对当前物理教学改革的几点看法-2.doc

对当前物理教学改革的几点看法——在中国物理学会教学委员会第七届第一次全体(扩大)会议上的报告（1999年11月6日）赵凯华（北京大学 物理系，北京 100871）摘  要：就当前物理教学改革中的几个问题发表自己的看法    围绕物理课程改革，中国物理学会前两届教学委员会曾举办过一系列研讨会第一次1992年11月在重庆，主题是基础物理教学的现代化问题；第二次1995年 4月在合肥，主题是物理教育与科学素质培养后来，1997年在无锡、1998年在南昌，又举办过两次会议，物理教学的改革一步步地深化新情况下有新问题，下面仅就我近来想到的、听到的，和被问到的问题，发表一些个人看法    1、基本功的训练永远不可少      我们曾多次引用杨振宁先生的观点：中美传统教育方法的区别之一是中国教育按部就班、严谨认真，而美国的教育是渗透式的，允许跳跃物理学是一门严谨的科学，基本观念、基本原理和基本技能等基本功的训练，永远是物理课程的核心，也是我国物理教学的优良传统，舍此谈不上什么科学素质教育在我国传统的物理教学中适当地引进渗透式教学方法，作一定程度的跳跃，可使学生不过分地依赖教师，有利于激发他们的独立思考和创新精神。

我们赞同杨先生的看法：中美双方教育传统的长短是互补的，若能将二者和谐地统一起来，在教育上就是一个有意义的突破然而，对我国物理教育传统进行伤筋动骨的手术，必须慎重    2、内容现代化不能只是新闻报道     20世纪科学突飞猛进，新技术层出不穷，令人目不暇接，眼花缭乱物理教学要富有时代感，但不能流于新闻式的报道，而应讲出其中的物理内涵近代物理的理论基础是相对论和量子力学，物理课中介绍现代科技成果时，应突出它们的近代物理原理    3、学教育不能“软化”     自然科学都是严谨的“硬科学”，物理学尤其如此对青少年进行硬科学教育，对他们科学素质的培养，是必不可少的对于一个社会来说，普通国民受到扎实的硬科学教育，且不说对提高生产率和发展经济有利，对各种迷信和邪教的抵御能力也会大大增强今年8月在桂林召开的“99 国际物理教师学术交流大会”上日本代表汇报了日本文部省（即教育部）的决定，将中学的物理、化学、生物、地学等科目合并为一门“综合理科”课，总课时大幅度地压缩，因而课程内容也大幅度地删减例如，物理课程大纲中只保留了“能量”的概念，将“功”和“功率”砍掉会上，各国代表听了为之一震欧洲物理学会代表说，这种将科学教育“软化”的趋势在世界上有一定的普遍性，其实质是使国民教育廉价化。

    4、如何看“综合”     据说“综合”有利于培养学生的创新能力不错，现代的自然科学（物理学、化学、生物学、天文学、地质学、地理学）是从古希腊的自然哲学分化出来的，当前又呈现出综合起来的趋势当初的分化标志着认识的深化，现在的综合标志着认识的进一步深化，即所谓认识的螺旋式上升目前许多综合性的学科，如材料科学、环境科学、分子生物学等，培养人才的一般模式，是本科仍按传统学科分科培养，在研究生阶段进行综合这是有道理的，否则在低层次上“综合”，会造就出一批“万金油”式的毕业生，他们什么都知道一点，但哪门也不精通这样的人在综合性学科的攻坚战中很难动“真格”的其实一门精通，才能触类旁通    5、要不要“破体系”     有人说:生物课过去的体系是“门、纲、目、科、属”,现在改为“器官、细胞、蛋白质、DNA”体系大变；而物理课的体系过去是“力、热、电、光、原子”,现在仍是“力、热、电、光、原子”,体系该破了我们认为,“体系”是形式，形式应服从内容教学改革应以课程内容的改革为核心，“体系”破不破，是教学内容改革的结果，“破体系”不能作为教学改革的目标和出发点大跃进” 、“文化革命”、时代的教训，我们这一代人记忆犹新。

