高中文理贯通教育的思考

高中文理贯通教育的思考高中文理贯通教育的思考浙江省宁波市效实中学浙江省宁波市效实中学姜水根姜水根高中文理贯通教育的思考高中文理贯通教育的思考v1 问题的提出问题的提出v2 解决问题的思路解决问题的思路v3 我们要进行的研究我们要进行的研究1 问题的提出问题的提出v1.1 从一次谈判说起从一次谈判说起v1.2 物理教学的现状物理教学的现状v1.2.1 脱离实际脱离实际v脱离实际脱离实际v有一个倔强系数为有一个倔强系数为8103N/m的弹簧放置在的弹簧放置在光滑的水平桌面上，将它的一端固定，它的光滑的水平桌面上，将它的一端固定，它的自由端系上一块质量为自由端系上一块质量为4.99kg的木块。一颗的木块。一颗质量为质量为10g的子弹，以的子弹，以1000m/s的速度水平的速度水平射入这块静止的木块并嵌在其中，弹簧被压射入这块静止的木块并嵌在其中，弹簧被压缩从而做简谐振动。求弹簧的振动周期。缩从而做简谐振动。求弹簧的振动周期。v有一个氧气钢瓶，放在室温是有一个氧气钢瓶，放在室温是27 C房间里，钢瓶里氧气的房间里，钢瓶里氧气的压强是压强是15 atm，现在把它放到温度是，现在把它放到温度是57 C的地方，钢瓶中的地方，钢瓶中的氧气的压强是多大？的氧气的压强是多大？v用销钉固定活塞把水平放置的容器分隔成用销钉固定活塞把水平放置的容器分隔成AB两部分，其体两部分，其体积之比积之比 =2 1，如图，如图2所示，起初所示，起初A中有温度为中有温度为127压强压强为为1.8Pa的空气，的空气，B中有温度为中有温度为27压强为压强为1.2Pa的空气，的空气，拔出销钉，使活塞可以无摩擦地移动（不漏气），由于容器拔出销钉，使活塞可以无摩擦地移动（不漏气），由于容器壁缓慢导热，最后气体都变到室温壁缓慢导热，最后气体都变到室温27，活塞也停止运动，活塞也停止运动，求最后气体的压强。求最后气体的压强。AB图2v如图所示如图所示,质量为质量为m的物体在恒力的物体在恒力F的作用下沿天花的作用下沿天花板匀速滑动，板匀速滑动，F与水平方向的夹角为与水平方向的夹角为，物体与天花，物体与天花板之间的动摩擦因数为板之间的动摩擦因数为，则物体受到的摩擦力大，则物体受到的摩擦力大小是小是()v（A）Fcos v（B）Fsin v（C）(Fsin-mg)v（D）(mg-Fsin)图6-15v国外物理教育国外物理教育v一个小孩重一个小孩重364N，坐在重，坐在重41N的凳子的凳子上，已知凳腿与地面接触的总面积为上，已知凳腿与地面接触的总面积为19.3cm3，问该小孩与凳子施加在地面，问该小孩与凳子施加在地面上的平均压强为多少？上的平均压强为多少？v宇航员与月球登陆舱都对月球表面产生压强。宇航员与月球登陆舱都对月球表面产生压强。如果月球舱的质量约为如果月球舱的质量约为7300kg，并且以直径，并且以直径均为均为91cm的四个缓冲器座作为支撑，那么它的四个缓冲器座作为支撑，那么它施加在月球表面上的压强是多少？你如何估施加在月球表面上的压强是多少？你如何估计宇航员所产生的压强？计宇航员所产生的压强？v要建造一座功率输出容量为要建造一座功率输出容量为1000 MW的太阳的太阳能发电厂，如果太阳收集器是效率为能发电厂，如果太阳收集器是效率为 90%的的光电池和反射镜。它们产生的蒸汽供给涡轮光电池和反射镜。它们产生的蒸汽供给涡轮发电机，效率为发电机，效率为30%，问：收集器必须占多，问：收集器必须占多大面积的土地？大面积的土地？v1.2.2 省略过程省略过程v实验实验?v过程过程?v故事故事?v趣味趣味?v1.2.3 轻视人文轻视人文v关于科学事件关于科学事件v关于科学结论关于科学结论v关于科学价值观关于科学价值观关于关于脱离实际脱离实际省略过程省略过程轻视人文轻视人文v1.3 物理教学效果物理教学效果v理科生理科生v理论理论v解题解题v结论结论v问题的症结在哪里？问题的症结在哪里？v应试教育问题应试教育问题v成才观念问题成才观念问题v社会、文化问题社会、文化问题 知识结构的片面性问题是一个实际存在知识结构的片面性问题是一个实际存在的问题，这个问题可能跟我们的基础教育是的问题，这个问题可能跟我们的基础教育是有关的，应试教育可能是一个因素。