（课程与教学论专业论文）物理教育与大学生的科学素质培养.pdf

摘要 自身的素质。第四章，指出了在物理教育中进行科学素质教育实践存在的几个 问题，然后根据社会发展和素质教育的需要，提出了把物理教育与s t s 教育相 结合，在物理教育中实施s t s 教育的观点；最后，指出了大学生的科学素质培 养，是一个全方位的、长期的、可持续的、浩大的系统工程，科学素质教育中 物理学科的教育是其最重要的组成部分，但并不只局限于在物理学科的教育中 进行。 关键词：物理教育科学素质科学素质教育s t s 教育 a b s l 姒c t p h y s i c a l e d u c a t i o na n dc u l t i v a t i o nc o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t y m a j o l p h y s i c a lc u r r i c u l u ma n dt e a c h i n gt h e o r y s t u d e n tz h uh a ot u t o rf e n gx i a o - c h a ox i e m i n g c h u n s c i e n t i f i c q u a l i t y - o r i e n t e de d u c a t i o n i st h e l e a d i n gd i r e c t i o no ft h e s c i e n t i f i c e d u c a t i o n sr e f o r ma n dd e v e l o p m e n ti nt h ew o r l do f t o d a y i ti sa l s oo n eo ft h e m a j o rs u b j e c t si nt h er e s e a r c ho fp h y s i c a le d u e a t i sr e f o r m i t sf i u r t h e rs t u d yh a s s u b s t a n t i a l s i g n i f i c a n c e i nt h ec o n s t r u c t i o no fw o r l d - f u t u r e o r i e n t e d s y s t e m o f p h y s i c a le d u c a t i o n i ne h i n aa n di nt h ep r o m o t i o no f r e f o r m i n gt e a c h i n gc o n t e n t sa s w e l la sc u r r i c u l u ms y s t e m a tp r e s e n t , t h ew i d t ha n dd e p t ho fs t u d yi ns c i e n t i f i c q u a l i t y o r i e n t e de d u e a f i o na r eq u i t el i m i t e d e s p e c i a l l yi n 曲a to fs u h j e c te d u c a t i o n t l 】a td e s e r v e sf l l r t h e rr e s e a r c h b a s e du p o nt h es t a n d i n go f t h e p r e c e d i n gs t a t i o n t h i s t h e s i sj st od os o m er e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep h y s i c a le d u c a t i o na n d c u l t i v a t i o no f c o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t y , w i t ht h ea i m o f c o n t r i b u t i n gt ot h e d e v e l o p m e n to fc h i n e s ep h y s i e a l e d u c a t i o na n dt h e i m p r o v e m e n t o f c o l l e g e s t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t y b ye l a b o r a t i n g t h e p r e s e n t c o n d i t i o na n dd e v e l o p i n g t e n d e n c yo fs c i e n t i f i c e d u c a t i o na r o u n dt h ew o r l d ，t h i st h e s i sf i r s ta n a l y s e st h er e a l i t yo ft h es c i e n t i f i c q u a l i t yo fa v e r a