前沿物理教學(xué)在文科物理教學(xué)過(guò)程中的成效分析

歐陽(yáng)秋云　齊立紅　李春燕　劉永軍　陳玉金

摘要：長(zhǎng)期以來(lái)，物理教學(xué)尤其中學(xué)物理教學(xué)中，往往忽略了前沿物理，這導(dǎo)致了物理教育的“片斷化”，學(xué)生只知物理學(xué)的昨天，不知物理學(xué)的今天，也不見(jiàn)物理學(xué)的明天。本文結(jié)合自己從事文科物理教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，給出了前沿物理教學(xué)的幾種方式，并分析了在文科物理課堂上進(jìn)行前沿物理教學(xué)的成效。

關(guān)鍵詞：文科物理；前沿物理；成效分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）13-0251-02

一、前沿物理教學(xué)的現(xiàn)狀

一般來(lái)講，物理知識(shí)分為經(jīng)典物理和前沿物理（即現(xiàn)代物理）兩大部分，這兩大部分知識(shí)各有其獨(dú)特的思維方法和研究思路[1]。經(jīng)典物理學(xué)更多地表現(xiàn)為一種控制邏輯，體現(xiàn)的是“知識(shí)即工具”這一理念；而前沿科學(xué)研究特別是純科學(xué)研究體現(xiàn)的是對(duì)前人的質(zhì)疑與超越[2]。但長(zhǎng)期以來(lái)，物理教學(xué)尤其中學(xué)物理教學(xué)中，往往忽略了前沿物理，這導(dǎo)致了物理教育的“片斷化”，物理教育成了物理“斷代史”的教育，使學(xué)生只知物理學(xué)的昨天，不知物理學(xué)的今天，也不見(jiàn)物理學(xué)的明天；而且造成了學(xué)生對(duì)物理學(xué)的許多錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，比如認(rèn)為物理學(xué)對(duì)科技的貢獻(xiàn)只屬于過(guò)去，物理學(xué)科已經(jīng)趨于完備、已經(jīng)沒(méi)有什么發(fā)展的余地等等[3]。

二、在大學(xué)文科物理課堂上進(jìn)行前沿物理教學(xué)的方式

文科學(xué)生基礎(chǔ)差，底子薄，對(duì)物理有一定的畏懼心理。那么如何在文科物理課堂上進(jìn)行前沿物理教學(xué)呢？具體方式如下：

1.結(jié)合物理學(xué)。物理學(xué)史可分為古代物理學(xué)時(shí)期（從遠(yuǎn)古—16世紀(jì)中葉）、經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期（16世紀(jì)中葉—19世紀(jì)末）和現(xiàn)代物理學(xué)革命時(shí)期（20世紀(jì)—現(xiàn)在），現(xiàn)代物理學(xué)革命時(shí)期又分為三個(gè)階段，即第一階段（1905—1931年）：相對(duì)論和量子概念的創(chuàng)建和應(yīng)用階段；第二階段（1932—1954年）：亞原子物理學(xué)階段；第三階段（1955年至今）：亞核物理學(xué)即宇宙物理學(xué)階段。例如電磁學(xué)歷史，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特，由于堅(jiān)信電磁之間的聯(lián)系與統(tǒng)一，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，而發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)。英國(guó)物理學(xué)家法拉第和奧斯特一樣也深信各種“自然力的統(tǒng)一性”，并追求這種統(tǒng)一，經(jīng)過(guò)十余年的艱苦努力，終于找出了電磁感應(yīng)定律。在法拉第工作的基礎(chǔ)上，麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波的存在，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上的第三次大綜合。電磁波的發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界，全世界許多實(shí)驗(yàn)室投入了對(duì)電磁波性質(zhì)及其應(yīng)用的研究。在赫茲宣布他的發(fā)現(xiàn)后不到六年，意大利的馬可尼與俄羅斯的波波夫分別實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)電波遠(yuǎn)距離傳播，并很快投入實(shí)際應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)電報(bào)、無(wú)線(xiàn)電廣播、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、傳真、電視以及雷達(dá)等無(wú)線(xiàn)電技術(shù)像雨后春筍般地涌現(xiàn)出來(lái)，近幾十年來(lái)，又實(shí)現(xiàn)了遙控、遙感、遙測(cè)、衛(wèi)星通信等，從此人們進(jìn)入了信息化時(shí)代[4]。

