發(fā)布時間：2023-02-11 18:33:42
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的世界著名物理學家樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
一、物理學中的美學特征
1.物理學中簡單美.物理學揭示自然界物質的存在、組成、運動及其轉化等規(guī)律的簡單性而產(chǎn)生美感，稱為物理學的簡單美.物理學的簡單美主要體現(xiàn)在物理學的理論和方法上.宇宙中紛亂的各種物體通過牛頓引入的質點統(tǒng)為一體，牛頓只用幾條簡單的定律就概括了物質世界紛繁的運動現(xiàn)象，又如能量的轉化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉化，麥克斯韋電磁方程組將復雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中.
2.物理學中的對稱守恒美.對稱現(xiàn)象是辯證法的生動體現(xiàn)，物理學揭示自然界物質的存在、構成、運動及其轉化等規(guī)律的對稱性而產(chǎn)生的美感，稱為物理學的對稱美.對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學形式，物理學在對自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，無限長直導線周圍磁場的軸對稱等.物理定律對某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學的一種對稱形式，物理學中有許多守恒定律如機械能守恒等.實際上，對稱性和守恒性已經(jīng)成為當代物理學家研究物理理論的一種方法.
3.物理學中的統(tǒng)一和諧美.物質是多樣又是統(tǒng)一的.物理規(guī)律的多樣統(tǒng)一性而產(chǎn)生的美感稱為物理學的統(tǒng)一美.物理理論的和諧統(tǒng)一美實際上是自然界和諧統(tǒng)一美的理論形態(tài).如麥克斯韋電磁場理論把電學、磁學、光學統(tǒng)一了起來，愛因斯坦的相對論把時間、空間、物質和運動統(tǒng)一起來，創(chuàng)造了程度更高范圍更大的和諧統(tǒng)一理論.
4.物理學家與美學思想.愛因斯坦幾乎把后半生的近四十年全部科學創(chuàng)造精力都致力于統(tǒng)一場論的漫長探索，以追求物理學至高無上的統(tǒng)一美.世界著名物理學家狄拉克認為：讓一個方程具有美感要比符合實驗更為重要.法國科學家彭加勒曾說：“科學家研究自然，是因為他從中能得到樂趣，他之所以能得到樂趣，是因為她美”.著名物理學家楊振寧曾經(jīng)說過：“物理學的原理有它的結構，這個結構有它的美跟妙的地方，而各個物理學工作者對于這個結構的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因為大家有不同的感受，所以每一個工作者會發(fā)展他自己獨特的研究方向跟研究方法，形成他自己的風格.”
二、在物理教學中探究美
由于藝術類學生的美術專業(yè)基礎，他們的視覺-空間智能比較強，能很快抓住畫面產(chǎn)生一定的聯(lián)想；他們更注重學習過程中表象的東西，在體驗美學方面比普通高中的學生有更好的基礎、更多的機會，而且高中學生有較強的學習興趣.同時，高中的物理學習與學生的專業(yè)學習之間密切相關：
1.物理研究與美術創(chuàng)作都是一種抽象，都是對感知現(xiàn)象的綜合
物理概念與物理規(guī)律揭示了物理現(xiàn)象的本質與內(nèi)在聯(lián)系.美術作品所反映的現(xiàn)實與自然狀態(tài)的現(xiàn)實不一樣，而是現(xiàn)象的抽象性解說，原因在于創(chuàng)作者為突出作品的思想內(nèi)涵而對自然狀態(tài)的現(xiàn)實進行了分析和概括，舍去多余和次要的細節(jié).所以，物理研究和美術創(chuàng)作都必須經(jīng)過對現(xiàn)實進行“抽象”.藝術家以藝術作品表達審美情感，物理學家以自然定律描繪客觀規(guī)律.牛頓完成了人類科學史上第一次對自然的感知現(xiàn)象的大綜合，建立了經(jīng)典力學.同樣，各類藝術表現(xiàn)形式的本身就是一種對對具體的抽象和對現(xiàn)象的綜合.物理研究和美術創(chuàng)作兩者同淵源于實踐，同植根于人腦，同來自于人腦對實踐的反映以及對反映的加工，都經(jīng)歷了對客觀現(xiàn)實“去粗存精，去偽存真”的思維加工.
2.物理學思想方法潛移默化地影響著藝術創(chuàng)作理念
意大利文藝復興時期著名的科學巨匠兼藝術大師達?芬奇就曾說過“藝術借助科學的翅膀才能高飛”，他將科學觀察和分析的方法擴展到藝術創(chuàng)作上，其作品具有科學氣質的特征.僅從繪畫而言，他的畫作充分體現(xiàn)出對大自然敏銳的觀察力，對人物內(nèi)在細微情感的刻畫，以及表現(xiàn)光與影的種種變化，將繪畫的寫實主義推向不可企及的高峰.1905年愛因斯坦提出狹義相對論，讓人類認識到物理世界是三維空間加一維時間的四維空間，變革了從牛頓以來形成的時空觀，揭示了時間與空間的統(tǒng)一性和相對性.兩年后，畢加索的“立體派”代表作問世，畢加索的成功在于他一生都在“向宇宙質疑”.
3.物理核技術對藝術品進行產(chǎn)地、年代和真?zhèn)舞b定已經(jīng)在全球得到應用
霍金1942年1月8日生于英格蘭的牛津，其父母都在牛津城接受過高等教育，霍金的父母非常注意從小培養(yǎng)孩子對科學的興趣，霍金從小非常富有想象力，他曾想出進入自己屋子的11種辦法，但是，他的語言不能同他的思維同步，有時講話還結巴，他在五年級的時候，與幾個同學一起，找了許多零件，制造了一臺電腦，這電腦還真的能回答問題，許多人到學校參觀，引起了一場不小的轟動。
1959年，霍金中學畢業(yè)并考入了牛津大學，這時他才17歲，在牛津大學，霍金選學他所喜歡的物理學，當時他們班上有四名學生學習物理，有一次，教師布置了13道題，其他同學做了一星期，只解出一二道題，而他只用一個上午，便做了10道，他的同學們說：“與他同行并進是不可能的，我們就像來自不同的星球。”
然而在大學的第三年，他的身體出現(xiàn)了麻煩，他的手已不像過去那樣靈活了，腿腳也不便利，并且?guī)状螐臉翘萆系氯?，但他當時并沒有意識到這一征兆的嚴重性，當年秋天，霍金申請到劍橋大學做研究生，攻讀宇宙學博士，在他進入劍橋大學后不久，21歲生日剛剛過完，他就住進了醫(yī)院，經(jīng)過專家的多次會診，被診斷為患了肌肉萎縮性側面硬化癥(帕金森氏癥)，無方可醫(yī)，出院后不久的一個晚上，他做了一個被處死的惡夢，夢醒后，他忽然意識到：“如果被緩刑的話，還有事情值得做?！彼匦抡褡髌饋?，開始了天文學研究生涯，隨著時間的流逝，霍金的病情緩和下來，但只能依靠輪椅活動。1965年，霍金開始有關黑洞問題的研究，1974年，32歲的霍金發(fā)現(xiàn)，“只進不出”的黑洞具有一種完全出乎意料的特性，即由于量子力學的“隧道效應”，它會穩(wěn)定地向外發(fā)射粒子，考慮了這種“蒸發(fā)”，黑洞就不再是絕對“黑”的了，他的這個驚人的創(chuàng)見發(fā)表幾星期后，英國皇家學會就宣布他當選為該會會員，霍金成了這個世界聞名的學會有史以來最年輕的會員之一。
霍金提出“黑洞蒸發(fā)理論”的同時，他又把量子力學和引力理論結合在一起，創(chuàng)造了“量子宇宙論”。他說，根據(jù)量子力學，空間中充滿了粒子和反粒子，黑洞存在時，一個粒子可以掉到黑洞里面去，留下它的伴侶就是黑洞發(fā)射的輻射，這就是霍金提出的被人們稱為“霍金輻射”的黑洞輻射論，霍金的名字也因此在科學史上不朽。
由于其不同尋常的遭遇及在天文學上的杰出成就，霍金獲得了許多榮譽，1975年，梵蒂岡授予霍金“有杰出成就的年輕科學家”稱號；1978年，獲理論物理學領域的最高榮譽“愛因斯坦獎”；1980年霍金被選為盧卡斯教授，這是一個十分崇高的職位，歷史上只有牛頓、拉摩、愛丁頓、狄拉克等幾位大科學家擔任過這一教席。1982年，霍金接受了圣母大學、芝加哥大學、普林斯頓大學和紐約大學的榮譽學位，伊麗莎白女王封他為英國的榮譽騎士，自他的《時間簡史》出版后，他被廣泛尊崇為繼愛因斯坦后最偉大的理論物理學家。
教育工作者都知道社會要求學校培養(yǎng)的人才不僅要有知識、有能力，而且更應具備較高的人格素養(yǎng)，因此重視塑造學生人格，對學生進行生命意義和理想教育是現(xiàn)代學校面向未來社會的必然選擇，相當多的老師認為，培養(yǎng)學生的人格是政治思想課的事情，與班主任教育也有關系，物理教學與之沒有什么聯(lián)系，其實，塑造學生人格應該是自然的、潤物細無聲的，對學生進行潛移默化的精神灌輸和人格熏陶關系到學生終身發(fā)展的大事，物理新課程標準特別強調通過物理教學使學生逐步形成健全的人格，對學生個性的重視和對學生評價的多元化也為人格教育的正常發(fā)展提供了可能和保障；物理學科本身對學生人格培養(yǎng)有得天獨厚的優(yōu)勢：首先，物理學的產(chǎn)生、發(fā)展和應用本身就有十分豐富的人文底蘊；物理所體現(xiàn)的世界觀和方法論是人格教育的有力資源，通過物理教學、實驗探究可以培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新，實事求是，細心觀察，堅韌不拔，善于合作的優(yōu)良品質，其次，物理學是和生活聯(lián)系非常緊密的一門科學，加強學生學習與生活實際聯(lián)系教學，讓學生在生活中發(fā)現(xiàn)問題，并親自觀察、親手實踐可以幫助學生養(yǎng)成勤學好問、身體力行、客觀辯證的認識問題的好習慣，有助于全面公正地認識世界，有助于形成健全的人格，那么物理教師怎樣搭建完善的塑造學生人格的平臺呢?