有关的，应试教育可能是一个因素。2 解决问题的思路解决问题的思路v2.1 取消文理分科取消文理分科v现在行得通吗？现在行得通吗？v2.2 改革教材改革教材v教材改革之路教材改革之路v省版教材省版教材v试用本试用本v甲、乙种本甲、乙种本v必修加选修必修加选修v较高要求和基本要求较高要求和基本要求v新课程必修加选修新课程必修加选修v多年改革的效果如何？多年改革的效果如何？v2.3 改革课程改革课程v全方位的改革全方位的改革v教材内容教材内容v课程结构课程结构v教学方式教学方式v评价体系评价体系v组织形式组织形式v我们可以做什么？我们可以做什么？多少年来的教材改革没有解决学生的知多少年来的教材改革没有解决学生的知识结构问题，多少年来的教育改革没有解决识结构问题，多少年来的教育改革没有解决学生学业负担过重的问题，当前的新课程改学生学业负担过重的问题，当前的新课程改革又一次给我们带来了一些希望。革又一次给我们带来了一些希望。3 我们要进行的研究我们要进行的研究v3.1 总体目标总体目标v选修课的教材研究和教学实践选修课的教材研究和教学实践v3.1.1 课程性质课程性质v形式形式 校本选修校本选修v内容内容 以物理学为中心的文理贯通知识以物理学为中心的文理贯通知识v目的目的 有效改善学生的知识结构有效改善学生的知识结构v 树立科学精神和人文精神树立科学精神和人文精神v3.1.2 研究的基础研究的基础v前期我们已经做了有关的研究：前期我们已经做了有关的研究：v 对科学和哲学进行了研究对科学和哲学进行了研究v 对科学和文化进行了研究对科学和文化进行了研究v v连载连载1 怎样看待古希腊哲学怎样看待古希腊哲学 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年年1、2期合刊期合刊v连载连载2 孩子孩子哲学哲学物理学物理学 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第3期期v连载连载3 科学和哲学的分水岭科学和哲学的分水岭 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第4期期v连载连载4 科学统一世界科学统一世界 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第5期期v连载连载5 理性理性实践实践信仰信仰 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第6期期v连载连载6 悖论悖论,科学问题的哲学思辨科学问题的哲学思辨 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第7期期v连载连载7 智慧就是力量智慧就是力量 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第8期期v连载连载8 理念的世界理念的世界 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第9期期v连载连载9 科学规律的形式科学规律的形式 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第10期期v连载连载10 存在和变化存在和变化 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第11期期v连载连载11 一半随缘，一半随机一半随缘，一半随机 中学物理教学参考中学物理教学参考2004年第年第12期期v连载连载12 科学和哲学的汇合科学和哲学的汇合 中学物理教学参考中学物理教学参考2005年年1、2期合刊期合刊v连载连载13 从物质、运动不灭思想到守恒定律从物质、运动不灭思想到守恒定律 v 中学物理教学参考中学物理教学参考2005年第年第3期期v连载连载14 人择原理人择原理 中学物理教学参考中学物理教学参考2005年第年第4期期v连载连载15 永恒的魅力永恒的魅力 中学物理教学参考中学物理教学参考2005年第年第5期期v连载连载1 东方文化的魅力东方文化的魅力 