g ec h i n e s ec i t i z e n s ，a n dp o i n t so u tt h a ti fw ew a n tt ou p l i f tt h e s c i e n t i f i cq u a l i t yo f o r d i n a r yc h i n e s ec i t i z e n s ，i t si m p o r t a n tt of o s t e ra n di m p r o v e c o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t yt h a tl i e si ns u b j e c tc d u c a t i o n t h e ni tp o i n t so u t t h a tt h ep h y s i c a le d u c a t i o ni sn o to n l yt h ec h a n n e lt ot e a c hs t u d e n t sp h y s i c s ，b u t a l s ot h es i g n i f i c a n tm e a n sa n da p p r o a c ht oc u l t i v a t e c o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i c q u a i l t y c h a p t e ri s t a r t i n gw i t ht h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np h y s i c a le d u c a t i o na n dp h y s i c s ， i tp r o v e st h ei m p o r t a n c eo f p h y s i c a le d u c a t i o ni nt h ee u l t i v m i o no fc a p a b l ep e o p l e a n de l a b o r a t e st h ep r i m a r yi n t e n t i o no f p h y s i c a le d u c a t i o nb yh i g h l i g h t i n gp h y s i c s p o s i t i o na n df u n c t i o ni nt h eh i s t o r yo f s c i e n t i f i cd e v e l o p m e n t c h a p t e r i i i ts u m m a r i z e st h em e a n i n g so fs c i e n t i f i cq u n l i t ya n dt h ee d u c a t i o no f t h a t ，b a s e du p o nw h i c h i tp u t sf o r w a r dt 1 1 eg o a l sf o r c o l l e g e s t u d e n t st oa c h i e v e c h a p t e ri i i i tg e n e r a l i z e sa n dp r o v e st h em a i nc o n t e n t so ft h es c i e n t i f i cq u a l i t y c u l t i v a t i o ni np h y s i c a le d u c a t i o n a c c o r d i n gt ot h a t ，i tp r o p o s e ss o l f i em e t h o d s a n d w a y s f o rc u l t i v a t i o n c o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t yi np h y s i c a le d u c a t i o n n 1 a b s t r a c t 1 ) a p p l y i n g s c i e n t i f i cq u a i l t yc u l t i v a t i o nt op h y s i c a lm e t h o d o l o g i c a lt e a c h i n g ； 2 ) a p p l y i n g s c i e n t i f i cq u a l i t yc u l t i v a t i o nt op h y s i c a le x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ； 3 ) a p p l y i n g s c i e n t i f i cq u a i l t yc u l t i v a t i o nt op h y s i c a lh i s t o r i c a lt e a c h i n g ； 4 ) a p p l y i n g s c i e n t i f i cq u a l i t yc u l t i v a t i