2、不辱使命塑造學生人格
2.1 創(chuàng)造民主的、感情的教學氛圍是塑造學生人格的前提
民主化的教學氛圍是發(fā)展學生個性的沃土，失去了這個條件，學生人格的發(fā)展就會受到束縛，只有給學生創(chuàng)造一個寬松、和諧的學習環(huán)境，創(chuàng)設一定的教學情景，才能使學生真正地走進教材，進入角色，大膽地發(fā)言、自由地討論，想己之所想，說己之所說，從而充分展示學生的個性，提高人格水平，值得一題的是：隨著課程改革不斷深化，在我市區(qū)域推廣的活動單導學模式為民主的、感情的教學氛圍提供了可靠的保證。
作為教師在思想上要樹立民主、平等的師生觀，在課堂上充分調動學生的積極性，使學生在課堂交流中善于傾聽，長于合作，敢于發(fā)表自己的觀點和意見，能夠平和地接受批評、正視錯誤，同時又樂于競爭，喜歡接受挑戰(zhàn)，思維活躍，想象力豐富，不斷有創(chuàng)新的火花進發(fā)，使學生的個性得到充分張揚——這一切正是活動單導學模式的精髓所在。
教師要與學生建立平等協(xié)作的“戰(zhàn)略伙伴”關系，消除對峙、緊張的心理氛圍，只有建立民主、平等的師生理念，創(chuàng)造和諧、有感情的教學氛圍，才能讓每一個學生盡情地體會教材中的情感，因此，在物理教學中，教師應把微笑帶入課堂，把快樂帶給學生，以情服人，以情育人，讓學生感悟教材中的情感，在動情中接受人格熏陶。
教師還應該引導組長在自己領導的學習小組內(nèi)，創(chuàng)造生與生之間民主氣氛，活動單導學模式是以小組為基本單位進行的教學活動，建立合作學習小組是教學活動的組織前提，也是合作學習能否取得成功的重要條件，調查發(fā)現(xiàn)活動單實施初期，相當一部分組長在組內(nèi)有“家長制”作風，遇到問題不給其他同學講話的機會，搞“一言堂”，更有甚者出口就是貶低同學的語言，我用南非舉行的足球世界杯阿根廷與德國比賽的結果來教育大家，論個人技術阿根廷的運動員絕對在德國之上，隊伍中技術精湛的大牌運動員比比皆的(如梅西等)，而德國沒有圍繞明星球員組織戰(zhàn)術，打的是整體足球，最后他們依靠整體的力量以4：0一舉擊敗驕傲的阿根廷人，當今社會的發(fā)展存在一個不爭事實，即已經(jīng)越過憑借個體單打獨斗展示實力、推動發(fā)展的個人英雄年代，而進入依靠團體協(xié)作、并肩戰(zhàn)斗共同推動社會和諧發(fā)展的英雄群體時代，通過教師的引導，應用活動單學習形成任何個體的學習過程要在小組中接受監(jiān)督，個體的學習成果要在小組中完善，個體的學習形成的認知、能力和學科素養(yǎng)要在小組中進行展示，個體的物理水平要通過小組的反饋來提升的良好氛圍。
2.2 利用教材，有目的性進行人格教育是塑造學生人格的保證
物理教學不是政治思想課，不可能脫離物理學科的特點一味地進行人格灌輸，否則就是南轅北轍，換言之，物理教學中人格教育必須是滲透的，在增長學生的知識、智慧的同時，塑造學生的靈魂，完成教育人、引導人的使命，這就對物理教師提出高要求，要求教師從教材實際出發(fā)尋找合適的切入點，有針對性進行人格教育，例如，在光學復習課上，教師要求學生獨立完成下面的作業(yè)。
人類對光學的認識過程上，由十七世紀牛頓的“____”和惠更斯的“____”，到十九世紀的“____”，再到二十世紀初的“____”，又再到如今更先進的“_____”。
答案：微粒說、波動說、電磁說、光子說、波粒二象性學說。
在學習人類對原子結構的認識，設計了：
在本世紀初段也經(jīng)歷了____“棗糕結構”理論到____的“核式結構”理論再到____結構理論又再到量子力學的“電子云”結構理論。
答案：湯姆生、盧瑟福、玻爾原子。
老師通過實例的引導讓學生清楚認識物理學每一個認識階段理論，都有實踐基礎和解說現(xiàn)象的成功方面，但又遇到實踐上的困難與缺陷，而實踐和認識的每一循環(huán)，都是認識進到較高一級的程度。
學生學習《歐姆定律》以后總有這樣的感覺：定律得出多么容易，順理成章，不理解為什么歷史上建立這個定律時，會有那么多曲折和艱辛，有的同學甚至會認為：自己生不逢時等錯誤想法，教完相關內(nèi)容后，我請同學們回憶一下，此前我們已經(jīng)有了電流、電阻和電壓的概念，并且掌握了測量電流和電壓這兩個物理量的儀器和方法，換句話說，課本研究的是電流與電阻、電壓的定量關系，于是，在學完歐姆定律內(nèi)容后安排了下面的閱讀材料為以后的活動作鋪墊，歐姆從1817年開始研究電學，當時只有直流電源——伏打電堆，沒有電阻和電壓的概念，更談不上測量這些物理量的儀器了!歐姆將電現(xiàn)象與當時比較成熟熱學規(guī)律類比，猜想導線中兩點之間的電流大小可能與這兩點間某種驅動力有關，他把它稱之為“驗電力”(就是今天說的電壓)，但由于伏打電堆電流不穩(wěn)定，實驗沒有成功，在他人的建議下，他創(chuàng)造性的將電流的磁效應和力學扭秤結合起來，成功制造了“電流扭秤”，把當時無法測量的電學量轉化為力學量來測量了，才得出精確結果，更讓人難以置信的是歐姆定律發(fā)表后并沒有得到當時科學權威們的認可，直到他逝世兩年后才引起了重視，
這樣的處理不但使同學們對合理的類比、科學的猜想有了更深理解，同時讓同學們體會到科學研究的艱辛，
2.3 創(chuàng)設情景，在體驗中培養(yǎng)學生的個性品質使學生人格升華
物理教師要注意挖掘存在于物理學知識背后的那些活生生的實例，運用情景教學的方式，營造良好的氛圍，增強教育效果，如教“磁生電”一節(jié)時，我是這樣安排教學活動的：由奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，我們應該聯(lián)想到磁能夠生電嗎?科拉頓就是一位典型的代表，他也曾從事“感應電流”的研究，但很遺憾地與成功擦肩而過，只有法拉第對“磁生電”的研究癡心不改，教師為了讓學生更好地體驗法拉第的研
究過程，準備了當時法拉第所做的比較典型的三組實驗作為活動一的內(nèi)容，學生完成活動對實驗結果后很驚訝，怎么電流表指針不偏轉，沒有電流產(chǎn)生呢?再向學生介紹法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應的實驗裝置作與活動二，并指導學生動手實驗，觀察到感應電流，最后引導學生總結產(chǎn)生感應電流的原因為：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁場，通過前后兩組實驗情景創(chuàng)設，在失敗中總結，而最后獲得了成功，通過學生自己的活動，再現(xiàn)前輩的研究情景，讓同學們清楚知道：頑強的意志可以使人成就任何事業(yè)；人與人之間的最大差異就在于意志的堅定；創(chuàng)造性的思維往往對成功起決定性的作用。