2.結(jié)合現(xiàn)代生活。物理現(xiàn)象和規(guī)律大部分來(lái)自于生活，又必將服務(wù)于生活。人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，以及現(xiàn)代高科技的前沿問(wèn)題都與基礎(chǔ)物理的研究有關(guān)。因此給學(xué)生講解前沿物理知識(shí)時(shí)應(yīng)當(dāng)聯(lián)系生活實(shí)際[3]。例如現(xiàn)代生活中，一些家用電器包括計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、微波爐、電磁爐、手機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。那么何謂電磁輻射？電磁輻射會(huì)產(chǎn)生哪些危害以及如何預(yù)防呢？電磁輻射是指能量以電磁波的形式在空間傳播的現(xiàn)象。電磁輻射產(chǎn)生的危害如下：（1）可能會(huì)誘發(fā)兒童患白血病；（2）可能會(huì)導(dǎo)致兒童智力殘缺；（3）對(duì)于成年男子來(lái)說(shuō)，可能會(huì)導(dǎo)致精子質(zhì)量下降（4）對(duì)于孕婦來(lái)說(shuō)，可能會(huì)導(dǎo)致胎兒畸形；（5）可能會(huì)導(dǎo)致人體癌細(xì)胞增值；（6）可能會(huì)引起人體視力下降，使人得白內(nèi)障；（7）可能會(huì)影響人的心腦血管系統(tǒng)[5，6]。預(yù)防電磁輻射的方法如下：（1）電器擺放不要過(guò)于集中。在臥室中，要盡量少放，甚至不放電器；（2）電器使用時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，盡量避免同時(shí)使用多臺(tái)電器；（3）注意人與電器的距離，能遠(yuǎn)則遠(yuǎn)；（4）盡量縮短使用電剃須刀和吹風(fēng)機(jī)的時(shí)間；（5）長(zhǎng)時(shí)間在計(jì)算機(jī)前工作時(shí)，最好穿上防輻射服；（6）對(duì)于電磁輻射較大的家用電器例如微波爐和電磁爐，可使用防護(hù)罩；（7）要正確使用手機(jī)：①手機(jī)接通瞬間釋放的電磁波容易產(chǎn)生不好的影響，所以手機(jī)響時(shí)，幾十秒后再聽(tīng)手機(jī)；②在使用手機(jī)時(shí)，可以采用手機(jī)專(zhuān)用耳機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離使用是比較有效的辦法；③盡量減少通話(huà)時(shí)間，最好左右耳朵輪流聽(tīng)；④休息時(shí)不要將手機(jī)置于枕頭邊；⑤手機(jī)不用時(shí)最好放在包里，但不要放在胸前的口袋中，也不要直接掛在胸前。[5，6]

3.結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題包括交通運(yùn)輸、環(huán)境污染與保護(hù)、能源危機(jī)以及新能源等問(wèn)題。如果將前沿物理知識(shí)與社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題相結(jié)合，勢(shì)必激起學(xué)生的廣泛關(guān)注和積極參與，并且能夠培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。我們現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)主要以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主，然而化石能源是有限的，不可再生的，并且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。在現(xiàn)實(shí)世界里，不可再生的資源絕不會(huì)真的完全用盡，而是隨著資源的逐漸枯竭，它變得越來(lái)越難開(kāi)采，于是產(chǎn)量下降，導(dǎo)致市場(chǎng)短缺，價(jià)格上漲。持續(xù)短缺和價(jià)格上漲最終使這些資源變得如此昂貴，以至于實(shí)際上被淘汰[7]。將來(lái)的能源結(jié)構(gòu)將會(huì)以風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⑸矬w能等可再生能源為主，雖然只有水電和生物體能源對(duì)今日的可再生能源有較大的貢獻(xiàn)，但是，其他可再生能源正在迅速增長(zhǎng)，在將來(lái)可能為我們提供更多的能量。每一種能源都有其自身的缺點(diǎn)，但是一般來(lái)說(shuō)可再生能源的缺點(diǎn)比化石能源或核能少[7]。

三、前沿物理教學(xué)后的成效分析

1.有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。文科學(xué)生在高中開(kāi)始就實(shí)行了文理分科，他們中大部分學(xué)生物理基礎(chǔ)較差，有些人曾經(jīng)懼怕物理、討厭物理，針對(duì)這一情況，就要想方設(shè)法激發(fā)文科學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上引入一些生動(dòng)有趣的前沿物理知識(shí)后，文科學(xué)生不再感覺(jué)物理枯燥無(wú)味，對(duì)物理產(chǎn)生了極大的興趣。有個(gè)學(xué)生甚至想報(bào)考物理方面的碩士研究生，但是由于文理科不能跨專(zhuān)業(yè)報(bào)考碩士研究生，最后放棄了?，F(xiàn)在國(guó)家教育政策進(jìn)行改革后，高中不再實(shí)行文理分科，對(duì)學(xué)生的全面發(fā)展將是有利的。endprint