o nt op h y s i c a lt o pk n o w l e d g e st e a c h i n g ； f u r t h e r m o r e ，i to o i m so u tt h a tp h y s i c a lt e a c h e r ss h o u l df i r s ti m p r o v et h e m s e l v e s w h e n c u l t i v a t i n gs t u d e n t s s c i e n t i f i cq u a l i t y c h a p t e ri v i tl i s t s s e v e r a lp r o b l e m sc o n c e r n i n gt h es c i e n t i f i cq u a l i t y - o r i e n t e d e d u c a t i o np r a c t i c ei np b y s i c a le d u c a t i o n t b e na c c o r d i n gt ot h en e e do f t h es o c i e t y s d e v e l o p m e n t a n d q u a l i t y o r i e n t e d e d u c a t i o n i t p u t s f o r w a r da n o p i n i o n o f c o m b i n i n g t h ep h y s i c a le d u c a t i o nw i t hs t se d u c a t i o ni np h y s i c a le d u c a t i o n p r a c t i c e i nt h ee n d ，i te l t i p h a s i z e dt h a tf o s t e r i n gc o l l e g es t u d e n t s s c i e n t i f i c q u a l i t yi sa n o m n i b e a r i n g ，l o n g - t e r m ，c o n t i n u a b l ea n dc o m p l i c a t e ds y s t e m a t i cp r o j e c t ，i nw h i c h p h y s i c a le d u c a t i o n i st h em o s t i m p o r t a n tp a r t ，b u tn o ti u s tc o n f i n e d t os u c haf i e l d k e y w o r d s ：p h y s i c a le d u c a t i o n s c i e n t i f i cq u a l i t y s c i e n t i f i cq u a l i t y - o r i e n t e de d u c a t i o n s t se d u c a t i o n q i 言 引言 0 1 研究背景 当今世界，科学技术突飞猛进，国力竞争目趋激烈。这一切对人才的素质 尤其是科学素质+ 提出了更高更新的要求，日渐成为我国教育工作者新面临的 新的课题。 提高国民的科学素质，已成为世界各国的重要战略，而此责任则历史地落 到了科学教育的身上。传统的科学教育以传授自然科学知识为主，即向学生讲 授自然科学的一般规律，把大量知识灌输给学生。而现代科学教育观则认为， 科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应注重对学生探索兴趣、能 力、思维习惯与创新意识等的培养，使其树立正确的科学观，即从强调获取科 学知识内容向理解科学过程转变，从强调单纯地积累知识向探求知识转变的科 学观。 0 2 研究现状与趋势 0 2 1 国陋i 研究现状与趋势“ o 从科学教育的国际趋势看，世界各国都在相应调整科学教育的目标，即着 眼于培养新一代国民具有适应2 1 世纪社会、科技、经济发展所必备的科学素 质；变革对人才的培养模式，改进学生的学习方式，以便使学生在未来社会更 具有竞争力；课程内容进一步关注学生的经验，反映社会、科技的最新进展， 满足学生多样化发展的需求；促进学生潜能、个性及创造性等方面的发展，使 学生具有自信心和持续发展的能力。以下将介绍部分国家的发展情况以说明世 界范围内科学素质教育改革和发展的趋势。 美国2 0 世纪8 0 年代以来进行了一场全面、综合化的课程改革。科学教育 的重点从突出英才教育逐步转向全面提高国民的科学素质。1 9 8 5 年，美国科 学促进会( a m e r i c a na s s o c i a t i o nf o rt h ea d v a n c e m e n to fs c i e n c e ) 组织 科学素质指的是经过教育和实践发展起来的人们认识自然和应用自然规律的内禀特质，包括人所掌握 的科学知识、技能和方法，在此基础上形成的科学能力、科学观，以及科学品质等方面本文在第二章 有较为详细的论述 l q i 言 引言 0 1 研究背景 当今世界，科学技术突飞猛进，国力竞争目趋激烈。