    6、“还原论”还是“层次论”           物理学是追求“统一”的，物质的四种相互作用中电、弱统一了，高能物理学家们正在追求“大统一”,终极目标是包罗万象的TOE(Theory of Everything)，真到那个时候，是否我们什么其它问题都不必研究了？实际上，物质结构是有层次的，上面一个层次物质运动的规律往往与底层脱钩，例如物质的夸克结构并不反映到凝聚态或化学的层面上来在物理教学中，四种相互作用、物质与运动、对称性与守恒定律等高层次的思想概括，不能代替各分支学科具体原理的讲授也许为哲学系学生开设的物理课的例外       从物理学的地位和作用看对中学物理教师的要求    赵凯华  北京大学物理系 北京 100871摘   要：物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用在中学的各门课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用本文从物理学的重要作用出 发阐述了对中学物理教师的要求    国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会(1999美国亚特兰大市)通过决议，呼吁社会正视物理学的重要性对物理学的作用，大会的口号是“探索自然，驱动技术，拯救生命”。

决议指出：“物理学——研究物质、能量和它们相互作用的学科——是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用对物理教育的支持和研究，对所有国家都是重要的    中等教育阶段，是一个人从少年步入青年的时期，是身心成长趋于成型的时期，是在知识上和能力上为今后的工作和学习打基础、作准备的时期，有着特殊的重要意义在中学的各门课程中，物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用对于这个问题，我想从20世纪科技发展大的背景谈起     1、物理学推动了20世纪科学技术的高速发展      20世纪，是科学技术空前高速发展的世纪在此世纪内，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革这个世纪之初，无论在动力和信息交流方面，人类社会就全面地进入了“电气化时代”这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果从上个世纪之交放射性的发现，经过近半个世纪原子物理、核物理的研究，40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘，把人类社会带进了“原子时代”今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源，放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用，已为人所共知这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她的女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。

到了50、60年代，物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程今天激光技术已广泛应于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业　　20世纪科学技术给人类社会带来的最大的冲击，莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术号称“信息时代”的到来被誉为“第二次产业革命”的确，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化，是二三十年前任何有远见的科学家都不可能预见到的现代计算机的硬件核心是半导体集成电路，PN结是基础半个多世纪前，巴丁、肖克莱、布赖顿等三位物理学家发明了晶体管，标志着信息时代的诞生从我们物理学家的眼光看来，这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴的概念尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体，这才为晶体管的发明打下基础    以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍的速度增长着。

在有的人看来，物理学对高技术的贡献属于过去，今天我国发展高技术的关键在于新材料、新工艺殊不知，微电子加工和分析手段本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的！现在教育界大谈素质教育和培养学生的创新精神，我想，20世纪高科技发展的事实证明，重大的创造来源于新的物理思想，否则只是“小打小闹”，成不了大气候      2、物理学和其它自然科学的关系     谈了物理学对高技术的推动之后，我们再谈谈物理学和其它自然科学的关系    物理学和天文学由来已久的血缘关系，是有目共睹的当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源可是近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科　　物理学和化学从来就是并肩前进的自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密的理论科学，然而长期以来，包括化学在内的其它自然科学却一直是经验性科学1998年的诺贝尔化学奖颁给了W.Kohn和J.A.Pople，以表彰他们在量子化学方面所做的开创性贡献。

颁奖的公报说，量子化学将化学带入一个新的时代，化学不再是纯实验科学了化学是研究分子的学科此前，如果说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上的结合，则量子化学已深入到化学现象的微观机理近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的进展，今后两学科之间的合作将更为兴旺发达    物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用物理学构成所有自然科学的理论基础，其中包括生物学在内物理学和生物学的相互渗透，前途是不可估量的早在40年代，量子力学的创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命的物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来的非周期性晶体；这种非周期性晶体的结构，可以有无限可能的排列，不同样式的排列相当于遗传的微型密码；……”他所说的这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中的DNA分子1953年沃森(J.D.Watson，年青的细菌遗传学博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二战前受过传统物理学训练的人，战后转为生物物理学研究生)共同发现DNA分子的双螺旋结构。

核物理学家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙论的创始人)用信息论的方法推测，DNA的遗传密码中，每个“单词”都是用三个“字母”组成的这些推测相继得到实验证实，20世纪60年代三联密码逐一被破译薛定谔在《生命是什么？》一书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不断得到‘负熵’”作者还说：“有机体是依赖负熵为生的”这就是生命的热力学基础60年代比利时科学家普里高津(I. Prigogine)的耗散结构理论，证实了薛定谔的预言当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科的研究正方兴未艾人们说21世纪是生命科学的世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全面介入生命科学的世纪    1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型—Black Scholes公式公：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964年获该校应用数学系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授可惜他于1995年去世，未能享受诺贝尔奖的殊荣当前出身数理的人跻身于经济学界的大有人在　　翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然入目。

人们不禁要问：“什么是物理学？”的确，今天再从研究对象来回答这个问题已很困难我们的看法是，不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题物理学，是。