物理教师物理教师2007年第年第3期期v连载连载2 灿烂的古希腊文化灿烂的古希腊文化 物理教师物理教师 2007年第年第4期期v连载连载3 科学的兴起科学的兴起 物理教师物理教师 2007年第年第5期期v连载连载4 科学改变了世界科学改变了世界 物理教师物理教师 2007年第年第6期期v连载连载5 人类的交通变革人类的交通变革 物理教师物理教师 2007年第年第7期期v连载连载6 从结绳记事到互联网从结绳记事到互联网 物理教师物理教师 2007年第年第8期期v连载连载7 娱乐的意义娱乐的意义 物理教师物理教师 2007年第年第9期期v连载连载8 战争文化的变迁战争文化的变迁 物理教师物理教师 2007年第年第10期期v连载连载9 凝固的音乐凝固的音乐 物理教师物理教师 2007年第年第11期期v连载连载10 文明的两翼文明的两翼 物理教师物理教师 2007年第年第12期期v连载连载11 科学精神科学精神 物理教师物理教师 2008年第年第1期期v连载连载12 科学美科学美 物理教师物理教师 2008年第年第2期期v连载连载13 科学的文化背景科学的文化背景 物理教师物理教师 2008年第年第3期期v连载连载14 科学的社会建制科学的社会建制 物理教师物理教师 2008年第年第4期期v连载连载15 从蒙难到和谐从蒙难到和谐 物理教师物理教师 2008年第年第5期期v连载连载16 法的科学背景法的科学背景 物理教师物理教师 2008年第年第6期期v连载连载17 文化的载波文化的载波 物理教师物理教师 2008年第年第8期期v连载连载18 理性的呼唤理性的呼唤 物理教师物理教师 2008年第年第9期期v连载连载19 时代精神的精华时代精神的精华 物理教师物理教师 2008年第年第10期期v对当前教育界课题立项的两点困惑：对当前教育界课题立项的两点困惑：v1.研究期限为研究期限为2年？年？v2.研究结果一定成功？研究结果一定成功？v这项研究做过了！这项研究做过了！v这项研究成功了？这项研究成功了？v3.1.3 课程的实施课程的实施 我们在思考的问题：我们在思考的问题：v教材具有怎样的面貌？教材具有怎样的面貌？v授课模式会有变化吗？授课模式会有变化吗？v怎样促进学生的发展？怎样促进学生的发展？以校本课程的形式进行这项改革，具有以校本课程的形式进行这项改革，具有灵活性。如果这项改革失败了，那么就转向灵活性。如果这项改革失败了，那么就转向别的方向。如果这项改革能成功，那么逐步别的方向。如果这项改革能成功，那么逐步把这门选修课变成必修课。把这门选修课变成必修课。v3.2 本课程内容介绍本课程内容介绍v3.2.1 四个板块四个板块v古希腊古希腊文明文明v科学的文化背景科学的文化背景v历史上最美丽的实验历史上最美丽的实验v科学家的思维科学家的思维v文理贯通与古希腊文明文理贯通与古希腊文明v关于西方文化的源头关于西方文化的源头v关于科学文化的源头关于科学文化的源头v古希腊文明本身是文理贯通的古希腊文明本身是文理贯通的v文理贯通与科学文理贯通与科学的文化背景的文化背景v科学是一种文化科学是一种文化v科学科学的形式和内容跟文化有关的形式和内容跟文化有关v文理贯通与科学史文理贯通与科学史上的重要实验上的重要实验v实验不仅仅属于科学的范畴实验不仅仅属于科学的范畴v实验实验是人是人做的、是在做的、是在一定的历史条件下一定的历史条件下做的做的v科学实验本身是文理贯通的科学实验本身是文理贯通的v文理文理贯通与科学家贯通与科学家的思维的思维v科学家的思维不仅是科学的科学家的思维不仅是科学的v也是一定的历史的、社会条件形成的也是一定的历史的、社会条件形成的v科学家的思维内容本身也是文理贯通的科学家的思维内容本身也是文理贯通的v3.2.2 三条线索三条线索v历史历史v诗歌诗歌v哲学哲学第第1条线索：科学史教育条线索：科学史教育关于科学史的认识关于科学史的认识 必然性和偶然性问题必然性和偶然性问题关于科学史教学的做法关于科学史教学的做法 引入引入 简单化简单化 割裂割裂v下面列举的事例中，正确的是（下面列举的事例中，正确的是（）。）。