天地之美的画卷.ppt
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1、“天地之美”的画卷“万物之理”的智慧,物理学是怎样一门学科?物理学的本质教师教物理学教什么?怎么教?物理教育的功能学生学物理学学什么?怎么学?学习物理学的价值,引论一。从“科学是什么?”谈起1。科学是人类的骄傲和智慧的体现:在人类历史上,人类心目中的世界经历过:想象的世界天地与鬼神;感悟的世界体验和感悟;形象的世界梦幻和乐园。但是,人类不能只有自己心目中的世界,人类能够意识到自己的地位与作用,能够用自己的智慧来处理人与自然、人与人以及人与社会的关系。人类需要具有实际认识世界和把握世界的能力,科学是人类智慧的集中体现,科学是人类表达自己意志的方式。,2。科学的本质和特征:科学思想的创造性;科学精
2、神的批判性;科学态度的严肃性;科学方法的探究性。科学的目的:追求真理,获得自由;科学的精神:批判旧世界,探索新世界。科学的动因:好奇加追求,现实加功利 科学的品质:科学是独立的;科学是朴实的;科学是自洽的;科学是普适的。,3。创造科学和欣赏科学创造科学是科学家追求的崇高目标,欣赏科学是全人类的共同爱好。欣赏科学表述的神奇(从感受到文字再到符号的表述);欣赏科学图像的美妙(从自然美到艺术美再到科学美);欣赏科学创造的威力(时间尺度,空间尺度,质量尺度),4。不要让科学之火烧毁了人类自己“科学技术是双刃剑”。它可以使人类文明获得巨大的进步,也可以用来制造毁灭性的武器,破坏生态平衡,导致资源枯竭;可
3、以使富人越富,穷人越穷。爱因斯坦在科学与社会一书中指出:“科学对于人类事物的影响有两种方式.第一种方式是大家熟悉的:科学直接地、并且在更大的程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种是教育方式的它作用于心灵。”,二。谈谈国际科学教育的趋势 1。“2061”计划的提出:1985年,美国科学促进协会(AAAS)组织26名科学家提出了一个跨世纪的科学教育计划“2061计划”,提出了从幼儿园至高中阶段的科学教育目标和在“科学知识、能力和思维习惯”方面的要求。1989年,专家组又提出了一份研究报告“普及科学美国2061计划”,提出了实施计划的具体步骤和方法。1994年,美国提出科学素质的基准 1
4、996年,美国制定全国科学教育标准,2,国际科学教育的基本趋势:提高科学教育的地位,重新认识科学教育的功能和作用。重视科学教育的普及,强调科学教育质量的提高;更新科学教育的目标,提高学生的科学素养。,三,科学素养,你具备吗?1。中国科协最新公布的我国公众科学素养调查显示:,2003年我国公众达到科学素养的比例为1。98。比2001年提高0。6个百分比,而美国的一项相近调查显示美国公众具备的科学素养比例达到17,2。科学素养的具体标准对于科学知识达到基本了解的程度。对科学的研究过程和方法达到基本了解的程度。对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本了解的程度。(中国公众科学素养调查组),什么是
5、科学素养?(1)了解重要的科学事实、概念、原则和理论;(2)具有把有关的科学知识应用于日常生活情景中的能力;(3)具有实施科学探究过程的能力;(4)理解科学性质的一般原理和关于科学技术于社会的相互作用。(5)具有明智的对待科学的态度以及具有对与科学有关事物的兴趣。(引自The International Encyclopediaof Education),例如:对四个科学术语全部达到基本了解或完全了解的水平。2004年的科学术语是 DNA,Internet,分子和纳米。具体题目:1,就你来说,你认为“分子”是什么?物质中能够独立存在并保持该物质一切化学特性的最小微粒;是组成原子的基本微粒,由原