这一切对人才的素质 尤其是科学素质+ 提出了更高更新的要求，日渐成为我国教育工作者新面临的 新的课题。 提高国民的科学素质，已成为世界各国的重要战略，而此责任则历史地落 到了科学教育的身上。传统的科学教育以传授自然科学知识为主，即向学生讲 授自然科学的一般规律，把大量知识灌输给学生。而现代科学教育观则认为， 科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应注重对学生探索兴趣、能 力、思维习惯与创新意识等的培养，使其树立正确的科学观，即从强调获取科 学知识内容向理解科学过程转变，从强调单纯地积累知识向探求知识转变的科 学观。 0 2 研究现状与趋势 0 2 1 国陋i 研究现状与趋势“ o 从科学教育的国际趋势看，世界各国都在相应调整科学教育的目标，即着 眼于培养新一代国民具有适应2 1 世纪社会、科技、经济发展所必备的科学素 质；变革对人才的培养模式，改进学生的学习方式，以便使学生在未来社会更 具有竞争力；课程内容进一步关注学生的经验，反映社会、科技的最新进展， 满足学生多样化发展的需求；促进学生潜能、个性及创造性等方面的发展，使 学生具有自信心和持续发展的能力。以下将介绍部分国家的发展情况以说明世 界范围内科学素质教育改革和发展的趋势。 美国2 0 世纪8 0 年代以来进行了一场全面、综合化的课程改革。科学教育 的重点从突出英才教育逐步转向全面提高国民的科学素质。1 9 8 5 年，美国科 学促进会( a m e r i c a na s s o c i a t i o nf o rt h ea d v a n c e m e n to fs c i e n c e ) 组织 科学素质指的是经过教育和实践发展起来的人们认识自然和应用自然规律的内禀特质，包括人所掌握 的科学知识、技能和方法，在此基础上形成的科学能力、科学观，以及科学品质等方面本文在第二章 有较为详细的论述 l 引言 了数百名美国的科学、数学和技术等主要学科领域的知名专家、学者和部分教 育实践工作者，组成了美国科学技术教育理事会及五个学科专家小组。其目的 是立足2 1 世纪，全面改革美国的科学、数学和技术教育，提高教育的质量， 并为此制定和实旌一项长远的计划，即2 0 6 1 计划( p r o j e c t2 0 6 1 ) 。2 0 6 1 计 划研究小组于1 9 8 9 年发表了面向全体美国人的科学研究报告，该报告认 为科学教育是教育的一部分，其目标是培养学生的理解能力，使其养成良好的 思维习惯，并具有同情心，能够独立思考，敢于面对人生，能作好准备同公众 一道，全心全意地参与建设和保卫一个开放的、公正的和生机勃勃的社会。 2 0 世纪9 0 年代美国的教育改革是8 0 年代教育改革的深入和拓展，是一 次具体落实和实施美国国家教育目标的改革，是面向2 1 世纪的跨世纪的宏大 工程，是紧密结合科技革命现实的需要和未来发展趋势的改革。此阶段的教育 改革基本内容、措施和趋势，集中体现在布什总统签发的美国2 0 0 0 年：教 育战略( a m e r c a2 0 0 0 ：a ne d u c a t i n a ls t e t e g y ) 和克林顿总统签发的2 0 0 0 年目标：美国教育法( g o a l s2 0 0 0 ：e d u c a t ea m e r i c ah c t ) 两份纲领性文件 中。其中科技教育改革的基本特征主要表现在以下几个方面：科学主义和人文 主义并重，“文化脱盲”与“科学脱盲”并重；科技教育不仅要适应现实的科 技革命的需要，而且要适应2 l 世纪科技发展的未来需要。科技教育的目的重 在提高全民的科学素质和科技能力，而不是局限于培养尖端的科技人才。 再如，加拿大安大略省科学课程标准的培养目标明确规定：保证每个学生 都具有一定的科学素质；每个学生都需理解基本的科学概念：发展科学探究所 需要的技能、策略和思维习惯；将科学与技术、社会与环境相联系。 在英国1 9 9 9 年颁布的科学课程标准( t h en a t i o n a lc u r r i c u l u mf o r e n g i a n d ) 中，多数与科学探究有关，例如：强调促进学生在精神、道德、社 会和文化方面的发展；学生对科学概念的认识和理解，应通过多种途径逐步发 展，学生学习科学，与科学家的科学探究有类似之处；培养学生的基本技能， 如交流能力、收集处理数据的能力、应用信息技术的能力、自学能力以及问题 解决能力等；学生的科学态度对学习科学知识是很重要的。科学教育的重点就 是要培养学生通过他们自己的探究活动和对自然现象持续的兴趣和好奇心以 及科学地解决问题的态度和能力。 2 0 i 言 在韩国的科学课程标准中，强调让学生通过理解科学事实、原理、规律和 理论等，学会运用基本的科学方法，形成仓造性地解决问题的能力。课程目标 是使学生经历科学的探索过程，并将其应用于解决现实生活问题中；理解基本 的科学知识并应用其解释自然现象；具有在科学方面的学习动机和兴趣，有积 极学习科学的态度：能意识到科学对技术进步和社会发展的影响。 0 2 2 国内研究现状与趋势 反观我国，国民的科学素质状况却令人担忧。 1 9 9 2 年、1 9 9 4 年、1 9 9 6 年和2 0 0 1 年，中国科协对我国公众科学素养状 况进行了四次全国范围的调查。