充分發(fā)掘物理學史的人文資源塑造學生堅韌不拔的品格，物理學是一門基礎科學，這是無數(shù)物理學家為之奮斗的結果，是他們堅毅品格的具體體現(xiàn)，例如介紹斯蒂芬，霍金。身殘志不殘，成為國際物理界的超新星，先要求學生以霍金為關鍵詞，在百度中搜索相關材料，并在全班組織活動交流霍金事跡：他不能寫，甚至口齒不清，但他超越了相對論、量子力學、大爆炸等理論而邁入創(chuàng)造宇宙的“幾何之舞”，盡管他那么無助地坐在輪椅上，他的思想?yún)s出色地邀游到廣袤的時空，解開了宇宙之謎，他這種為科學而獻身、為真理而奮斗的精神永遠值得大家學習和稱頌，在物理學的發(fā)展史上。涌現(xiàn)出了許多著名的物理科學家，他們不僅創(chuàng)造了世人矚目的科學成就，而且他們的崇高思想、高尚品質、求實精神也教育和鼓舞了一代又一代人。
我們應注重通過物理教學加強學生的愛國主義教育，在物理教學中，通過介紹我國在物理學方面對世界的杰出貢獻，激發(fā)學生的民族自尊心和自豪感，可以以中華民族對物理學發(fā)展做出了重大貢獻為題，讓學生自己查閱自春秋戰(zhàn)國時期以來，我國對力、熱、聲、光、電、磁等方面有那些貢獻，然后在全班交流；以沈括在《夢溪筆談》中關于磁偏角的論述與比哥侖布1492年遠渡大西洋時才發(fā)現(xiàn)磁偏角比較撰寫科普說明文等活動，不僅可以激發(fā)學生學習物理的興趣，還能使學生了解祖國的燦爛輝煌文化，樹立民族自信心和自豪感，著名物理學家馬克思·玻恩一彭桓武一周光召一吳岳良，他們在愛國情操和人格方面一脈相承，馬克思·玻恩雖然是世界著名的理論物理學家，但他謙遜隨和，待人誠懇，治學嚴謹；雖然博學多才，但從不居功自傲；雖然被迫離開德國，但對祖國一往情深，他的所有這些優(yōu)秀品格在彭桓武、周光召、吳岳良身上都得到了繼承和發(fā)揚，因此說，師承效應不只是對老師知識的繼承，同時還是對老師道德情操和人格魅力的繼承發(fā)揚。
抓住物理學家的名言、警句讓學生演講、朗讀，讓學生感受物理學家們的人格美、情操美，我常常請學生找出自己最喜愛的警句結合現(xiàn)實生活中的例子在學習小組內(nèi)交流，然后各小組推薦優(yōu)秀同學在全班演講，火熱氣氛深深地感染了學生，悄然無聲地進行健康人格熏陶，教師同樣可以在教學過程中巧妙設計，適時插入名言、警句，不但為課堂教學增色，同時在潤物細無聲中熏陶學生，如在教《世界是運動》一節(jié)時，在完成教學任務并引導學生小結后，我利用課件出示一條橫幅：大腦的力量在于運動而不在于靜止!
在學生探究活動中對學生進行人格教育，如有一位同學在一本課外科普書看到一道題：新世紀中學“挑戰(zhàn)極限”小組的四位同學遇到一個難題：根據(jù)活動安排必須在冷天里野外睡在地上，每人只有三張相同的氈子保暖，這三張氈子怎樣分配使用最好?同學們議論紛紛：小李說：全部蓋在身上；小麗說：全部墊在地上；小虎說：一張墊地上，兩張蓋身上；小笑說：兩張墊地上，一張蓋身上，到底哪種方案好呢?判斷方案好與差的關鍵又是什么?首先根據(jù)生活常識引導同學分析排除小李和小麗的方法不對，否則人一定會因受涼而生病，針對后二種方法中到底選擇哪一種為最佳方案?引導同學設計了兩種方案，其一將熱水袋注滿沸水吊在空氣中一定時間，用手觸摸感覺，或用溫度計測量其降低溫度多少；再重新給熱水袋裝滿沸水，放在地面上同樣時間，再測其降低的溫度，其二取熱水袋注滿沸水放在三張氈子之間，氈子一張墊地上，兩張蓋在熱水袋上，一定時間用手觸摸感覺，或用溫度計測量得其降低溫度多少；再重新給熱水袋裝滿沸水，氈子兩張墊地上，一張蓋在熱水袋上，二次時間相同，再測其降低的溫度，這樣的探究課題，學生在確定研究目標，提出假設，設計實驗，得出結論等一系列活動中都會領悟“實踐是檢驗真理的唯一標準”，同時也體驗到實驗探究的艱辛和快樂；還會有利于提升小組或團隊的協(xié)作精神；實驗方案多樣性培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力，發(fā)散思維，其實，探究實驗還可以培養(yǎng)學生很多其它方面的素質，如培養(yǎng)學生規(guī)范，嚴謹?shù)牟僮鳎B(yǎng)成良好的做事習慣；培養(yǎng)學生合理安排時間的統(tǒng)籌觀念和動手能力；培養(yǎng)學生不怕失敗、克服困難、持之以恒的精神；教育學生在實驗完成后，要妥善處理材料，注意清潔，樹立環(huán)保意識；利用實驗探究還可以幫助學生克服依賴心理、膽怯心理、神秘心理，錘煉學生健康的人格。
精心選擇習題，將活動單的鞏固反饋環(huán)節(jié)設計成學生追求真、善、美的價值的舞臺，活動中的鞏固反饋必然會涉及題目的選擇，選題不僅要達到鞏固知識的目的，而且有意識的多選存在“價值觀”思考的考題，培養(yǎng)學生各種社會意識，如：環(huán)保意識、節(jié)約意識、實事求是、尊重科學的意識等；同時要關注科學、技術、社會，如：溫室效應、城市熱島效應、光污染、人工降雨、航空航天、西氣東輸、西電東送、南水北調等等；還應該注重對他人的關心、對社會的關心和對科學家所應有的崇敬，培養(yǎng)學生的人文素養(yǎng)，現(xiàn)代和將來的社會需要大批有真才實學，有文化底蘊的綜合性人才，新《課程標準》把物理教學中要展現(xiàn)科學的人文價值列入目標，這是對教育本質認識的一次質的飛躍，教師巧選習題讓同學們將學習物理知識與認識社會、解決與社會相關的物理實際問題相結合，培養(yǎng)其社會責任感和使命感。
關鍵詞：概念教學；情境教學；先學后教；自主探究
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）05-0113
我國著名物理學家黃昆教授曾說：“客觀的規(guī)律我們一般都是通過一定的科學概念去認識的，而這些概念本身就在一定程度上反映著規(guī)律的本質?！庇纱丝梢?，物理教學中的概念教學是非常重要的。一直以來，物理教育研究者都非常關注概念教學，他們探索了物理概念的引入、建立、理解、深化、鞏固和運用的基本教學模式。然而，在教學實踐中，物理概念教學還存在一些問題：重視一般的物理概念教學研究，缺少對具體概念的研究；重視對概念教學的模式、方法、概念轉變教學研究、概念學習中的思維障礙以及概念教學設計的研究，缺少理論和實踐的創(chuàng)新；重視教學經(jīng)驗的總結或教學反思，缺少系統(tǒng)而深入的研究；相互借鑒的多，理論創(chuàng)新的少等等。
鑒于此，我們在教學中不僅要關注這些問題，還要以概念學習理論為指導，找到適合學生的教學方法和策略，力求理論與實際相結合，并結合自己的教學實踐和《物理課程標準》、教學大綱以及高考要求，探索出物理概念教學的有效方法。
一、物理概念教學的重要性
要改善高中物理概念教學的現(xiàn)狀，首先就要了解物理概念教學的重要性。
1. 物理概念是整個物理學知識體系的基礎?？v觀物理學內(nèi)容，大體可分為物理現(xiàn)象、事實、概念、規(guī)律和理論。其中物理概念是物理規(guī)律和理論的基礎。因為物理規(guī)律揭示了物理概念之間的相互聯(lián)系和制約關系。如果學生對力、質量和加速度這幾個概念搞不清，那就無法理解和掌握牛頓第二定律，更談不上正確運用了。
