物理教学的四个理念

： “在科学的殿堂里有各种各样的人： 有人爱科学是为了满足智力上的快感； 有的人是为了纯粹功利的目的。 而普朗克热爱科学是为了得到现象世界那些普 遍的基本规律， … … 他成了一个以伟大的创造性观念造福于世界 的人。”
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杨振宁对吴健雄的评论
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爱因斯坦对迈克尔逊的评论
“我总认为迈克尔逊是科学中的艺术家， 他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美 和所使用方法的精湛，他从来不认为自 己在科学上是个严格的‘专家’，事实 上的确不是，但始终是个艺术家。”
李政道：
“物理学的精 髓在于创新。”
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物理教学理念之四

物理学中最重要的东西不是某个原理、某条定 律，而是它所包含的创新精神。
物理学是在不断探索、不断发现、不断创新中 发展起来的，没有创新就没有今天的物理学。 物理学研究的是最基本的自然规律，规律的发 现、理论的提出，只有第一，没有第二。 掌握物理学的精髓，最重要的就是学会创新。


要向学生反复强调讨论的重要性，鼓励并 组织学生开展讨论， 形成“勤于思考，乐于探讨”的学术氛围。 讨论有多种方式，不拘一格，讨论就好： 大课提问讨论 小班专题讨论 网上随意讨论 宿舍卧谈讨论. . .
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小班讨论课是推动学生开展讨论的有 效方式
清华大学，西安工业学院等校都有物理小班 讨论课。 以清华大学为例： *作用： 深入理解基本概念、原理，掌握基本方法； 开阔思路，鼓励创新，训练辩才。 *做法： • 15-20人一班，主讲教师指导，由教师和 TA 分班主持，
磁 悬 浮 与 磁 悬 挂
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启迪思维
钢管向中心移动
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启迪思维
翻转陀螺
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显示原理
角 动 量 守 恒
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显示原理
势 能 转 动 能
—
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验证理论
同济大学
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验证理论
“拍”的产生
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验证理论
进 动
热辐射
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物理教学理念之二


演示实验厅 学生可以自己动手演示。 演示实验要进课堂，使演示与讲课同步 进行，实验与理论教学紧密配合。
基础物理教学的 四个理念
清华大学物理系 陈泽民
2006.7
1
物理教学的四个理念



物理教学的改革和课程建设要有正确的 理念做指导， 有的理念在教学改革的一定阶段很重要， 有的理念则应贯穿于物理教学的始终， 并长期起作用。 四位物理学大师的四句话应当作为改进 基础物理教学最基本、最重要的理念。
2
物理教学理念之一
5
1，从现象出发把五彩缤纷、美妙神奇的物 理世界展现在学生面前， 激发学生的好奇心和求知欲
引导学生以探索、研究的心态进行学习。
美丽的北极光
“怒发冲冠”
6
激发学生的好奇心和求知欲
帆船逆风行驶
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激发学生的好奇心和求知欲
峨眉山金顶佛光
8
激发学生的好奇心和求知欲
上海交大
梳子吸引水流
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2，要实现基础与前沿、经典与现 代、理论与应用的有机结合
大葱表皮的 OCT 图像
睫状体 晶状体上皮 角膜后表面 角膜前表面
兔子眼球前部的OCT图像
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特征X射线 越王勾践剑的分析
湖北江陵出土， 在地下埋藏了 大约2500年
用质子激发X射线分析各部分成份 含铁量比铜矿少，
硫化处理 —防锈
Cu - Sn - Pb合金 — 锋利
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洛仑兹力 磁 流 体 船

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小班讨论课的做法
•主要题目课前到手，师生有备而来围绕 教学重点和学生学习疑点、难点展开。
•同时鼓励学生提问题，什么问题都可以 讨论，包括教师可能回答不上来的，以 及没有公认结论的问题。
•讨论和演示实验相结合。
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例1：在台面上合适地搓动乒乓球，乒乓球 在桌面上前进一段距离后将会自动返回。 1）试对此现象作定性解释； 2）设乒乓球可看成匀质刚性球壳，导出能产 生上述现象，其初始条件应满足的关系。
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普朗克等人提名爱因斯坦为普鲁士科 学院院士的推荐书
几乎没有一个现代物理学的重要问题爱 因斯坦没有做过巨大贡献。当然他有时 在创新思维中也会有错，比如，他对光 量子的假设。可是也不应该过分批评他， 因为即使在最准确的科学里，要提出真 正新的观点而不冒任何风险是不可能的。
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贴近生活
汽车--静电屏蔽 激光使闪电改道
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物理教学理念之四