1 9 9 6 年的调查结果为：1 9 9 6 年我国公众的科 学素养达到基本科学素养水平的比例仅为0 3 p 】，且在1 9 9 2 至1 9 9 7 年问停 滞不前，与我国高达l o 以上的国民经济增长速度极不相称；2 0 0 1 年的调查 结果为：2 0 0 1 年我国公众具备基本科学素养水平的比例为1 4 t q ，比1 9 9 6 年提高了1 1 个百分点，在过去的5 年时间里，平均每年增长0 2 2 个百分点。 专家指出，这一比例虽然比1 9 9 6 年有显著提高，但与世界发达国家水平相比 仍有较大差距。( 据有关资料4 0 。，1 9 9 0 年欧盟国家公众达到基本科学素养水 平的比例为4 。o ，1 9 9 2 年为5 ；1 9 8 5 美国公众达到的比例为5 ，1 9 9 0 年 为6 9 ，1 9 9 5 年为1 2 ；加拿大1 9 眇年的调查结果为4 ；日本1 9 9 1 年的 调查结果为3 ) 这与我国国民文化程度偏底，国民平均文化知识水平底，文 盲率高，科盲率高相对应。所以，科教兴国，提高公众的科学素质，迎接知识 经济的挑战，缩短我国与先进世界水平的差距，任重而道远。 提高大学生的科学素质对提高全民族科学素质的重要作用是不言而喻的。 从第四次调查的结果可以看出，我国公众的科学素养水平状况呈这样几个 明显特征：“基本科学素养的比例随着年龄增大而逐渐下降，比例最高为1 8 1 9 岁年龄段公众( 3 o ) ”1 ；“学生具备基本科学素养的比例最高( 1 1 。4 2 ) ” ”1 ：“公众接受的教育程度越高，其基本科学素养水平也就越高”0 1 ；“我国中 学以下和中学( 含高中) 文化程度的公众与其它国家相比虽然稍低于其它发达 国家，但是，在大学文化程度中差距明显，与美国相差将近一半”“。 大学生是社会主义现代化建设的预备军，是促进社会经济文化快速发展的 生力军。他们今后将从事科学技术的推广、教育、科研及管理工作，是科技生 言 5 ) 物理学扩展和提高我们对其他学科的理解，诸如地球科学、林业科学、 化学、生物学、环境科学以及天文学和宇宙学一一这些学科对世界上所有民族 都是至关重要的。 6 ) 物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，如计算 机层析术( c t ) 、磁共振成像、正电子发射层析术、超声波成像和激光手术等， 改善了我们的生活质量。 综上所述，鉴于以上各项理由，物理学是教育体制和每个进步社会的一个 重要组成部分。”， 该项决议并为此向所有政府发出了促进与支持物理学发展的多项建议和 呼吁。这充分说明，物理教育是整个科学素质教育的核心。 这几年，在国内很多有名的教育刊物上，比如：教育研究、课程教 材教法、高等教育研究、高等理科教育、中国教育学刊、大学物理、 物理、物理教学、物理教学研究、物理教育研究、物理通报、物 理教师、物理实验以及各高校学报等等，纷纷开设了“科学素质培养”的 相关专栏进行理论探讨和实践成果汇报。 o 3 研究目的 基于上述认识，笔者在导师封小超先生、谢名春先生的指导下，确立了“物 理教育与大学生的科学素质培养”这一课题作为自己的硕士学位论文课题。大 学生的科学素质教育应达至q 什么样的习标，通过物理教育究竟能培养哪些不同 于其它学科的科学素质，如何在物理教育中对大学生进行有效的科学素质教 育，当前的物理教育应进行什么样的改革以适应素质教育的需要，都是本文研 究探索和着力解决的问题。 6 第1 章物理学与物理教育 第1 章物理学与物理教育 1 1物理学对人类社会的影响与作用 众所周知，2 0 世纪以来物理学取得了突飞猛进的发展和极其辉煌的成就， 物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个自然科学的基础，成 为推动数学等其它学科和整个科学技术发展的最主要的动力和源泉，并对人类 社会文明进步产生了极其深刻的影响。正如杨振宁教授所说：“在2 0 世纪，物 理学产生了奥妙的观念革命，从而改变了人类对空间、时问、运动和力这几种 基本概念的认识；深入探索了物质内部结构的奥秘；通过技术进步为人类生产 力带来了空前增长。”1 1 5 j 历史已进入2 1 世纪。在2 l 世纪里，物理学在科技领域中又将处于什么样 的地位呢? 对此，众说纷纭。在舆论界和学术界曾流行一种观点，认为“理论 物理学的末日似乎已经为期不远了”【i ”，“2 1 世纪物理学作为学科已进入暮年”， “中国目前不是发展物理学的基础研究和高技术的时候”旧等等。近年来在高等 院校还出现了砍杀物理课程学时的风浪。因此，正确认识物理学的发展历史、 发展前景及其在2 l 世纪科技领域中的地位，对我国教育的改革和发展，对高 科技人才的培养，对科学技术的研究和发展，乃至于社会和经济的发展，都是 至关重要的。 我们认为，在2 1 世纪，物理学将进一步获得迅速发展，物理学仍将是整 个自然科学的基础，物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的个最重要的 动力，物理学将继续是整个科学技术领域中的带头学科，这应是毋庸置疑的。 那么，要形成这样的共识，则必须对物理学的本质及其发展有个全面而深刻的 认识。 1 1 1 什么是物理学 物理学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。