学的讨论,2016,34(8): 4-7。

[3]李艳萍。物理学史与科学素质的培养[J]。 Physics Bulletin,1998(10):9-11。

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