李学潜：物理教学与文化素质教育.PPTVIP

物理教学与文化素质教育 南开大学物理学院 李学潜 文化素质 什么是素质 日常生活中出处体现人的素质，人群的，个人的等等 这和整体的教育有关，但受教育程度绝不等于素质的高低 素质的定义有一定的相对性 物理相关的文化素质 物理学中强调的素质 1. 学物理的毕业生都在干什么？ “合格”的含义是什么？ 答：是对国家的经济建设，对改进人民生活水平，对促进和平，对环境保护做出贡献，对提高广大群众的教育水平等等 对人类认识自然，对反对伪科学，对探索宇宙最基本规律做出成绩等等 物理 2. 时代的科学巨人（物理方面） 牛顿 伽利略 爱因斯坦 兰道 温伯格 李政道和杨振宁 等等，他们创造了历史 中国人的科学素质 几千年来我国的科学成就 在千年的文明史中 有无数的发明却没有发现 四大发明：指南针，火药，造纸，活字印刷 也有 圆周率，杨辉三角等等数学上的成就 有浑天仪，地震仪 但是，在哈雷彗星上，中国保留最早，最完整的记载，却没有认定过它是同一颗彗星每76年访问我们一次！ 哈雷根据一次观测和很少的记录，以及牛顿力学就得到了结论。 我们要反思为什么是这样 我们的思想被禁锢了，是什么限制我们去做创新的思维 为什么 什么是物理 基本的物理规律的得到是“粗化的过程”（郝柏林院士），应用物理规律到工程和其他方面是“细化”。那么我们学会的是细化，更应该学会粗化！ 例如，库伦在测量两个电荷间的作用力时，绝得不到与距离平方成反比的结果，而可能是1.9， 2.1 等等，那他凭什么得到平方反比率呢（当然现在我们知道这是高斯定理的结果，或从量子场论也能得到）？科学的直觉和天才的推想？仅仅如此吗？ 素质 能从错综复杂的实验现象中“粗化”数据和信息，得到潜在的，基本的物理规律是走到物理学顶峰需要的。 而我们的教育似乎只朝着细化，再细化的方向前进。 这是一个基本的素质问题。 然而细化并非不对，事实上对大部分学生，特别是将来不从事基础研究的学生更为重要。 素质 然而为了培养最优秀的物理学家，我们的教育做的是不够的，也就是说我们的绝大部分学生不会粗化问题。 这点在中学生的题海式学习方式中充分体现。 他们不考虑物理图像，或深入探讨为什们是这样，不是这样有会是什么等等更深奥的层次。 影响素质教育的根源 显然影响素质教育的根源是我们的应试教育。 这其实不是近代的首创，千年来在中国的科举制度就造成了这种局面。八股之可恨是人人皆知的，但改变它却很难。 高考是公平竞争，它要求学生考出高分，这迫使中学老师强调做题，用题海来代替分析和深入思考。 对这点我们无能为力，真的！ 素质培养 然而到了大学阶段，是改变这一切的时候了。 我们的责任是把学生，至少是一部分有志研究物理基本规律(不论是要成为理论家还是实验物理学家）的学生引导到新的思路上来。 图片 “前进中的物理学与人类文明” (“改变世界的物理学”)课程深入浅出地讲授人们如何一步步地认识从大到星团、宇宙，小到夸克、电子的物理世界，展现物质的演化和内在联系，探讨人类逐渐逼近真理的过程。 探索自然界的奥秘 物理学的新进展不仅开拓了人类对自然界的认识，而且引起了技术上的革命。量子力学的诞生开始似乎只有学术上的意义，因为它是关于微观世界的物理，但如今没有量子力学哪有计算机，甚至我们人类文明所依赖的电视，手机等等都不能离开它。开始的探索最终导致丰硕的成果。 （引自：Advancing Physics, I.Lawrence and M. Whitehoouse ) 模型 对物理学家来说重要的 是如何建立合理的模型。 即 “粗化”的过程， 而应用是 “细化”的过程。 建立合理的模型是第一步， 也是最重要的一步，其他 的是如何用数学来计算了。 如何进行素质教育 也许我们可以说教师是关键，但其实教师和同学的相互作用更重要。 首先教师要对所教的课有热情，举个例子 麦克斯韦方程组 续 这个负号至关重要，因为只有它存在，电场和磁场才满足波动方程，也就是说才有电磁波存在，才有光，有电视，有手机信号和我们享受的人类文明。否则这个世界将是漆黑一片，因为太阳和星星的能量决不能以光能形式传播到地球。 我们在学习麦克斯韦方程时真正体会的大自然的奥妙，我也希望把对大自然美的感受传递到每个学生，让他们也来分享。 素质培养 再例如至为熟悉的牛顿公式 F=ma 实际上包含了深刻的哲学问题，如何从一个公式中同时定义力和质量 在中学阶段我们不敢把问题深入，但在大学阶段我们一定要引导学生思考。 素质培养 事实上如果老师巴克讲得太完美，逻辑似乎无懈可击，学生在感叹之余没有什么要做的了。但是，其实所有的理论都是不完美的，有很大的局限性，但年轻的学生看不到这点，这需要教师指出来。 我们在上课时，时时刻