v（A）居里夫妇用）居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子粒子轰击铝箔时发现了正电子v（B）卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子）卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象的发光现象v（C）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予证实兹用实验方法给予证实v（D）玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光）玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象现象v把科学家和科学成就进行连线把科学家和科学成就进行连线 v牛顿牛顿 万有引力定律万有引力定律v法拉第法拉第 电磁感应定律电磁感应定律v爱因斯坦爱因斯坦 相对论相对论v玻尔玻尔 量子理论量子理论v历史故事给人以贯通的脉络历史故事给人以贯通的脉络v牛顿的少年时代牛顿的少年时代v伦敦的瘟疫伦敦的瘟疫v剑桥的放假剑桥的放假v牛顿的研究牛顿的研究v三句名言，三个故事三句名言，三个故事v尤里卡尤里卡v给我一个支点，我就能撬动地球给我一个支点，我就能撬动地球v不要动我的图不要动我的图后续的故事后续的故事羊皮书的故事羊皮书的故事阿基米德的著作在中世纪阿基米德的著作在中世纪有有3个副本个副本10世纪抄在羊皮纸上（希腊文）世纪抄在羊皮纸上（希腊文）12世纪一名僧侣得到羊皮书洗净墨迹抄写祈祷文世纪一名僧侣得到羊皮书洗净墨迹抄写祈祷文1906年哥本哈根大学教授发现给书上有阿基米德著作年哥本哈根大学教授发现给书上有阿基米德著作19191922年年发生希土战争该书失踪发生希土战争该书失踪1998年该书现身，被拍卖后送巴尔的摩华特斯美术馆年该书现身，被拍卖后送巴尔的摩华特斯美术馆古文物复原专家复原阿基米德著作古文物复原专家复原阿基米德著作恢复了恢复了80%华特斯美术馆善本书籍部主任：华特斯美术馆善本书籍部主任：“这犹如从公元前这犹如从公元前3世纪收到一份传真。真是令人兴奋不已。世纪收到一份传真。真是令人兴奋不已。”科学史教育科学史教育 不仅是我们物理教学的内容不仅是我们物理教学的内容 而且也是进行素质教育的方法而且也是进行素质教育的方法科学史教育科学史教育 科学知识与技能的传授科学知识与技能的传授 科学过程与科学方法的教学，科学过程与科学方法的教学，科学情感、科学态度和价值观的教育。科学情感、科学态度和价值观的教育。v第第2条线索：诗歌条线索：诗歌v诗歌给人以联想的意象诗歌给人以联想的意象 丘成桐描述陈省身的陈氏类的研究：丘成桐描述陈省身的陈氏类的研究：采菊东篱下采菊东篱下悠然见南山悠然见南山 丘成桐描述自己的超对称的引力场结构的研究：丘成桐描述自己的超对称的引力场结构的研究：落花人独立落花人独立微雨燕双飞微雨燕双飞 朱夏院士：朱夏院士：红岩百丈英雄岭，红岩百丈英雄岭，捻指油砂自在香。捻指油砂自在香。似挽流光酬寂寞，似挽流光酬寂寞，格孜湖水拥斜阳。格孜湖水拥斜阳。关于牛顿的评价关于牛顿的评价关于牛顿的传记关于牛顿的传记牛顿自己的语录牛顿自己的语录都没有诗歌浪漫，给人以联想都没有诗歌浪漫，给人以联想 墓志铭墓志铭 这儿安睡着伊萨克这儿安睡着伊萨克牛顿爵士。他以超乎常人牛顿爵士。他以超乎常人的智力，用他所发明的数学方式，第一次证明了行的智力，用他所发明的数学方式，第一次证明了行星的运动和图像，彗星的轨道和大海的潮汐；他研星的运动和图像，彗星的轨道和大海的潮汐；他研究了各种不同的光线，以及由此所产生的颜色的性究了各种不同的光线，以及由此所产生的颜色的性质，而这些都是别人连想都没想到的；对于自然、质，而这些都是别人连想都没想到的；对于自然、历史和圣经，他是一个勤奋、敏锐而忠实的铨释者。历史和圣经，他是一个勤奋、敏锐而忠实的铨释者。他用他的哲学证明了上帝的威严；他渡过了新教徒他用他的哲学证明了上帝的威严；他渡过了新教徒式的简朴的一生。所有活着的人都为有他这样一位式的简朴的一生。所有活着的人都为有他这样一位伟人而感到幸福。伟人而感到幸福。