2. 掌握物理概念是物理教學的關鍵。學生普遍感到物理難學，其癥結之一就在于物理概念沒有搞懂。他們只注重背定義、記公式、做習題，卻忽視了對物理概念的理解，其結果必須是豐富的物理含義被形形的教學符號所淹沒概念不清就會越學越困難。
3. 概念教學是物理教學中培養(yǎng)學生能力、開發(fā)學生智力的重要途徑。學生形成、理解和掌握物理概念是一個十分復雜的認識過程。學生要通過觀察、實驗獲取必要的感性知識，進而通過復雜的思維過程（分析與綜合、比較、抽象與概括）把新事物與自己認識結構中原有的概念聯(lián)系起來，從新舊概念之間的聯(lián)系中運用概念去解釋現(xiàn)象或解答問題，不斷加深對概念的認識和理解。
二、新課程理念下物理概念教學的策略
1. 創(chuàng)設情景，營造學習氛圍。物理概念一般比較抽象，對于缺乏理性認識的中學生來說，接受起來有一定的難度，但如果教師在教學過程中能通過創(chuàng)設恰當?shù)那榫硜硪龑W生，那么就能幫助學生較容易地進入概念學習，還能充分調動學生對物理概念學習的積極性，使學生由好奇轉變?yōu)閻酆?，由愛好轉變?yōu)閷ξ锢砀拍钪R的渴求。讓學生在輕松、愉快、新奇、積極的心態(tài)中，積極主動地參與到教學活動中，能很快地掌握物理概念，取得良好的教學效果。例如，在高一物理教學中，加速度概念的教學是一難點。在教學實踐中，筆者創(chuàng)設了這樣的情境：磁懸浮列車以432km/h高速勻速運行了8s時間，蝸牛在10s內(nèi)速度從0加速到0.1cm/s，讓學生體驗速度大與速度變化大是兩個不同的概念，接著給出下列案例：普通轎車0100km/h用時20s；旅客列車0100km/h用時500s，讓學生建立起速度變化相等時變化有快慢的初步概念。再給出例1：蘭博基尼Murcielago跑車0100km/h加速時間4.0s。例2：麥克拉倫F1LM跑車0100km/h加速時間3.2s。讓學生分析例1與例2──速度變化相同，如何比較其變化的快慢？通過這樣的比較，學生在探究中逐漸形成速度變化快慢的基本概念，并掌握了如何比較的方法（控制變量法），一步一步地把學生帶入“加速度”的物理情境，使學生對加速度的概念有了較清晰的認識。
2. 巧設實驗，引發(fā)思維沖突。學生在學習物理概念之前已經(jīng)具有對物理事實的認識，即前概念，前概念往往是不正確的，但這些前概念其實是一種珍貴的資源，它可以成為學生形成科學概念的生長點。那么，該如何讓前概念成為科學概念的生長點呢？關鍵是剖析學生頭腦中存在的前概念，讓學生認識到前概念的不合理性。實驗可以提供精心設計的、經(jīng)過簡化和純化了的感性材料，使學生對物理事實獲得明確、具體的認識。有了鮮明的感性材料后，當學生將自己原有的觀點與事實進行比較時，必然會產(chǎn)生認知沖突。這是概念有效教學的起點，也是學生建構物理概念的起點。所以，為了讓學生主動進行比較、建構，直到揭示概念的本質屬性，設計一個好的實驗是基礎，例如直覺型實驗。
往往是憑直覺經(jīng)驗，想當然地進行推理判斷。教師可根據(jù)學生的這一特點，讓學生先作出判斷，然后再用實驗驗證，當實驗的現(xiàn)象出乎學生的意料時，直覺的判斷與實驗事實之間的強烈對比，必然引發(fā)學生去積極思考。按如圖所示電路連接，讓兩位學生手牽手分別抓住a、b兩端，讓學生們猜想閉合s會怎樣？再猜想當s斷開又會怎樣？接著教師閉合s，過一會又斷開s。這時參與實驗的兩位同學會突然甩手說，有電擊的感覺。
學生猜測之后就急于想知道實驗的結果，此時學生的注意力會高度集中。當s斷開時，反而被電擊，出乎意料的實驗事實迫使學生去思考，接著引導學生建構“自感”概念就是水到渠成的事了。
3. 比較教學，提高學生的概念應用能力。按不同的劃分標準，物理概念可分為矢量和標量、狀態(tài)量和過程量、特性量和屬性量等。掌握了概念的種類后，學生對概念就會有更深的理解。概念的種類是概念教學中不可或缺的一步，如果講得不清、不透徹就會影響學生解決相關物理問題的能力。如講授加速度概念時，首先讓學生知道這是一個人們?yōu)榱搜芯窟\動規(guī)律的需要，通過對運動現(xiàn)象的觀察、分析、抽象概括出來的概念。再引導學生將（下轉第122頁）（上接第113頁）加速度和速度兩個概念用比較法進行分析。此外，提醒學生要明確加速度與速度、速度增量的聯(lián)系與區(qū)別：加速度的方向決定于物體所受合力的方向，與速度增量的方向一致，但不一定與速度的方向一致；負加速度不一定就是勻減速運動，反之亦然。
此外，矢量和標量、狀態(tài)量和過程量、特性量和屬性量等等，都需要學生明確區(qū)分，因此，我們在概念教學中必須講清其種類。如沖量是過程量也是矢量，密度是標量也是特性量等，可以提高學生解決某些特定情境中物理問題的能力。
4. 引入物理學史，讓學生感知物理學的文化內(nèi)涵。在教學實踐中的難點，往往也是物理學發(fā)展史上長期未能克服的困難；歷史上物理大師們與之辯論和斗爭的錯誤觀點，往往也保留在學生的概念之中，認識上的反復和曲折可以反襯出正確理解物理概念的重要。例如，“動量”和“動能”是物理學中兩個極其重要的概念，它們都和質量、速度這兩個概念有關。如果只講述定義，即使詳細羅列兩者的區(qū)別，學生仍不能深刻領會這兩個概念的物理本質。在分析具體問題時，經(jīng)常會混淆不清，究竟是動量還是動能才真正是機械運動的量度呢？這個問題在物理學史上曾經(jīng)有過長期的爭論，在教學過程中如能恰當?shù)匾靡恍┪锢韺W史資料，讓學生在真實的歷史背景下認識“動量”和“能量”這兩個概念，有時會起到意想不到的效果。
關鍵詞：初中物理；實驗教學；學習熱情；掌握基礎知識；探究能力
物理中的定理、結論以及規(guī)律幾乎都是從大量實驗中總結與歸納出來的，因此，作為一門以實驗為基礎的自然學科，物理教學必須充分發(fā)揮實驗教學的優(yōu)勢與功能。那么，實驗對于更好地開展物理教學究竟有哪些重要作用呢？以下，我將結合自身的教學經(jīng)驗談談對這個問題的思考和認識，希望能對產(chǎn)生上述錯誤思想的物理教師更多的提示與幫助。
一、結合實驗教學有利于調動學生的學習熱情
教學實踐表明，學習熱情是促使學生充分發(fā)揮自身主觀能動性的內(nèi)在驅動力量，有利于推動他們自身積極、主動地吸收相關的學習知識。而物理教材中包含著眾多新穎、有趣的小實驗，這對于好奇心極為旺盛的初中生來說無疑具有極大的吸引力，從這個層面上來講，物理實驗不但有利于充分調動學生的學習熱情，對于教師更好地開展各項教學活動、提高課堂教學效率同樣有著極為重要的促進作用。
例如，在講解大氣壓的相關知識之前，我在課堂上做了這么一個小實驗：用一個杯子盛滿水，在杯面上蓋上一個硬紙片，用手按住硬紙片將杯子整個倒轉，然后在班級里慢慢走動，讓學生認真觀看水的運動。這樣一來，學生心里就會產(chǎn)生一個很大的疑問：“平常的話，只要杯子稍微歪一點，水就會灑出來，可是為什么如今整個杯子都倒置了，水卻不往外流呢？”這就能極大地調動他們的學習熱情和學習積極性，促使他們帶著疑問與強烈的好奇心認真地進行這部分內(nèi)容的學習，從而為提高課堂教學效率奠定了良好的基礎。
二、結合實驗教學有利于幫助學生加深對基礎物理知識的鞏固與掌握
