中学物理教学联系现代物理发展的基本途径，本文主要内容关键词为：途径论文,物理论文,中学物理教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
走进21世纪的物理教学呼唤着物理教学的现代化，物理教学现代化的重要内涵是物理教学内容的现代化，这就要求在中学物理教学中适当开一些“窗口”，渗透一些物理学的前沿内容、思想和观点.北大赵凯华教授指出:引导学生向窗外的世界望一望，哪怕仅仅是“一瞥”，都会对开阔他们的眼界，启迪他们的思维，加深他们对本门课程的理解有好处.中学物理教学注重与现代物理发展相联系，这在近年课程、教材和高考改革中得到了印证.然后，在教学实践中，由于种种原因，常常许多中学教师有力不从心之感.笔者在此谈谈在中学物理教学中联系现代物理学发展的基本途径.
1、挖掘具体问题
一般人认为，中学物理教学内容是经典物理学内容即20世纪以前的物理学，是基础中的基础，中学物理与现代物理发展之间存在着巨大的鸿沟，难以逾越.其实，只要我们真心留意，善于挖掘，中学物理中的具体问题与现代物理学发展相联系是完全可能的.
例如中学物理中有这么个具体问题:如何估测一堆沙粒间的动摩擦系数.我们可将一堆沙从高处慢慢漏下，在地面上形成一圆锥体，并不断增高以至高得不能再高，即表面沙粒将要开始滑动，这时只要测出圆锥的倾角，则μ=tgθ.沙子是颗粒物质，还有象泥土、矿石、粮食、盐、药丸、雪花等都是人们熟悉的颗粒物质，对颗粒物性质的了解和研究对于全球工业与经济的发展将有极大的助益，为防止沙漠化、泥石流、雪崩、滑坡等自然灾害，也必须了解颗粒物的运动规律.对颗粒物质的研究是物理学的一个前沿领域，单个颗粒物呈固体形态，颗粒物质的集体行为与固体、液体、汽体均不同，有人把它定义为一个新的物质状态——“颗粒态”.现在已发现颗粒物质有许多奇异性质，如“粮仓效应”即堆积于容器内的颗粒物底部压强，在颗粒物堆积到一定高度后却不再随颗粒物增高而变化；“加压膨胀特性”即施压于紧密排列的颗粒物体系，其体积可能膨胀；“崩塌现象”即当沙滩的斜坡达到“最大稳定角”以后，沙堆开始崩塌；“振动分离特性”即转动与振动会使容器中不同大小的颗粒分离开来，等等.
又如，在中学物理中，电磁力既有引力又有斥力，但为什么只有“万有引力”却没有“万有斥力”，人们到目前为止仍提供不出任何解释.其实，物理学上的四种相互作用也是不同的，在强、弱、电磁相互作用中，吸引和排斥都是对称的，但在引力作用中，对称性发生了破缺.从天体的演化、粒子物理学等科学领域来看，自然界的进化和发展要伴随着对称性的不断破缺来实现；相反，退化和退步则要出现对称性的增加.
2、追寻历史根源
许多物理学前沿发展内容是无法与中学物理直接发生联系的，但是我们有时可以让时光倒流，一直上溯到事件的起点，这时可显现它的原生态.因此，我们要强化物理学史的教育功能，善于对物理知识作出历史的叙述，把物理知识的获得作为一种经验，作为一个激动人心的知识奇遇来讲述，把着眼点放在物理学中的发现、推理及概念的形成的认识过程上.教师应重视研究物理学发展史，寻找现代物理成果的历史根源，以建立中学物理与现代物理之间的有效联系，正如爱因斯坦所说:“我们的科学进步得如此之快，以致大多数原始的论文很快失去了它的现实意义，而显得过时了.但是，另一方面，根据原始论文来追踪理论的形成过程始终具有一种特殊的魅力.”
例如，分数量子霍尔效应在1998年获诺贝尔物理奖，它是研究极低温度(约0.1K)和超强磁场(大于10T)下的霍尔效应；整数量子霍尔效应获1985年诺贝尔物理奖，它是研究在低温(约几K)和强磁场(约1T～10T)下的霍尔效应；而霍尔效应是德国科学家霍尔于1879年发现的，它的发现起源于法拉弟在伦敦进行的直接用大自然之力发电的失误实验.在1839年，法拉弟根据其电磁感应原理，设想出一个思想奇特、气势辉宏的实验，即在伦敦泰晤士河的滑铁卢桥上，沿着桥上的栏杆拉了条320米的电线，电线两端各系一个铜板，沿垂直方向沉入水中.电线、铜板和泰晤士河的流水三者构成一个电流的闭合回路，在电线中间接上电流表，流动的河水可以看作运动的导体，它们在地球的磁场中运动，切割磁力线，根据法拉弟电磁感应原理，回路中就会感应出感应电动势，应该能看见电流表指针的偏转，结果实验失败了.通过许多科学家的长期思考，终于找到了磁场太弱、河水流速不快等导致实验失败的原因.法拉弟实验失败后40年，物理学家霍尔用通电导线代替河水，用实验室的磁场代替了地磁场，结果发现了“霍尔效应”.同样，受法拉弟用磁场和流水来发电的奇特思想所影响，科学家们设想用高速带电流体代替河水，用强磁场代替地球磁场，让高速带电流体通过强磁场，创造出了现代能源利用新技术——磁流体发电.试想，如果我们在教电磁感应现象时，有机地渗透这些内容，学生会不感兴趣吗?
3、转变传统观念
科学上每一个重大的变革，总是以科学观念、科学思想的突破为先导和基底的，也就是说，科学理论的发展，最本质地表现在科学基本观念的演变上.正如爱因斯坦所指出:“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用.”许多物理学前沿知识学生无法接受，但可以给学生引入一些现代科学思想，转变学生的传统观念.随着科学技术的不断发展，科学思想的发展变革从直观的、经验的科学思想→实验的、逻辑的科学思想→概率的、统计的科学思想→耗散的、非线性的科学思想.例如非线性科学是当今世界科学的前沿与热点，被誉为与相对论、量子论相齐名的20世纪的三大科学理论之一.物理世界本质上是非线性的.长期以来，我们用线性眼光看非线性问题，把非线性问题理想化、简单化处理，这在中学物理中十分明显.这就促使学生观念要从线性观向非线性观转变，我们应该认识到:线性问题只是非线性的近似和简化.物理规律的非线性如万有引力定律、库仑定律中力与距离的关系，匀变速直线运动中位移与时间的关系，折射现象中入射角i与折射角r的关系等.物理测量仪器刻度的非线性如多用电表电阻档的刻度、密度计的刻度、量杯的刻度等.同时线性与非线性之间又是相互联系，并可以相互转化的.如平抛运动、斜抛运动可看作直线运动的叠加，火车与汽车的平动是通过车轮的转动实现的，折射现象中，i与r虽呈非线性关系，但sin(i)与sin(r)却是呈线性关系.