物理教学要把培养学生的创新精神放在 第一位 •培养学生创新的意识和勇气， •培养学生创新的想像力并掌握创新的方 法。
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1，要有创新的意识和勇气

喜欢标新立异，不墨守成规。
总想探索新途径，提出新观念，尝试新 方法，导出新结论。 没有想到创新的人决不会有新创造。

不怕名人权威，在新的事实面前敢于怀 疑旧理论，提出新问题。 “进步道路上的绊脚石是，也一向是， 不容许怀疑的传统。” — 吴健雄
理论联系应用：
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光栅衍射相控阵雷达
设在澳大利亚Sydney大学 的一维射电望远镜阵列
设在美国鳕角（Cape cod） 的相控阵雷达照片
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迈克耳逊干涉仪光学相干CT
光源 反 射 镜 光纤耦合器 样 品
探 测 器
光纤聚焦器
电子学系统 计算机
具有微米量级的空间分辨率
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兔子眼球前部的OCT图像
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物理教学理念之三
海森堡：
“科学扎根于 讨论。”
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物理教学理念之三

讨论是科学赖以生长、繁荣的土壤。讨论 可以使学习深入，讨论能够激发创新的火 花。
杨振宁的体会： “我一生中最重要的一年，不是在美国做 研究，而是当时和黄昆同处一舍的日子。 正是那些争论，使我找到科研的感觉。”
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物理教学理念之三
既要强调物理教学的基础性，又要注意 它的时代性和前沿性； 既要深入揭示物理规律的内涵和意义， 又要适当联系它在高新技术中的应用。 使学生觉得物理学新颖、深刻、有用， 从而提高学习物理的兴趣。
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基础联系前沿：



逃逸速度 — 黑洞 动量守恒 — 中微子的发现 万有引力 — 脉冲双星、引力波 热二定律 — 时间箭头 Doppler效应 — 红移、大爆炸理论
▲ 赤道附近的信风
（北半球东北，南半球东南）。 ▲ 强热带风暴漩涡的形成。
▲ 落体偏东。
北半球的科氏力
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贴近生活
熵与生命---耗散过程
高熵---混乱 热平衡----死亡 薛定谔：生命是什么?
“生命之所以能存在，就在于从环境 中不断得到 ‘负熵’” “有机体是依赖负熵为生的 ” ----生命的热力学基础
爱因斯坦：
“兴趣是最好 的老师。”
3
物理教学理念之一

请注意：
兴趣是最好的老师，我们都不是。

教师的一个重要的任务：
使学生能得到这个最好的老师
—激发和培养学生学习物理的兴趣。
4
物理教学理念之一



有了兴趣学生才能主动而非被动地学习， 学习才能深入。 要改变物理课枯燥、死板、严肃、难懂 的面貌，使物理课变得亲切、有趣、有 吸引力，使学生能主动地、生动活泼地 学习。 至少可以从以下四个方面努力：
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培养学生的创新意识和勇气

少年儿童天生就富于想像，喜欢创造，无 所顾忌，不怕权威。是我国教育制度和教 育方法的弊端，扼杀了学生的创新精神。 听话、守规矩、强求一律、崇拜权威、应 试教育，. . . 到了大学才要重新“培养”。 实质上是要去掉思想束缚，把创新精神重 新激发出来。
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培养学生的创新意识和勇气
人过大佛寺，寺佛大过人 (纪晓岚下联) 僧游云隐寺，寺隐云游僧 (张琏下联)
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评论 杨振宁对Dirac方程的评论：
“这个简单的方程是惊天动地的成就，是划 时代的里程碑。” “反粒子理论又是物理学的另一个里程碑。” 称赞Dห้องสมุดไป่ตู้rac方程和反粒子理论是： “性灵出万象，风骨超常伦。” 高适:《答候少府》
2 2 2 1 2 2 2 2 2 0 2 x y z c t
X,y,z,ict 的整齐平衡和4维空间的 对称之美
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物理规律之美
杨振宁对牛顿运动方程、麦克斯韦方程、 相对论等的评价：
“它们以极度浓缩的数学语言写出了物理世 界的基本结构，可以说它们是造物者的诗 篇。” 要引导学生发现和欣赏物理规律之美， 把学习物理的兴趣提高到审美的层次上来。
进水
发动机
出水
B
电流