初中物理雖然是物理學科體系的基礎組成部分，很多學生覺得物理難學，究其原因在于他們認為物理的一些概念和規(guī)律既抽象又籠統(tǒng)，遠遠超出了他們的理解范圍。就拿“力與運動的關系”來說吧，亞里士多德認為“力是維持物體運動的原因”，而牛頓卻認為“物體的運動不需要力來維持，力可以改變物體的運動狀態(tài)”，這就使得學生在學習時也是云里霧里，慢慢地也就不愿意學了，在這樣的狀態(tài)下，自然很難取得良好的課堂教學效果。
通過對自身教學的反思，我決定將一些小實驗加入這部分知識的講解中，力求幫助所有的學生都能充分理解與掌握這部分知識。
具體的實驗步驟：
1.將一塊長約60 cm、寬約50 cm的長方形木板水平放置，將滑塊放在上面。用一根木棒推動該滑塊，這時候滑塊是運動著的；然后停止用木棒推動該滑塊，滑塊隨即停止運動；
2.將一個小球放置在水平木板上，然后以同樣的速度用木棒推動該小球?？梢园l(fā)現(xiàn)，即使停止推動小球的動作，小球還會往前運動一段距離才會停下來。
3.用木棒敲擊滑塊表面，滑塊向前運動，即使停止敲擊的動作，滑塊還會繼續(xù)往前運動一段距離。
通過上述三個小實驗，學生很容易就能直接觀察到三種情況下物體運動的情況，這樣一來他們就能對亞里士多德與牛頓的觀點形成鮮明生動的感官認識，有利于更好地掌握牛頓定律中關于“物體的運動不需要力來維持，力可以改變物體的運動狀態(tài)”這一知識點的理解與掌握。
三、結合實驗教學有利于提高學生的實際探究能力
《義務教育物理課程標準》提倡“自主、探究、合作”的先進學習理念，要求教師在日常教學中要“改變現(xiàn)有的教學模式，轉而重視學生自主學習與實際探究能力的培養(yǎng)與開發(fā)……”
我將這一精神積極融入自身的教學實踐中，并且取得了較為理想的教學效果。例如，在學習“看不見的運動”這部分知識時，我就要求學生做了如下的探究實驗：
用10 ml的量筒分別量取10 ml的水和酒精，這樣一來，兩個量筒的總量為20 ml。接著，取一個20 ml的較大量筒，將10 ml的水和酒精充分融合，這時會發(fā)現(xiàn)，兩種液體的總量根本就不足20 ml。
接著我就要求學生自由分組、自由討論，總結出可能導致這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。這樣一來就在具體實踐中大大提高了學生自身的探究能力以及歸納總結等各項能力。
世界著名物理學家李政道說：“物理學的基礎是實驗?！币虼?，作為一名優(yōu)秀的初中物理教育工作者，我們在日常教學時必須將實驗融入具體的教學中，充分發(fā)揮實驗在物理教學中的優(yōu)勢與功能。只有這樣才能切實調動學生的學習熱情、幫助他們更好地鞏固與掌握基礎的物理知識，也只有這樣才能真正將物理新課標關于“提高學生的自主探究能力”的精神與要求落到實處。
參考文獻：
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關鍵詞：追求；流行；熱愛
在今年春晚，有一首網(wǎng)絡歌曲在干涸期流行起來了，成為了此次春晚的一個亮點――《老鼠愛大米》這首歌蘊含了一個故事，唱其簡單，要真正理解其中的意思卻很難。這是一個會令人感動的故事，歌詞風趣和簡單明朗的旋律唱響了每一個家庭。然而初中生的課本卻很少有學生所喜歡的歌曲，但也并不是我們的課本過時了，課本中傳統(tǒng)的歌豐富
因此，選取近年優(yōu)秀的流行歌曲到中學生音樂課本里很重要，這不僅能夠增添學生對音樂的樂趣，更能使音樂世界變得更加豐富多彩。然而，對于現(xiàn)存音樂課本的優(yōu)秀音樂當中，我們應當給予保存，雖然這些歌曲現(xiàn)在離我們很遙遠。但是，這也對我們音樂界起到一定的作用，更是人類精神的寶貴財富之一，我們都有義務傳承下去，這也是歷史賦予我們的義務和財富。
關于音樂創(chuàng)作問題，很多人都知道，學生的歌曲創(chuàng)作后的利潤是很低的，而且，創(chuàng)作一首流行歌曲，經(jīng)過包裝，利潤也就隨之增長。再是，現(xiàn)在的兒童歌曲創(chuàng)作的人越來越少，創(chuàng)作流行歌曲的人卻越來越多。音樂是科學，著名物理學家，錢學森曾經(jīng)說過，他的許多科學構思和論斷都是在聆聽她的夫人蔣英演唱時感悟的。
在培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)的過程中，最終目的就是提升學生的審美素質，這一點往往被我們忽視，但是這一點最為重要。優(yōu)秀的音樂作品能喚醒學生內(nèi)心對愛的崇高渴望，對社會強烈的責任感，這些都要對學生進行音樂中真善美的認識和判斷等相關內(nèi)容的教育引導。在對學生的教育當中，引導占主導地位。讓學生感受不同音樂之間的節(jié)奏和旋律的對比，教師通過講解，讓學生模仿節(jié)奏和旋律，通過實踐，學生自然就對音樂的不同風格產(chǎn)生好感和興趣。
人的嗓音，就是一種樂器，一件能用不用語言表現(xiàn)音樂的奇妙的樂器，人要做到能正確，科學的發(fā)聲并利用好嗓音這件樂器表現(xiàn)音樂，了解嗓音生理結構和發(fā)聲原理是前提。人的發(fā)聲器大體由聲帶發(fā)生的，每個人的聲音特點是不同的，除了有男聲，女聲，童聲，高音，中音，低音之分外，還有音色，發(fā)音習慣，語言習慣的不同，另外還有生理和心理因素不同，因此，每個人在學習聲樂的時候，建立正確科學的符合自己聲音特點的發(fā)聲體系是關鍵。在練習時，每一個發(fā)音都必須符合歌唱發(fā)聲原理；聲音通暢，氣息流動，音色優(yōu)美，自然動聽，音量而不”傷嗓”是總原則。
優(yōu)秀歌曲的數(shù)量無法保證，也是由于我們的教材更新時間根本無法保證，造成了我國中小學音樂教育外部設施的缺乏，使我國的廣大地區(qū)的音樂教育形同虛設。這是我國的各級官員們特別是打著“孩子至高”應旗號的人們應該認真檢討反思的。我們中小學的音樂教學的目的到底是什么？當今我國的中小學音樂教材總體數(shù)量較多，而幾乎每本教材都會談到音樂基聲音特點本理論、視唱、練耳等音樂專業(yè)課程，不是中小學音樂課就不該介紹這些內(nèi)容，是在是因為其難度以靠近音樂專業(yè)本科教學難度。這一點似乎是受大浪潮（應試教育）的影響。學生們被填塞滿了諸如音符、休止符、音階、音程、和弦、調、調式、曲式以及數(shù)十種音樂記號，并視唱帶有一個、二個、甚至三個升降號的曲調，聽辨音程好感、和弦、調式，聽寫旋律，分析曲式等等。這種狀況，使得我們的基礎音樂教育培養(yǎng)了一批又一批由于無法逾越“雙基”高墻而面對音樂產(chǎn)生自卑與冷漠心態(tài)的失敗者。我們進行中小學的音樂教學的目的到底是什么？這是一個很難回答卻也很好回答的問題。而如今，處于21世紀前沿的新一代的人民音樂教師還用這種老式的教學法那才是貽笑大方。首先，我們的了解音樂是一種怎樣的藝術？音樂是一種聽覺藝術，是把音按一定的規(guī)律組織起來，使人聽之產(chǎn)生美感的藝術。既然它是聽覺藝術，聽也就是欣賞才是真正的“主角”。因此，我們的課程教學方向應該逐漸轉向以欣賞為主的教學模式，我們開設音樂課的目的也就是培養(yǎng)廣大學生的音樂感受能力，正如周大風同志在其《音樂教育改革芻議》中提到的那樣“當務之急首先要改變幼兒園、小學、中學、師范學校的音樂教育的結構。改革‘以歌唱為中心，識譜為輔’，而代以欣賞、器樂、歌唱三者并重的音樂教育結構。尊重音樂教育藝術是以感受為特征的規(guī)律，讓學生在課內(nèi)課外多聽民族的樂曲，……從小培養(yǎng)他們對民族音樂的感情和愛好。特別要注意‘聽比唱更重要的規(guī)律’。”