6、子核和核外电子组成;与物质的化学性质有关,是构成物质的基本微粒;不知道;,2。就你来说,你认为DNA是什么?生物学名词,与遗传有关;人体的蛋白质,存在与血液中,是白血球的简称;生物的遗传物质,存在于一切细胞中,是脱氧核糖核酸;不知道。,3。就你来说,你认为Internet(因特网)是什么?全球通信网络和计算机网络的总和;由一些使用公共协议互相通信的计算机连接而成的全球网络;由多台计算机和线路连接而成的区域网络不知道。,4。就你来说,你认为纳米是什么?长度计量单位之一;一种高科技材料;水稻新品种;不知道。5。平时,你可能经常听说科学研究这个词,就来说,你认为科学研究是什么?引进新技术、推广新技术
7、、使用新技术;观察、解释、结论;观察、推理、实验;不清楚,6。你对以下几种预测人生或命运的方法相信吗?是很相信还是有些相信?是不相信还是不知道?求签;相面;星座预测;碟仙或笔仙;周公解梦。,7。如果以上任何一种预测方法告诉你,你最近将有大灾难,你将如何处理?不理睬;查询有关的书籍或询问亲友;按照预测者提供的办法避灾免灾;不知道。,第一讲 物理学“万物之理”从美国新物理运动和“哈佛物理规划”提出的教学基本原则引出的问题 美国从本世纪初兴起了“新物理运动”,即物理课程改革运动,指导这项改革的“哈佛物理规划”提出了这样的教学基本原则:“物理教材必须现代化,必须反映最新科学成就;要让教师和学生以物理学
8、家认识物理世界的本来面目去认识世界,获得认识世界和进行科学研究的能力和方法。”,1。引起思考的问题:什么是物理学?庄子曰:“原天地之美,达万物之理”。什么是万物之理?是物理定律,定理和数学公式的堆积?为什么要学习物理学?你同意这样的说法吗:“我不想成为物理学家,也不会当物理老师,因此,我不必学习物理学。”,学习物理学有什么用?学习物理学除了会熟练解题,获得前人积累的知识,能够解释一些自然现象外,还能得到什么?(教学生懂物理不是物理教学的全部。2005年国际物理年。超越牛顿和超越爱因斯坦。)你对于20世纪现代物理学的进展了解多少?物理学的前沿领域有哪些?物理学的基本问题是什么?物理学与其他学科的
9、关系?物理学与高新技术的关系?(三百多年和一百多年。物质观、时空观。),两个论断:“物理学是研究物质运动和物质结构的科学,更是人类丰富文化宝库的重要组成部分。”“学习物理学是为了掌握一定的科学知识和技能,更是为了学会用物理学家认识世界本来面目的方法认识世界和创造世界。”,什么人可以担任物理教师?你同意这样的说法吗:“只要具备足够的物理知识,就可以做一个物理教师。”“一个学过物理的人,如果干不了物理学的研究工作,也干不了其他工作,教中学物理总是不成问题的。”,物理学科教育具有什么功能?物理学科教育的功能是什么?随着物理学的发展,物理学科教育的功能发生了什么变化?与其他学科(例如化学、生物学)相比
10、,物理学科教育的功能有什么特点?一个论断:“物理教育是科学素养的教育,更是人文素养的教育”。,物理教学包含的意义是什么?物理教学的内涵是什么?物理教学的价值何在?你认为“以学生为主体”的教学应该是什么模式?你认为“提倡自主、探究、合作的学习方式”有什么意义?一个论断:“物理教学是知识的传授和技能的训练,也是品格的示范和精神的感染;是引导学生学会学习和学会生活,更是对人的价值的体现和唤醒.”,物理教育教学研究的意义 物理教育教学研究的定位;物理教育教学研究的类型;物理教育教学研究的方法;物理教育教学研究的目的;一个论断:“从事教学研究是教师专业能力的体现,更是一种对待人生的态度。”,从物理科学到
11、物理教学的一条“长链”示意图如下:,物理科学,物理教育,物理教学,物理教材,物理课程,教学研究,第二讲 物理学的基本价值 物理学提供人们对自然界的最基本认识和基本图像 两千多年前,我国古代伟大的思想家庄子就表达了“原天地之美,达万物之理”的愿望。一部物理学发展史,正是人类追求对“天”(星体、宇宙)、“地”(山脉、河流)以及周围自然界“万物之理”的一幅美妙的“画卷”。物理学之所以一直处于整个自然科学的基础地位,正是因为物理学提供给人们的是对物质结构和物质运动形式及其相互转化的最基本的认识。,物理学家的“手”在空间尺度上:“大”至1026米(150亿光年;1光年9。461015米)“小”至1019