物理学在其发展过程 中所形成的基本概念、基本理论、研究方法、实验手段和精密的测试技术，渗 透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，已经成为其它自然科 学学科的重要概念的基础和最重要的研究手段。它是自然科学的基础，也是工 7 第1 章物理学与物理教育 第1 章物理学与物理教育 1 1物理学对人类社会的影响与作用 众所周知，2 0 世纪以来物理学取得了突飞猛进的发展和极其辉煌的成就， 物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个自然科学的基础，成 为推动数学等其它学科和整个科学技术发展的最主要的动力和源泉，并对人类 社会文明进步产生了极其深刻的影响。正如杨振宁教授所说：“在2 0 世纪，物 理学产生了奥妙的观念革命，从而改变了人类对空间、时问、运动和力这几种 基本概念的认识；深入探索了物质内部结构的奥秘；通过技术进步为人类生产 力带来了空前增长。”1 1 5 j 历史已进入2 1 世纪。在2 l 世纪里，物理学在科技领域中又将处于什么样 的地位呢? 对此，众说纷纭。在舆论界和学术界曾流行一种观点，认为“理论 物理学的末日似乎已经为期不远了”【i ”，“2 1 世纪物理学作为学科已进入暮年”， “中国目前不是发展物理学的基础研究和高技术的时候”旧等等。近年来在高等 院校还出现了砍杀物理课程学时的风浪。因此，正确认识物理学的发展历史、 发展前景及其在2 l 世纪科技领域中的地位，对我国教育的改革和发展，对高 科技人才的培养，对科学技术的研究和发展，乃至于社会和经济的发展，都是 至关重要的。 我们认为，在2 1 世纪，物理学将进一步获得迅速发展，物理学仍将是整 个自然科学的基础，物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的个最重要的 动力，物理学将继续是整个科学技术领域中的带头学科，这应是毋庸置疑的。 那么，要形成这样的共识，则必须对物理学的本质及其发展有个全面而深刻的 认识。 1 1 1 什么是物理学 物理学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。物理学在其发展过程 中所形成的基本概念、基本理论、研究方法、实验手段和精密的测试技术，渗 透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，已经成为其它自然科 学学科的重要概念的基础和最重要的研究手段。它是自然科学的基础，也是工 7 第1 章物理学与物理教育 程技术特别是高新技术的基础。物理学的每一个新思想、新发现，都会转变为 新技术应用。历史上三次大的技术革命，无不以物理学的革命为先导。由于物 理学知识构成了物质世界的完整图像，所以它也是科学的世界观和方法论赖以 建立的基础。这一切都使得物理教育不仅在大学理工科教育中占有举足轻重的 基础地位，而且在整个高等教育中，其作用也是日重一日。 1 1 2 物理学的发展和贡献 1 6 世纪伽利略对落体运动和抛体运动等现象的实验研究，开创了实验物理 的先河：1 7 世纪牛顿集前人研究之大成建立了完整的经典力学理论，形成了“力 学世界图像”。1 8 1 9 世纪，在大量实验基础上，卡诺、焦耳、开尔文、克劳 修斯等初步建立了宏观热力学理论；克劳修斯、麦克斯韦、波尔兹曼等建立了 微观分子运动理论，形成了“能量世界图像”。同时，库仑、奥斯特、安培、 法拉第、麦克斯韦等建立了电磁理论，形成了“电磁世界图像”。 1 9 世纪末一2 0 世纪初，一系列与经典物理学预言相违背的实验事实相继 出现，在普朗克、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人努力下，创 立了量子力学，爱因斯坦创立了相对论，形成了物质、时间、空间相互关联的 “相互作用关联世界图像”，奠定了现代物理学的理论基础。随着科学技术的 发展，2 0 世纪物理学又分化出许多新的分支，如基本粒子物理学、原子核物理 学、原子分子物理学、凝聚态物理学、等离子物理学、引力宇宙和天体物理学 等。而原来的各分支学科又都有了自己的新的前沿，如量子光学、非线性物理 学、信息光学等。此外，物理学与其它学科之间又形成了一系列边缘交叉学科， 如地理物理、化学物理、生物物理等。这些都表明，传统的思辨物理学，在经 历了数学物理学、实验物理学之后，已进入了与实验物理学、理论物理学和计 算物理学并驾齐驱的发展阶段。2 1 世纪的物理学仍是基础性和应用性的带头学 科。 爱因斯坦说过：“科学对于人类事物的影响有两种方式，第一种方式是大 家都熟知的：科学直接地、并在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活 的工具：第二种方式是教育的性质它作用于心灵。”“8 1 物理学作为一门成熟的科学具有巨大的物质价值和精神价值。 1 ) 科技发展史表明，物理学与技术的关系变得越来越密切。如果说发生于 第1 章物理学与物理教育 程技术特别是高新技术的基础。物理学的每一个新思想、新发现，都会转变为 新技术应用。历史上三次大的技术革命，无不以物理学的革命为先导。由于物 理学知识构成了物质世界的完整图像，所以它也是科学的世界观和方法论赖以 建立的基础。这一切都使得物理教育不仅在大学理工科教育中占有举足轻重的 基础地位，而且在整个高等教育中，其作用也是日重一日。 