2.有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，形成正確的科學(xué)觀(guān)。物理前沿知識(shí)中有大量說(shuō)明科學(xué)相對(duì)性、不確定性的事例，如果將其滲透于教學(xué)中，能夠使學(xué)生開(kāi)闊視野，啟迪他們質(zhì)疑舊的科學(xué)觀(guān)，逐漸形成具有現(xiàn)代意蘊(yùn)的科學(xué)觀(guān)[3]。例如離心運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為存在一種離心力使物體發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)。學(xué)完離心運(yùn)動(dòng)之后，學(xué)生明白了根本不存在離心力，離心運(yùn)動(dòng)其實(shí)是由于物體具有慣性。任何事情都具有兩面性，離心運(yùn)動(dòng)同樣有利有弊。離心運(yùn)動(dòng)有利的一面是：利用離心運(yùn)動(dòng)可以做成洗衣機(jī)的甩干桶，將衣服甩干；利用離心運(yùn)動(dòng)可以制作小朋友喜歡吃的棉花糖。離心運(yùn)動(dòng)的弊端是：在高速公路拐彎處，如果汽車(chē)速度過(guò)快就會(huì)產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)，將會(huì)造成交通事故；高速旋轉(zhuǎn)的飛輪、砂輪的離心運(yùn)動(dòng)將會(huì)對(duì)周?chē)娜水a(chǎn)生很大的危害。

3.有利于學(xué)生學(xué)以致用。學(xué)完電磁學(xué)知識(shí)后，很多學(xué)生告訴我使用手機(jī)時(shí)多用耳機(jī)可以減少電磁輻射。學(xué)完離心運(yùn)動(dòng)后，學(xué)生能夠解釋洗衣機(jī)的甩干桶利用的是離心運(yùn)動(dòng)的原理，在高速公路上行駛的汽車(chē)在拐彎處要放慢速度是為了防止離心運(yùn)動(dòng)發(fā)生。學(xué)完光學(xué)知識(shí)之后，學(xué)生知道了3D立體電影圖像是如何形成的。即用兩臺(tái)攝像機(jī)仿照人兩只眼睛的不同視角同時(shí)拍攝，在放映時(shí)以?xún)膳_(tái)投影機(jī)同步放映至同一屏幕上，供左右眼同時(shí)觀(guān)看，從而產(chǎn)生立體效果[8]。

4.有利于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理學(xué)與人文學(xué)科的關(guān)系。好的文學(xué)能描述出隱藏在人類(lèi)感情及行為背后，最深不可測(cè)的內(nèi)心自我（或他我）的情操。而一位好的物理學(xué)家則會(huì)看到隱藏在普天下美妙神奇萬(wàn)物后面的自然界的“自我”，會(huì)看到一個(gè)除肉眼能看到的世界之外的一個(gè)更為廣闊的世界。許多古詩(shī)詞句中蘊(yùn)含著一定的物理現(xiàn)象和規(guī)律，例如，李白在《望天門(mén)山》一詩(shī)中寫(xiě)道：“兩岸青山相對(duì)出，孤帆一片日邊來(lái)”，這兩句詩(shī)中蘊(yùn)含著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)。物理學(xué)史就是一部人類(lèi)的奮斗史，培根曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“史書(shū)使人明智，科學(xué)使人深刻”，李約瑟曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“如果我們不了解過(guò)去，也就沒(méi)有多少希望掌握未來(lái)”。物理學(xué)最初就被稱(chēng)為自然哲學(xué)，“世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，一切物質(zhì)都在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)”，這其中就包含著一定的哲學(xué)道理[4]。

在大學(xué)文科物理課堂上進(jìn)行前沿物理教學(xué)，可以采取結(jié)合物理學(xué)史、結(jié)合現(xiàn)代生活、結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題等方式進(jìn)行。通過(guò)成效分析可以發(fā)現(xiàn)：在大學(xué)文科物理課堂上進(jìn)行前沿物理教學(xué)后，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；有利于學(xué)生學(xué)以致用；有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野，形成合理的科學(xué)觀(guān)；有利于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理學(xué)與人文學(xué)科的關(guān)系。

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