認識到了現(xiàn)在所存在的問題后，我們的老師們應如何改良我們的音樂教學法呢？當代世界著名的德國作曲家，音樂教育家卡爾.奧爾（1895-1982）給出了明確的答案。這種用音樂和動作、舞蹈、語言緊密結合在一起的新的形式，是一種人們必需自己參與的音樂，即：人們不是作為聽眾，而是作為演奏者參與其間；它是先于智力的，它不用什么大型的形式，不用結構；它帶來的是小型的序列形式、固定音型和小型的回旋曲形式。原本的音樂是接近土壤的、自然的、機體的、能為每個人學會和體驗的、適合于兒童的。
數(shù)學是科學發(fā)展、人類文化發(fā)展的燈塔。數(shù)學，作為各級各類學校最廣泛的學習科目，數(shù)學教育的意義不僅見之于物，還應見之于人。數(shù)學教育是培養(yǎng)人的活動，數(shù)學教育的價值首先應從認得發(fā)展方面去衡量。對所有研究和教授數(shù)學的人們來說，明了數(shù)學的人文精神教育價值是非常重要的。世界著名數(shù)學家福賽思以為“人類的崇高理想在各個時代和各個文明社會，一直激勵著人們在凡是能發(fā)現(xiàn)或獲得知識的領域尋求更多的知識。自從人類試圖得到系統(tǒng)化知識以來，這門專與數(shù)字和公式打交道的科學就以其自身的緣故被不斷地追求，因為人們可以從中得到無窮無盡的精神滿足和消遣。數(shù)學的誕生是世界各民族的光榮。任何一門學科都有它的功利性，而數(shù)學的功利除了教會學生掌握這門工具之外，還必須通過人文精神的培養(yǎng)，使學生學會怎樣做人，怎么立足社會。當然這不同于政治理論的灌輸，更不是對數(shù)學知識貼標簽，而是挖掘數(shù)學知識的思想內(nèi)涵，將教育的內(nèi)容滲透到知識的學習過程中。從某種意義上說，這也是深層理解和消化數(shù)學知識的需要，那么，數(shù)學教育中包括哪些主要的人文精神培養(yǎng)的內(nèi)容呢？下面從四個方面加以研究。
1、創(chuàng)造精神的培養(yǎng)
開拓、創(chuàng)新精神是人的創(chuàng)造性的體現(xiàn)。在競爭異常激烈的社會，只有那些具有開創(chuàng)進取意識的人，才不至于被時代拋棄；只有那些永不滿足，積極向上的民族，才可能永遠立于不敗之地?！拔蚁嘈艑W校出來的學生，到了社會上，不能自動解決問題創(chuàng)造生活，那么學生變?yōu)樽旨埡t，教育變?yōu)閺U物。”“我認為人生之所以異于禽獸者，在其有無限的創(chuàng)造性。”創(chuàng)造素質是人類最主要、最寶貴、最高級的素質，人類正是通過創(chuàng)造這條途徑來推動社會歷史前進的。一個具有高度創(chuàng)造力的人是利他主義的，精力旺盛的，刻苦勤勉的，百折不撓的。創(chuàng)造，它能使人獲得一種滿足感，消除受挫感，因此給人提供了一種對于自己以及對于生活的積極態(tài)度。致力于創(chuàng)造精神的培養(yǎng)和教育，乃是教育工作者最大的責任和義務，而要啟發(fā)人類獨有的這種高貴的品質，莫過于妥善利用數(shù)學教育。
前蘇聯(lián)著名物理學家卡皮查認為，培養(yǎng)學生創(chuàng)造精神最合適的學科是數(shù)學和物理?？v觀整個數(shù)學發(fā)展史，可以說就是一種創(chuàng)造的演化史。如果沒有創(chuàng)造，沒有數(shù)學家的創(chuàng)造活動，數(shù)學就不會發(fā)展，歷史的時鐘將會倒退數(shù)千數(shù)萬年。貫穿于數(shù)學理論中的無限、非歐幾何、極限、變量、微分、積分、概率等等，無不閃耀著創(chuàng)造精神的萬丈光芒。就以無窮（或無限）的題為例，它“向人腦提出的挑戰(zhàn)，激發(fā)了人類想象力，是思想中任何其他單個問題都無法比擬的。無限顯的既生疏又熟悉，有時超出我們的領悟能力，有時又自然而易于理解。在征服它的過程中，人也砸碎了將自己束縛在地球上的鐐銬。而為了實現(xiàn)這一征服，需要調動人得一切能力——人的推理能力，詩一般的想象力以及求知的渴望。因此，數(shù)學對培養(yǎng)創(chuàng)造精神具有獨特的作用，作為數(shù)學教育工作者，只有充分展示數(shù)學知識的深刻內(nèi)涵，實現(xiàn)對人的素質的培養(yǎng)，才能算是名副其實的教育家。
2、理性思維習慣的培養(yǎng)
“拋棄理性思維的傾向是群眾不安定和政治不穩(wěn)定的標志?！崩硇运季S是一種歷史的、科學的、富有哲理的思考，是批判的思維，是求異或創(chuàng)造性的思維，是一種在更高層次上進行的道德推理。在數(shù)學教育中，數(shù)學科學是培養(yǎng)人們理性思維素質最有效的學科。數(shù)學是人類思維所能達到的最嚴謹?shù)睦硇?。正是通過數(shù)學，引入了理性，從此人們才有可能開始靠理性，而不是憑感覺去判斷是非曲直。由數(shù)學精神產(chǎn)生的這種理性、確定性、永恒的不可抗拒規(guī)律性等一系列思想，在人類文化發(fā)展史上占據(jù)了重要地位。
3、價值觀教育
價值觀是行動的基準。價值觀念的扭曲是當代社會存在的一個嚴重問題，由于物質欲望的膨脹和道德價值的失范，導致了部分青少年為一種急功近利的浮躁心態(tài)所左右。如何教育學生確立正確的價值觀、人生觀，已成為整個教育工作者的重要課題，而數(shù)學教育在某中程度上可以為學生提供一種正確的價值和意義的體系，從而有助于為社會提供一種正確的人文主義導向。
著名數(shù)學家陳省身說：“如果一個人的目的是名和利，數(shù)學是一條捷徑?！标愂∩斫淌跒榱酥铝τ跀?shù)學研究，曾堅決辭去去美國數(shù)學會主席職務。我國著名數(shù)學家華羅庚在《述懷》中寫到，“學術權威似浮云，百萬富翁若敝履，為人民服務，鞠躬盡瘁而已?！辈⒂?950年拋棄在美國優(yōu)越的生活和舒適的工作環(huán)境，回到百廢待興的祖國，投身于發(fā)展中國的數(shù)學事業(yè)。這些著名數(shù)學家的愛國主義精神，無不感人肺腑。榜樣的力量是無窮的，他們對幫助學生樹立正確的價值觀有著無與倫比的激勵作用，這樣的目的應該始終在數(shù)學的教與學中牢牢記住。
4、踏實細微良好作風的培養(yǎng)