（蒲柏为牛顿写的墓志铭）（蒲柏为牛顿写的墓志铭）Nature and natures law lay hid in night.God said,let Newton be!And all was light.（蒲柏为牛顿写的墓志铭）（蒲柏为牛顿写的墓志铭）大自然及其规律大自然及其规律在黑暗中。在黑暗中。上帝说上帝说 让牛顿去吧！让牛顿去吧！于是一片光明。于是一片光明。（给牛顿建立科学理论附一首诗给牛顿建立科学理论附一首诗）一往伦敦抱敬思，剑河桥影断肠时。一往伦敦抱敬思，剑河桥影断肠时。千般落木见无数，万物相引梦有知。千般落木见无数，万物相引梦有知。昨念平抛随归雁，今看星箭走西寺。昨念平抛随归雁，今看星箭走西寺。今朝留影功勋树，再访英伦会有期。今朝留影功勋树，再访英伦会有期。（给牛顿建立科学理论附一首诗给牛顿建立科学理论附一首诗）夜幕下的沃斯索普村四周如梦，一片蛙声回味着苹果落地的瞬间追思着太阳色彩的光影那是大自然表演的精彩一幕引无数学子求索一生（给给阿基米德开创科学研究附一首诗阿基米德开创科学研究附一首诗）先贤希腊哲如林，独立科学第一人。先贤希腊哲如林，独立科学第一人。起举地球施无力，计量王冠浴有盆。起举地球施无力，计量王冠浴有盆。千人持镜镜焚舰，一剑刺君君断魂。千人持镜镜焚舰，一剑刺君君断魂。我为奇才长叹息，羊皮书里读传真。我为奇才长叹息，羊皮书里读传真。（给给阿基米德开创科学研究附一首诗阿基米德开创科学研究附一首诗）浴盆、杠杆、支点你是科学史上第一人，机器、镜子、阳光你在保卫战中敌万人，圆规、树干、沙盘你的生命定格在研究的瞬间啊！阿基米德你的智慧跨越关山万里，你的精神穿透宇宙永恒。v第第3条线索：哲学条线索：哲学v哲学哲学给人以深刻给人以深刻的思想的思想v科学知识中科学知识中v认识论上认识论上v关于价值观方面关于价值观方面v牛顿的发现是必然的还是偶然的？牛顿的发现是必然的还是偶然的？v牛顿的世界观是怎样的？牛顿的世界观是怎样的？v欧氏平直空间、均匀时间欧氏平直空间、均匀时间v与运动无关的时空与运动无关的时空v机械决定论机械决定论v第一推动第一推动v3.2.3 作业与考核作业与考核v开放性作业开放性作业v实验制作的作业实验制作的作业v学生喜欢作业吗？学生喜欢作业吗？v怎样考核？怎样考核？文理贯通从内容上来说是古希腊文明、文理贯通从内容上来说是古希腊文明、科学的文化背景、科学实验、科学家思维四科学的文化背景、科学实验、科学家思维四个板块。从形式上来说是科学史、诗歌、哲个板块。从形式上来说是科学史、诗歌、哲学三条路径。学三条路径。v3.3 文理贯通教学的实践文理贯通教学的实践v3.3.1 已经进行的实践（已经进行的实践（2项）项）v古希腊文明古希腊文明v科学的文化背景科学的文化背景v古希腊文明内容提要古希腊文明内容提要v第一部分第一部分 科学的起源（第一、二讲）科学的起源（第一、二讲）v一、古希腊的神话一、古希腊的神话v二、古希腊的自然哲学二、古希腊的自然哲学v三、古希腊的理性精神三、古希腊的理性精神v四、古希腊的天文学四、古希腊的天文学v第二部分第二部分 希腊三贤（第三、四、五讲）希腊三贤（第三、四、五讲）v一、苏格拉底一、苏格拉底v二、柏拉图二、柏拉图v三、亚里士多德三、亚里士多德v第三部分第三部分 传播至今的科学成就（第六、七讲）传播至今的科学成就（第六、七讲）v一、欧几里得几何一、欧几里得几何v二阿基米德二阿基米德v第四部分第四部分 古希腊与现代文明（第八讲）古希腊与现代文明（第八讲）v一、希腊文化的流传一、希腊文化的流传v二、希腊的学术、民主制度、艺术对现代的影响二、希腊的学术、民主制度、艺术对现代的影响v三、对现代文明的思考三、对现代文明的思考苏格拉底之死 罪名 服从审判 我去死，你们去活，究竟谁过得更幸福，唯有神知道。v科学的科学的文化背景内容提要文化背景内容提要v第第1课课 中国古代科学的特点中国古代科学的特点v第第2课课 西方文化的源头西方文化的源头v第第3课课 东西方文化的对比东西方文化的对比v第第4课课 科学诞生的文化背景科学诞生的文化背景 v第第5课课 科学改变世界科学改变世界 v第第6课课 科学发展的动力科学发展的动力 v第第7课课 科学和理性科学和理性v第第8课课 时代的旗帜时代的旗帜博弈：点线行棋和空间行棋博弈：点线行棋和空间行棋 科学表述科学表述 乙乙丙丙丁丁甲甲 C)ln(dxaxax丙天）对（甲天天甲禾v3.3.2 实践的反思实践的反思v坚持方向（学生的需要）坚持方向（学生的需要）v改善形式（学生的向往）改善形式（学生的向往）v作业是问题（学生要吗？）