F

B F
电极
海水
接发电机
I
16
3，讲出物理规律之美，并联系历史， 联系人文，贴近生活

物理规律之美 物理学的本质是真－客观规律、真理
物理学的价值是善－能够造福人类
物理学的追求是美－简洁明快，均衡对称，
和谐统一， • • •
如：万有引力定律－简洁明快之美
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物理规律之美
麦克斯韦方程－统一对称之美 相对论－和谐自洽之美 自由空间的电磁波方程：
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贴近生活
弧线球（香蕉球）受力分析
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4，把计算机引入物理课程的学习， 用计算机模拟、计算、显示、研究物 理过程
把学生玩计算机的兴趣引导到学习物 理上来。
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物理教学理念之二
杨振宁：
“现象是 物理学的 根源。”
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物理教学理念之二
杨振宁： “很多学生在学习中形成一种印象，以 为物理学就是一些演算。演算是物理学 的一部分，但不是最重要的部分。物理 学最重要的部分是与现象有关的。绝大 部分物理学是从现象中来的。现象是物 理学的根源。”
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玻尔对普朗克量子论的评价：
“在科学史上很难找到其它发现能象普朗 克的基本作用量子一样在仅仅一代人的 短时间里产生如此非凡的结果… 上一代人能取得有关自然知识的如此的 神奇进展，应归功于人们从传统的思想 束缚下获得的这一解放。”
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爱因斯坦在1918年4月普朗克六 十岁生日庆祝会上的一段讲话：
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联系历史

适当介绍重要的规律、理论发现和建立 的过程。这不仅能使学生受到前辈科学 家创新精神的感染和科学方法的熏陶， 还能大大激发学生学习物理的兴趣。
照相机的增透膜是怎样发明的？ 普朗克的量子论是怎样建立的？ 李政道、杨振宁是怎样提出宇称不守恒的？

联系人文（文学，艺术，评论，• • • ）：

图片，视频（录像），演示实验在教学中 具有十分重要的作用。
演示实验最重要：直观－真实－生动 作用： 观察现象，启迪思维， 显示原理，验证理论。 是培养学生探索精神、创新精神的重要手 段。
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观察现象
磁 悬 浮
41
观察现象
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观察现象
共 振
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观察现象
全 息 图 像
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启迪思维
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启迪思维
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贴近生活
蝙蝠超声波定位 (10万赫兹)
人体心脏附近的等势线
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贴近生活
万有引力－月球对地面上海水的引潮力
钱塘江大潮
引潮力常触发地震
1976.阴7.2，唐山 1993.阴8.15，印度 1995.阴12.17，神户 2001.阴2.1，四川雅江 2001.阴2.2，印尼
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贴近生活
与科里奥利力有关的问题

R
0
v
c0
f
r
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例2. 细绳突然断开刚体如何转动？
A 细绳
m 质心 C m B
分析得对吗？看看实验。
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通过讨论课，激发学生研究更深层次问题
？ ？ ？
讨论课
?？ ？
通过讨论课，学生在杂志上发表了论文。如 “关于乒乓球滚动问题的讨论”，“物理与工程” 顾黎（电子系），指导教师：马万云
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物理教学理念之四
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波－粒二象性 — 寓于一体又不同时出现 少女？ 老妇？
两种图象不会
同时出现在你
的视觉中。
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物理规律的对称性 — 一定变换下的不变性 艺术中的对称性
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物理规律的对称性 — 一定变换下的不变性 文学中的对称性 上海自来水来自海上 南山长生松生长山南 客上天然居，居然天上客 (乾隆上联)
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要有创新的意识和勇气
“提出一个问题往往比解决一个问题更重 要，因为解决问题也许仅仅是数学上或实 验上的一个技能而已，而提出新的问题、 新的可能性，从新的角度去看旧的问题， 却需要有创造性的想象力，而且标志着科 学的真正进步。” — 爱因斯坦、英菲尔德
鼓励学生成为敢于怀疑、善于提问的、 具有批判性和创造性的探索者。
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物理教学理念之二



观察现象，研究现象，揭露现象背后的本 质和规律，才发展了物理学。 基础物理的教学应当同观察和分析物理现 象联系起来，否则就是无源之水、无本之 木。 基础物理的大部分内容都应采用从现象 本质，从感性理性的方法进行教学。 要把观察现象作为物理教学的重要环节。
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物理教学理念之二

3000年前的一个哲人曾经说过：学生的头 脑不是一个待被填满的容器，而是一个需 要被点燃的火种”。 什么火种？ 求知的火种，创造的火种。 我们的任务是点燃这些火种。 求知的火种可以用兴趣和责任感去点燃，
创造的火种用什么去点燃？ 解放思想！
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培养学生的创新意识和勇气


教学中要：少一些限制，多一些自主； 少一些批评，多一些鼓励。 强调： • 科学技术在不断发展，永远都存在创新 的空间， • 大师、权威们的观点、结论也有时代的 局限，也有错误， • 年轻 、知识少不是障碍。