踏實細微、嚴肅認真、精益求精的良好作風是人的高尚品質的具體呈現(xiàn)?！拔鹨陨菩《粸?，勿以惡小而為之”。只有處處留心小事的人，他會忽略很多小事，他是不會成功的。小善不為，何成大善，細微之處，恰恰能反映一個人的精神面貌。1967年8月23日，前蘇聯(lián)著名宇航員費拉迪米爾·科馬洛夫，獨自一人駕駛聯(lián)盟一號宇宙飛船，經(jīng)過一晝夜的飛行，完成了任務，勝利返航。但當飛船返回大氣層后，準備打開降落傘以減慢飛船速度時，科馬洛夫發(fā)現(xiàn)無論用什么辦法也打不開降落傘了。二小時后，在億萬電視觀眾的注視下，一聲爆炸，飛船墜毀，民族英雄殉難。造成聯(lián)盟一號墜毀的原因，就是因為地面檢查時，忽略了一個小數(shù)點，這場悲劇，也可以叫做對一個小數(shù)點的忽略。學習數(shù)學的人一定都會有這樣深切的體會，一個小數(shù)點的位置，倘若失之毫厘，必將謬以千里。這既生動的說明了自然規(guī)律如何，客觀公正而又鐵一般地起著作用，又說明了數(shù)學活動是何等需要嚴密謹慎，踏實細微、精益求精的工作作風。因此，長期的數(shù)學訓練，對人的踏實細微的優(yōu)秀品格的形成大有助益。
如何發(fā)揮數(shù)學的這種獨特的教育價值，并應用它來淳張我們的人格，加強人文精神的培養(yǎng)呢，筆者認為主要應遵循以下三個原則：所謂滲透性原則，就是說這種教育不能流于空泛的說教，教師應努力挖掘數(shù)學知識中的人文性內(nèi)涵，把人文精神的精髓滲透到教育各個環(huán)節(jié)，內(nèi)化到學生的心靈深出。
在我們的地球上，客觀物質世界經(jīng)歷了億萬年的滄海桑田的變遷，產(chǎn)生了人類和其頭部的特殊物質——人腦種客觀物質世界的對立物——主觀精神世界。此后，歷史又走過了幾千年的人類文明史——生產(chǎn)斗爭、社會階級斗爭和科學實驗的峰火洗禮，由人類的大腦和雙手的勞動制造出了人腦的異化物——智能機、智能裝置、智能機器人——人腦化的新的物質形式。在經(jīng)歷了物質——精神——精神與物質相結合的新物質的對立統(tǒng)一、否定之否定螺旋上升的巨大的歷史過程后，當今世界正處于一個科學技術、生產(chǎn)方式與人類社會三維巨變的突破口上，這個突破點就是最近幾年世界上正在蓬勃興起的納米工程及其理論、技術基礎——納米科學技術，而其加速助燃劑則是智能工程及其理論技術基礎——智能自動化科學技術。而這智能自動化時代到來的標志將是超高速、超大容量、軟硬件統(tǒng)一基礎上實現(xiàn)符號推理與神經(jīng)網(wǎng)絡相結合，模糊與精確相一致，能平行分布進行信息處理，能自我修復和再生，并能直接與人腦信息交流互存、光速運行的人腦型智能機的誕生、改進與完善，并向人類活動的所有領域伸展、滲透和全方位普及應用，就象今天的現(xiàn)代數(shù)字計算機一樣。如果說現(xiàn)代數(shù)字計算機的廣泛使用，促使當今人類社會爆發(fā)了空前、全面的革命的話，那么，全新概念的光速人腦型智能機在人類活動的所有領域的普及應用，必將使人類社會發(fā)生翻天覆地的魔術巨變，并將人類引向五彩繽紛的神幻世界。
‘自動化”原本是人類謀求自身從勞動生產(chǎn)以及客觀世界的各種束縛中解放出來，不斷地從必然王國走向自由王國的一把金鑰匙。在經(jīng)歷了機械自動化包括液壓與氣壓自動化)、電子電氣自動化、計算機自動化的各個發(fā)展階段后，當今時代正在向著智能自動化大步邁進。機械自動化與電子電氣自動化逐步解放了人類的體力勞動，計算自動化則開始了人類解放腦力勞動的進程，而智能自動化將使人類向著全面徹底地解放所有的腦力與體力勞動”的方向迅猛前進。智能自動化將使人類的生產(chǎn)、工作、學習、生活及一切活動中形形的機器設備、儀器儀表、器件裝置、用具物品都能根據(jù)環(huán)境條件與人類意志的需要和可能，具備不同程度的自學習、自適應、自組織和自修復、再生能力，以至達到一定程度的自我意識、自我完善和改進、自我全面優(yōu)化各項性能指標的理想狀態(tài)，從而能夠具有觀察、測量大、遠至億萬光年外的宇宙天體，小、近至分子、原子和基本粒子的無限感知能力，它們與人腦型智能機緊密結合，將使人類的感知、意志和控制活動到達宇宙中的巨細萬物，從而使客觀物質與主觀精神的結合螺旋上升到一個全新的‘人機結合”境界?，F(xiàn)階段，智能自動化的發(fā)展方向，正如我國著名科學家錢學森同志指出的那樣，用定量到定性的綜合集成方法”以現(xiàn)代‘多媒體”與‘炅境”技術為人機界面，逐步完成開放復雜的巨系統(tǒng)”的研制，向實現(xiàn)所謂大成智慧工程”的方向而努力?，F(xiàn)今國際上，智能自動化”正在向‘專家系統(tǒng)”模糊技術和神經(jīng)網(wǎng)絡以至混沌、分形、小波等非線性科技相結合的方向發(fā)展。然而，人工智能符號推理的實質，模糊技術中模糊與精確轉化與統(tǒng)一的依據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡中以吸引子不動點、極限環(huán)或低維混沌吸引子)計算和存貯，實現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)收斂的實質以及高度復雜的非線性動力學系統(tǒng)，協(xié)同行為和集體計算的物理機制等一系列難解之謎的徹底揭開，這一切都將有賴于對‘人腦”信息處理的微觀機制的奧秘的深入探索。目前國際上方興未艾、應運而生的‘納米科學技術”正是一條通往客觀世界分子、原子幽深微觀世界的神秘通道?！悄茏詣踊笨茖W技術將在這個幽深神秘的分子、原子的微觀世界中起飛，實現(xiàn)一次革命性的質的飛躍。
2納米工程與智能科技的相互推進
以往人類在所有科學技術領域里的研究探索工作，由于受技術手段的限制，只能從客觀事物的宏觀性能、屬性以及其功能著眼，進行規(guī)劃、計算、設計，而對于其微觀機理的實質，只能以宏觀現(xiàn)象為依據(jù)，作出一些假設、假說、公理，輔之以實驗，實踐的間接驗證，以及理論的推理、證明，據(jù)之以開展研究工作。隨著當今國際科學技術迅猛發(fā)展，1982年美國IBM公司的GBinnig和HRohrer在人類歷史上第一次研制成功用于實際測量、傳感、加工導體材料的分子、原子尺度三維位移、形貌的掃描隧道顯微鏡7TM)，并于1986年相繼又研制出可以檢測導體與非導體材料分子、原子尺度三維位移、形貌與作用力的原子力顯微鏡：FM)，從而為人類打開了分子、原子世界幽深神秘的大門，獲得了1986年諾貝爾獎金，從而實現(xiàn)了30多年前，世界著名物理學家，諾貝爾獎獲得者理查德費曼在美國物理學會一次年會上富有遠見的報告中預言：人類可以用宏觀的機器一步步地制造出越來越微小的機器，直至制造出分子尺度的機器，并用以在原子和分子尺度上操縱和控制物質，而且按自己的主觀意愿排列原子，在原子水平上研究新的相互作用力、新穎的性質以及千奇百怪的效應，進而實現(xiàn)設計、構筑人類所需的形形、豐富多彩的物質和機構，制造微型化計算機，用大頭針的頭部記錄大英百科全書的理想。于是，集分子、原子級精度的傳感、控制、檢測和加工技術于一體的、實用化的納米工程”誕生了。