1 1 2 物理学的发展和贡献 1 6 世纪伽利略对落体运动和抛体运动等现象的实验研究，开创了实验物理 的先河：1 7 世纪牛顿集前人研究之大成建立了完整的经典力学理论，形成了“力 学世界图像”。1 8 1 9 世纪，在大量实验基础上，卡诺、焦耳、开尔文、克劳 修斯等初步建立了宏观热力学理论；克劳修斯、麦克斯韦、波尔兹曼等建立了 微观分子运动理论，形成了“能量世界图像”。同时，库仑、奥斯特、安培、 法拉第、麦克斯韦等建立了电磁理论，形成了“电磁世界图像”。 1 9 世纪末一2 0 世纪初，一系列与经典物理学预言相违背的实验事实相继 出现，在普朗克、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人努力下，创 立了量子力学，爱因斯坦创立了相对论，形成了物质、时间、空间相互关联的 “相互作用关联世界图像”，奠定了现代物理学的理论基础。随着科学技术的 发展，2 0 世纪物理学又分化出许多新的分支，如基本粒子物理学、原子核物理 学、原子分子物理学、凝聚态物理学、等离子物理学、引力宇宙和天体物理学 等。而原来的各分支学科又都有了自己的新的前沿，如量子光学、非线性物理 学、信息光学等。此外，物理学与其它学科之间又形成了一系列边缘交叉学科， 如地理物理、化学物理、生物物理等。这些都表明，传统的思辨物理学，在经 历了数学物理学、实验物理学之后，已进入了与实验物理学、理论物理学和计 算物理学并驾齐驱的发展阶段。2 1 世纪的物理学仍是基础性和应用性的带头学 科。 爱因斯坦说过：“科学对于人类事物的影响有两种方式，第一种方式是大 家都熟知的：科学直接地、并在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活 的工具：第二种方式是教育的性质它作用于心灵。”“8 1 物理学作为一门成熟的科学具有巨大的物质价值和精神价值。 1 ) 科技发展史表明，物理学与技术的关系变得越来越密切。如果说发生于 第1 章物理学与物理教育 1 8 世纪6 0 年代的以蒸汽机的应用为主要标志的第一次技术革命( 蒸汽时代) ， 开始了物理学( 主要是力学、热学) 与技术的互相影响的话，那么，开始于1 9 世纪7 0 年代的以电力技术的广泛应用为重要标志的第二次技术革命( 电气时 代) ，则是以物理学的发展( 主要是电磁理论) 为重要基础的；而发生于2 0 世 纪5 0 年代的第三次技术革命( 核能时代和信息时代) ，则是以2 0 世纪初的物 理学革命为先导，物理学开始全方位渗透到科学技术的各个领域，成为推动科 学技术进步的主导力量、主要源泉，物理学的研究成果直接导致了大量新技术 的产生和应用。 1 9 9 9 年6 月，联合国教科文组织在布达佩斯举行的被称为“2 0 世纪的最 后次科学盛会”的“世界科学大会”上列出了2 0 世纪最杰出的科学技术成 果，一共3 8 项，其中属于物理学及其相关的科学技术项目共2 3 项。比如：普 朗克量子论、爱因斯坦相对论、玻尔和卢瑟福原子结构、哈勃发现河外星系、 伽莫夫提出大爆炸理论、哈勃提出宇宙膨胀说、劳伦斯发明回旋加速器、查德 威克发现中子、费米演示第一个受控核反应、霍金提出宇宙起源的大统理论、 以及飞机、电台广播、电子计算机、人造卫星、c t 技术的发明等。 2 ) 物理学还有着丰富的精神价值。物理学作为一门发展最早、基础性最强、 影响最大的学科，在发展过程中形成了一系列思维方式及研究方法，诸如求同 性、简单性的思维方式，观察实验方法、理想化方法、类比方法、假说方法、 数学方法等等，它们对其他学科的发展起到了重要作用，并逐步成为自然科学 研究中普遍应用的方法；物理学的发展深深地影响羞人类的思维方式和认知方 式；物理与哲学有着非常密切的关系，辩证唯物主义的产生和发展，从物理学 中吸取“营养”，物理学为辩证唯物主义的基本理论提供“佐证”。 综上所述，一方面，物理学的发展，包括与科学发现一并产生的科学精神、 科学思想与科学方法，已为人类认识自然，改变人的认识能力，创造现代精神 文明发挥了重要作用；另一方面，它又为人类利用和改造自然，协调人类与自 然的关系，使之服务于人类，创造了十分有利的条件。目前，它正以空前的规 模与速度应用于生产、生活与管理，使社会物质生产、经济状况、社会生活与 实际工作的各个领域的面貌都焕然一新，以致对人们的思维方式、思想意识乃 至价值观念都产生了并还将产生重大影响。物理学已成为当代人类文化的一个 9 第1 章物理学与物理教育 重要组成部分。 1 1 3 物理学科的教育是科学素质教育最重要的组成部分 1 9 9 9 年3 月在美国亚特兰大市召开的第2 3 届国际纯粹物理与应用物理联 合会( i u p a p ) 代表大会通过的决议五“物理学对社会的重要性”指出：“物理 学研究物质、能量和它们的相互作用的学科是一项国际事业，她对人 类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，在所有国家都是重 要的，这是因为： 1 ) 物理学是一项激动人心的智力探险活动，它鼓舞着年轻人，并扩展着我 们关于大自然知识的疆界。 2 ) 物理学发展着未来技术进步所需要的基本知识，而技术进步将持续驱动 着世界经济发动机的运转。 3 ) 物理学有助于技术的基本建设，它为科学进步和发明的利用，提供所需 要的训练有素的人才。 4 ) 物理学在培养化学家、工程师、计算机科学家，以及其他物理科学和生 物医学科学工作者的教育中，是一个重要组成部分。 