12、米(氢核的直径约31015米)一“大”一“小”的数量级相距1045米!在时间尺度上“长”达1018秒(宇宙年龄约为6 1010年1。81018秒)“短”达1024秒(粒子的共振态寿命)一“长”一“短”的数量级相距1042秒!,物理学的历史发展,当代物理学正在三个层次上发展:宏观层次(例如,以相对论为代表,宇宙论,天体物理)复杂层次(例如,以非线性科学为代表,凝聚态物理等)微观层次(例如,以量子论为代表,粒子物理等)当今时代正在走向信息时代:20世纪初电气化时代20世纪40年代原子时代20世纪70年代信息时代,1687年牛顿创立经典力学体系,20世纪初以相对论和量子论为开端的现代物理学,20世纪
13、的物理学是自然科学发展史上一个最富于物质成果和思想成果的带头学科,一,物理学对人类未来的进步起着关键作用 1 物理学与物理教学 物理教学不仅是传授物理知识的过程,而且更是一个认识的过程、探究的过程。,物理学研究的是自然界的物质形态在不同层次的结构特征和自然界不同运动形式之间的互相转换的学科。,物理教学是为了达到一定的教育目标和教学目标对物理学内容进行重新组织和系统归纳而形成的一门学科教学。,1。物理认识的三个层次:从文字形式的认识到数学公式再到方法论的认识 一是用文字和公式表现出来的关于物质结构和物质运动形式的众多基本定理和定律;它们集中地反映了人类对自然界不断深化的认识。利用这些物理学的认识
14、,人们可以在自己的生活和生产实践中把握自然现象的发展和变化,从而减少盲目性,增加主动性。,二是用数学形式表现的物理量之间的相互关系;借助于数学公式使物理量的认识表述的更一般,更确切,更有科学美。三是体现在这些定理和定律中的关于对物质世界的基本观念和理解;它们反映的是人类对自然界图景的描绘方式和领悟,而在每一种描绘和领悟背后往往有着一种深刻的思想和方法论。,三百多年前,牛顿所创立的经典力学三大定律就是在物理学发展史上有着深远影响的理论体系。利用牛顿定律,人们可以根据起始时刻的运动状态作出对小到一块石头,大到对太阳、地球和月亮星体运动的预测。实际上这样的理论创立过程可以一直追溯到牛顿之前的笛卡儿、
15、伽利略的奠基工作,牛顿踏在巨人的肩膀上成了经典力学的集大成者。(牛顿定律适用的范围:“不大不小,不快不慢,不死不活”的自然界。),牛顿三大定律的相对完整性,由此引出的八大概念,所体现的确定论因果思想,观察主体与客体的对立的绝对时空思想以及归纳在前,演绎在后和演绎在前、归纳在后的实验哲学方法论。牛顿物理学割裂了人与自然的和谐。爱因斯坦的基本常数的绝对性和与运动不可分离的相对时空观,能量质量的统一观以及从批判基本概念着手建立的逻辑上和心理上的概念方法论.相对论提出的人与自然的和谐。相对论是人生现实的一部分.,以上所提到的这三个方面是不可分割地融合在一起的;前两个方面是后一个方面的具体表现,而后一个
16、方面是前两个方面的在思想上和在认识论方法论上的源泉。爱因斯坦曾经明确指出,他所感兴趣的“并不是资料的历史什么时候、什么人干什么,等等而是对观念发展的追踪。”他还指出,“在建立一个物理学理论时,基本观念起了最主要的作用。物理书上充满了复杂的数学公式,但是所有的物理学理论都是起源于思维与观念,而不是公式。”正是这样的基本观念提供了物理学家进行归纳、演绎和逻辑推理的基础和方向,指导着物理学家的实验研究和理论活动,并把丰富的感性经验上升为理性的认识,从而实现理论上的升华。,2。物理教学的三个目标 传统的物理教学过于注重知识本身的系统传授,而忽视对知识形成过程和方法的精心阐述;如果提到方法的话,物理教学
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