在21世紀，絕大多數(shù)今日的電子技術將為光子技術所代替，光子技術在大多數(shù)性能上遠遠超越電子技術，許多方面為電子技術所無法比擬。光速高于電子速度的幾個數(shù)量級，這是未來生產(chǎn)力為今日生產(chǎn)力千萬倍以上的物質根據(jù)，加之以智能自動化技術巨大的強化擴大作用，因此未來人類社會在物質生活方面的各方面需求由此引出的經(jīng)濟政治上的種種問題)將成為次要矛盾，而人們精神生活上的無限要求將可能要由人們高文化素質產(chǎn)生的高度理智來給予合理的規(guī)范。
首先，納米材料學與納米化學及相應的工程技術，將為新一代智能機制造出滿足各種需求特性的、性能優(yōu)異的功能性物質材料。例如德國薩爾布呂肯市的新材料研究所通過對納米級微粒子進行處理，量體裁衣”式地改變材料或改善其性質，或把各種粒子排列方法編成電腦程序，制造出事先就確定其性能的材料。他們以此把金屬變成半導體或光學材料，或制成極薄的透明涂料，涂在玻璃、塑料、金屬、漆器或磨光的大理石上，使之具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能;也可使塑料眼鏡片既輕又耐磨，又不會破碎;也可使窗戶玻璃不易臟，在1000*高溫下不溶化，而成本卻大大下降。如今已研制出一批微粒材料，可用作光學電子計算機的光學開關，它可以沒有移動動作，只通過光的材料變性作用，把光束導向各個不同方向。同時還在研制另一種納米材料，可通過電化學反應，不經(jīng)過燃燒，實現(xiàn)天然氣到電能的直接轉換，效率提高20+~30+，又減少了C〇2排放量。由此可見，人類控制材料性能的自由度大大增強了。
最近，我國科技工作者在納米材料優(yōu)異特性的開發(fā)工作中，取得了一系列有國際領先水平的成績。例如長春應化所蘇鍬院士等研制成功在高能電磁輻射下，存貯、記憶文字圖像的稀土涂料。武漢理工大學技術人員開發(fā)出能自動分解油污等有機物塵埃的不需清洗的自潔玻璃;中科院固體物理所開發(fā)出固載型納米催化劑，用于親水性有機硅合成，催化轉化率達98+以上。又如中科院化學所江雷博士研究小組運用納米模板擠壓法研制成功，具有防雨水，透汗水的丙烯腈納米纖維，雙重功能的衣物，也可制作防水拒油污的自潔工作服纖維布。
再其次，納米級計量、定位和控制技術為人腦智能機各功能部分的性能研究、計量、檢驗、測試掃清了障礙。例如用場離子束顯微鏡可測場散射;用掃描電子顯微鏡可測次級電子;用掃描隧道顯微鏡測電荷密度;用原子力顯微鏡測原子力和離子力;用掃描電容顯微鏡測表面電容;用差分干涉顯微鏡測光學反射，用納米探針裝置繪制原子、分子拓撲圖和納米級機構的結構圖，以及用一種新型激光干涉儀實現(xiàn)位移測量的亞納米分辯率0.6nm/LSB)、高穩(wěn)定性2.5nm/day)、高線性(<1LSB和高跟蹤速度=1000mmS>1)。納米級的連續(xù)的或點對點高精度軌跡曲線的定位控制技術，這就為新一代人腦型智能機創(chuàng)造了研究、制造、檢測的先決條件。其中應用最廣泛的、低于1!)定位精度要求的定位機構的執(zhí)行元件，是利用壓電效應的壓電元件和電磁元件，它與其它音圈、靜壓、電磁、靜電執(zhí)行元件相比，具有容量大，需電少，定位分辯率高，效力大，響應速度快等一系列優(yōu)點。在控制技術上大多采用振蕩電路、脈寬調制和電荷控制等閉環(huán)控制方法，也有的采用插入電容、軟件補償實現(xiàn)線性的開環(huán)控制技術。
在這方面，我國的科技工作者也作出了世界領先的驕人的成績。例如我國廊坊標普納米測控技術有限公司的研究人員在世界上獨樹一幟地開發(fā)出一整套九大系列數(shù)十個型號品種的微/納米光電測控儀器，其應用范圍遍及軍用、民用、傳統(tǒng)工業(yè)、現(xiàn)代制造業(yè)，技術上具有鮮明的中國特色，性能優(yōu)于國外產(chǎn)品，價格低于進口產(chǎn)品，出口美歐等經(jīng)濟科技強國，在高科技產(chǎn)品領域為國爭了光。
智能自動化正在強力促進生物與醫(yī)學技術的高速發(fā)展。日本將從今年開始實施‘納米醫(yī)療器械開發(fā)計劃”。其具體開發(fā)項目有：直徑1毫米的微型內(nèi)窺鏡等能夠到達體內(nèi)深處的微型醫(yī)療器械;能夠觀察蛋白質活動狀態(tài)的超精細圖象裝置;能夠高效地把藥物送到病灶細胞的投藥系統(tǒng)。
最近，上海復旦大學生命科學學院等單位已成功地建立了基因芯片制備及應用體系，其核心包括高密度基因芯片制作和應用、寡核苷酸基因芯片制備以及修飾基因芯片制備，并申請了核糖核酸逆轉錄反應方法、核糖核酸擴增標記探針制備法、基因芯片逆轉錄探針標記法等9項專利。更可喜的是中國科學院生化細胞所胡賡熙研究員在世界率先開發(fā)出‘多腫瘤標志物蛋白質生物芯片檢測系統(tǒng)“一次只需抽0.5毫升血，通過分析芯片上十幾種腫瘤標志物，便能在數(shù)十分鐘內(nèi)同時完成肝癌、肺癌、胃癌、食道癌等12種癌癥的準確檢測，大大提高了早期癌癥的發(fā)現(xiàn)率，極大地提高了腫瘤患者的生存率。
納米生物學對DNA基因調控的分子、原子水平的深入研究將大大有助于我們對未來全新智能機控制機制和系統(tǒng)結構的設計制造;而對納米結構自組裝機理的探索，則又將對未來智能機的自組織、自修復與再生功能的研究提供啟發(fā)性思路。德國科學家在人類歷史上第一次成功地用紅外線技術拍攝了人腦活動細胞的影片。人們可以在影片中清晰地看到腦細胞正在轉動和游走，還可以看到腦細胞對藥物刺激所產(chǎn)生的反應。在一次人腦與計算機”的國際研討會上，科學家們還交流了有關大腦與電腦連接的可行性研究。在此會上，奧地利一位科學家聲稱他已經(jīng)試驗成功地用大腦直接指揮電腦熒光屏的光標，即用思維指揮光標朝著任意需要的方向運動，并在一分鐘內(nèi)從字母表中選出字母，組成一個單詞。這就表明人類已有可能讓現(xiàn)代計算機具有人腦的部分功能，實現(xiàn)更高的人機組合”。在沒有特定程序指揮的情況下，通過神經(jīng)網(wǎng)絡”學習并完成自己的工作。這也表明：在十多年前就曾想提出的通過人機知識相互交流互存形式，采用高速拷貝”方法解決人人必須重復經(jīng)歷幾十年漫長歲月而強迫接受基礎教育，并不斷知識積累、知識更新，卻并非人人自愿、而又是必須終身學習的問題。如果能通過精微的納米量子智能機控制基因密碼指揮人腦細胞的高速學習記憶過程，那么人類就不必人人經(jīng)受幾十年寒窗苦讀”之苦了。德國與奧地利科學家的此類工作為智能自動化”的研宄掀開了新的一頁。
還應指出的是，單電子晶體管”的研制成功還可能為人類更進一步把視覺伸向更深層的基本粒子如中子、質子、各類介子、中微子、光子、電子以至各種夸克粒子的內(nèi)部結構打破堅冰，開通航道，正如今天我們?nèi)祟愐延眉呻娐钒雽w晶體管和電子透鏡的巨大的放大作用，窺見到原子、分子的真實形貌一樣。同時也使我們從人腦思維改造物質世界的巨大威力聯(lián)想到了未來的光速以至超光速人腦智能機，與能感知宇宙巨細萬物物理和化學性能的超微型儀器儀表直接連接，將產(chǎn)生的更加無法估量、難以想象的魔法神力。