5 ) 物理学扩展和提高我们对其他学科的理解，诸如地球科学、林业科学、 化学、生物学、环境科学以及天文学和宇宙学这些学科对世界上所有民族 都是至关重要的。 6 ) 物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，如计算 机层析术( c t ) 、磁共振成像、正电子发射层析术、超声波成像和激光手术等， 改善了我们的生活质量。”“” 综上所述，无论是新技术、新学科，还是新思维，物理学始终是它们的原 动力；无论是在过去、现在，还是将来，物理学始终站在科学的前列，推动技 术的进步和创新，极大地影响着社会和经济的发展。物理学在21 世纪将仍是 整个科学技术领域中的一个带头学科，物理学的进展仍将是推动整个自然科学 发展的一个最重要的动力。因此，我们可以说，物理教育应当是整个科学素质 教育的核心。 l o 第1 章物理学与物理教育 重要组成部分。 1 1 3 物理学科的教育是科学素质教育最重要的组成部分 1 9 9 9 年3 月在美国亚特兰大市召开的第2 3 届国际纯粹物理与应用物理联 合会( i u p a p ) 代表大会通过的决议五“物理学对社会的重要性”指出：“物理 学研究物质、能量和它们的相互作用的学科是一项国际事业，她对人 类未来的进步起着关键的作用。对物理教育的支持和研究，在所有国家都是重 要的，这是因为： 1 ) 物理学是一项激动人心的智力探险活动，它鼓舞着年轻人，并扩展着我 们关于大自然知识的疆界。 2 ) 物理学发展着未来技术进步所需要的基本知识，而技术进步将持续驱动 着世界经济发动机的运转。 3 ) 物理学有助于技术的基本建设，它为科学进步和发明的利用，提供所需 要的训练有素的人才。 4 ) 物理学在培养化学家、工程师、计算机科学家，以及其他物理科学和生 物医学科学工作者的教育中，是一个重要组成部分。 5 ) 物理学扩展和提高我们对其他学科的理解，诸如地球科学、林业科学、 化学、生物学、环境科学以及天文学和宇宙学这些学科对世界上所有民族 都是至关重要的。 6 ) 物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，如计算 机层析术( c t ) 、磁共振成像、正电子发射层析术、超声波成像和激光手术等， 改善了我们的生活质量。”“” 综上所述，无论是新技术、新学科，还是新思维，物理学始终是它们的原 动力；无论是在过去、现在，还是将来，物理学始终站在科学的前列，推动技 术的进步和创新，极大地影响着社会和经济的发展。物理学在21 世纪将仍是 整个科学技术领域中的一个带头学科，物理学的进展仍将是推动整个自然科学 发展的一个最重要的动力。因此，我们可以说，物理教育应当是整个科学素质 教育的核心。 l o 第1 章物理学与物理教育 1 2 时代赋予了物理教育基础性的新内涵 1 2 1 什么是物理教育? 物理教学是为达到一定的教学目的和教育目标对物理学的基础知识和基 本内容进行重新组织和系统归纳而形成的一门学科教学。从课程设置的层面上 说，物理教学有中学物理教学和大学物理教学两个层次( 按现代终身教育的观 念，物理教学还应包括对在职物理教师的各种形式的进修和培训) 。这里，我 们主要讨论大学物理教学这个层次。在狭义上，物理教学指的是在学校阶段所 进行的“教”物理和“学”物理的教学活动全过程。从广义上说，物理教学过 程不仅是一个传授物理知识的过程，而且是一个育人的过程。首先，在物理教 学的过程中教师必须遵循教育学、心理学和学科教学论的基本思想和基本原 理，并以此指导自己的教学过程，以达到最佳的教学效果；与此同时，一个物 理教师不管他是否意识到，实际上他在教学的过程中也在用自己的人格和素养 影响学生、感化学生和培育学生。而学生在学习物理学科知识的同时也可以通 过自己的努力提高自己的求知能力、实践能力和创造能力，从而发展和完善自 己的科学素质。从这个意义上说，物理教育要为学生在科学素质上的提高和将 来的可持续发展提供必要的、与时代进步和需求相适应的物理学基础自身，物 理教育就是在一个更广泛的意义上以物理学基本内容和物理学基础知识为主 体的一门学科教育。 1 2 2 时代发展对物理教育的需求 1 ) 社会发展新需求 随着2 1 世纪的到来，科学技术及其教育在社会发展中的地位日益增强。 在人类文明的长河中，科学技术发挥了关键性的作用。例如，信息技术的应用 使人类从物质时代向数码时代迈进。当物质世界的一切都能通过智能工具，转 化成为一种全新的、非物质的、数字化的编码系列的形态之际，人类生活、生 产以及精神发展等都将受到前所未有的巨大冲击。当然数码时代的来i 临给物理 教育带来的冲击也是巨大的、深刻的、全方位的。如数码时代的来临将导致产 业结构变革，而这一变革将使物理知识转化为现实生产力的要求发生变化；数 码时代的物理教学方式将发生变化，如出现网络学校、多媒体教学等等；数码 第1 章物理学与物理教育 1 2 时代赋予了物理教育基础性的新内涵 1 2 1 什么是物理教育? 物理教学是为达到一定的教学目的和教育目标对物理学的基础知识和基 本内容进行重新组织和系统归纳而形成的一门学科教学。从课程设置的层面上 说，物理教学有中学物理教学和大学物理教学两个层次( 按现代终身教育的观 念，物理教学还应包括对在职物理教师的各种形式的进修和培训) 。这里，我 们主要讨论大学物理教学这个层次。在狭义上，物理教学指的是在学校阶段所