發布時間：2015-04-21所屬分類：教育職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：在十七世紀末期，由于人們樂意對原先持有的真理提出疑問并尋求新的答案，最后導致了重大的科學進展，被稱為科學革命。科學革命的前兆回溯到在印度及波斯所做出的重要發展，包括：印度數學暨天文學家Aryabhata以日心的太陽系引力為基礎所發展而成的行星
摘要：在十七世紀末期，由于人們樂意對原先持有的真理提出疑問并尋求新的答案，最后導致了重大的科學進展，被稱為科學革命。科學革命的前兆回溯到在印度及波斯所做出的重要發展，包括：印度數學暨天文學家Aryabhata以日心的太陽系引力為基礎所發展而成的行星軌道之橢圓的模型、哲學家Hindu及Jaina發展的原子理論基本概念、由印度佛教學者Dignāga及Dharmakirti所發展之光即為能量粒子之理論，電磁學方面，發現了摩擦起電，由穆斯林科學家Ibn al-Haitham(Alhazen)所發展的光學理論、由波斯的天文學家Muhammad al-Fazari所發明的星象盤，以及波斯科學家Nasir al-Din Tusi所指出托勒密體系之重大缺陷。
越來越多的事實表明，物理學在揭開微觀和宏觀深處的奧秘方面，正醞釀著新的重大突破。現代物理學的理論成果應用于實踐，出現了象原子能、半導體、計算機、激光、宇航等許多新技術科學。這些新興技術正有力地推動著新的科學技術革命，促進生產的發展。而隨著生產和新技術的發展，又反過來有力地促進物理學的發展。這就是物理學的發展與生產發展的辯證關系。
長期以來,物理學就是一門教師難教、許多難學的課程。但物理學的規律常通過教學的推理、演繹,以精確的形式表達;物理的發展與哲學思潮息息相關。它反映的思維方式非常豐富。這使課在“拓寬視野、改善思維、提高的素質上”有著重要的作用。為發揮這一作用,筆者嘗試著變“傳授式”的教學模式為“誘導閱讀式”,用辯證唯物的認識論、方法論指導教學。下面是筆者的點滴體會。
是研究現實世界空間形式和數量關系的抽象。從數學的抽象到物理的具體,這是認識上的又一次飛躍。物理的一個任務就是要幫助他們完成認識上的這一次飛躍。例如討論氣體體積膨脹做功時要用到定積分概念,經過分析已得到體積膨脹dV所做的元功為PdV,學生也容易理解所有元功之和即為總功。但物理與數學脫節,沒有意識到這就是定積分。這時,筆者通過圖形幫助學生回憶起定積分的幾何意義,使學生很快領悟到有限過程的功由對PdV積分得到,P(V)曲線下的面積即為過程的功。通過課后對定積分進一步復習,并具體計算等壓、等溫等過程的功,感到幫助他們解決了物理問題,在中的應用又加深了對微積分概念的理解。二者相輔相成,相得益彰。
的框架往往揭示出問題的實質。推導理想氣體絕熱過程的泊松方程就是一個很好的例證。筆者首先用等溫、等容等過程啟發、引導。對服從狀態方程PV=nRT的理想氣體,一般情況下有兩個獨立參量,增加一個條件(例如等溫),剩一個,方程變成PV=c等形式。絕熱過程條件為dQ=0,也應該只剩一個獨立參量。與等溫、等壓、等容過程的不同之處在于P、V、T三者中任何一個都可以作為獨立參量,方程也就可以寫成f(P.V)=0等形式。如何由狀態方程和條件dQ=dE+PdV=0來推導呢?首先有dE=NCVdT,得到三個參量的方程組。
PV=nRT(1)
NCVdT+PdV=0
如何消去T,得到PV之間的關系?思維活躍的學生很快會提出先對式(1)微分,取得形式一致后消去T,再積分便是所求。稍差一點的學生一經啟發也不難明白。此后,式(1)的微分,以及消元、積分均由在課堂上自己閱讀完成,筆者只需在最后時對積分常數略加說明。由于抽象的框架使學生抓住了事情的實質,提高了他們看問題的高度,因此教學過程不僅順利,而且學生能觸類旁通,有的甚至感到了“輕松愉快”,是種享受。
理想化的方法是科學抽象的一種形式。理想氣體模型是普遍課中的典型實例。實際中的氣體,溫度較高、分子密度較小時,與分子間的平均距離相比,分子的體積很小;與碰撞相比,分子間的相互作用很校于是家在思維中進行極限轉化,將次要因素,即分子大小和相互作用完全忽略不計,抽象出服從PV=nRT的理想氣體模型。思維中的極限轉化使次要因素由有到無,事情發生質的變化,這種簡化問題的理想模型和理想實驗在學中彼彼皆是。通過理想氣體模型強調這一轉化,此后出現的其他模型(如準靜態過程),都覺得易于理解。
用方法論能很好地引導學生從理想向實際過渡。例如,當溫度降低或壓力增高時,實際氣體并不能很好地遵守上述狀態方程,二氧化碳即為一例。究其原因為條件變化,次要因素的作用會上升。范德瓦耳斯認為兩條假設,即忽略了次要的因素,是引起偏差的主要原因。針對忽略分子大小,實際分子運動的有效空間有所減少,體積項要修正. 分子間的相互吸引相當于補充了一點“內壓力”,壓強項也有所改變。對模型的修正從忽略的次要因素入手使問題得以解決。教師如此引導,課后大都能夠順利地閱讀教材。后續課程中從理想氣體到真實氣體、理想溶液到真實溶液的勢的過渡,亦覺得自然。
遇到少數內容深奧的問題時,筆者教導學生“一個正確的認識,往往要經過由實踐到認識、由認識到實踐這樣多次的反復才能完成”的道理來教導學生,使他們知道,一下子不能透徹理解是正常的,當學習的知識多了,認識能力提高了,回過頭來再一看,發現它們并不那么深奧。由于學生本身就有這種體會,教師這樣的教誨使不少焦灼的心情一下子放松下來。他們冷靜地跟著教師分析問題的癥結,并通過反復演算習題加深理解。
總之,教學方法的變更提高了學習的興趣,方法論使師生在教學中嘗到甜頭。
SCISSCIAHCI