作业是问题（学生要吗？）本项研究的实施既有有利条件，也有不本项研究的实施既有有利条件，也有不利条件。有利条件是有一部分学生对文理贯利条件。有利条件是有一部分学生对文理贯通课程有兴趣；不利条件是课程要求的落实通课程有兴趣；不利条件是课程要求的落实有相当的难度。有相当的难度。v举例片断举例片断1.电子双缝干涉实验电子双缝干涉实验最美丽的物理实验最美丽的物理实验一、实验背景一、实验背景1.物质波理论的创立物质波理论的创立 法国物理学家法国物理学家德布罗意德布罗意，原来学，原来学历史历史，第一，第一次世界大战期间曾在军队服役从事无线电工作。次世界大战期间曾在军队服役从事无线电工作。平时爱读彭加勒、洛仑兹和朗之万的科学著作。平时爱读彭加勒、洛仑兹和朗之万的科学著作。后对普朗克、爱因斯坦和玻尔的工作发生了兴后对普朗克、爱因斯坦和玻尔的工作发生了兴趣，转而研究物理学。退伍后随朗之万攻读物趣，转而研究物理学。退伍后随朗之万攻读物理学博土学位。他的兄长莫里斯理学博土学位。他的兄长莫里斯德布罗意是一德布罗意是一位研究位研究X射线的专家，曾在射线的专家，曾在1911年第一届索尔年第一届索尔威会议上担任秘书，负责整理文件。那次会议威会议上担任秘书，负责整理文件。那次会议的主题是关于辐射和量子论。会议文件对路易的主题是关于辐射和量子论。会议文件对路易斯有很大启发。莫里斯和另一位斯有很大启发。莫里斯和另一位X射线专家布射线专家布拉格联系密切。布拉格曾主张过拉格联系密切。布拉格曾主张过X射线的粒子射线的粒子性。这个观点对莫里斯很有影响，所以他经常性。这个观点对莫里斯很有影响，所以他经常跟弟弟讨论波和粒子的关系。跟弟弟讨论波和粒子的关系。路易斯德布罗意（1892-19871892-1987）2.三篇重要的论文三篇重要的论文 1923年年9-10月间，德布罗意连续在月间，德布罗意连续在法国科学院通报法国科学院通报上发表了三篇有关上发表了三篇有关波和量子的论文。波和量子的论文。第一篇是第一篇是辐射辐射波与量子波与量子，提出了实物粒子也有波粒二象性，认为，提出了实物粒子也有波粒二象性，认为与运动粒子相应的还有一正弦波，两者总保持相同的位相。后来他把这种假与运动粒子相应的还有一正弦波，两者总保持相同的位相。后来他把这种假想的非物质波称为相波。想的非物质波称为相波。第二篇题为第二篇题为光学光学光量子、衍射和干涉光量子、衍射和干涉的论文中，德布罗意提出的论文中，德布罗意提出如下设想：如下设想：“在一定情形中，任一运动质点能够被衍射。穿过一个相当小的在一定情形中，任一运动质点能够被衍射。穿过一个相当小的开孔的电子群会表现出衍射现象。正是在这一方面，有可能寻得我们观点的开孔的电子群会表现出衍射现象。正是在这一方面，有可能寻得我们观点的实验验证。实验验证。”第三篇题为第三篇题为量子气体运动理论以及费马原理量子气体运动理论以及费马原理的论文的论文中他进一步提出，中他进一步提出，“只有满足位相波谐振，才是稳定的轨道只有满足位相波谐振，才是稳定的轨道”。在第二年的博士论文中，他更明确地写下了：在第二年的博士论文中，他更明确地写下了：“谐振条件是谐振条件是 ，即电子轨道的周长是位相波波长的整数倍。，即电子轨道的周长是位相波波长的整数倍。”ln 德布罗意的论文发表后，当时并没有多大反应，一些人认为他的德布罗意的论文发表后，当时并没有多大反应，一些人认为他的想法过于玄妙。后来朗之万将论文寄了一份给爱因斯坦。爱因斯坦向想法过于玄妙。后来朗之万将论文寄了一份给爱因斯坦。爱因斯坦向来欣赏物理学中的对称性，对德布罗意的想法很感兴趣，竭力支持。来欣赏物理学中的对称性，对德布罗意的想法很感兴趣，竭力支持。爱因斯坦在给朗之万的复信中对德布罗意的工作给于很高的评价，声爱因斯坦在给朗之万的复信中对德布罗意的工作给于很高的评价，声称这是称这是“揭开了大幕的一角揭开了大幕的一角”。同年爱因斯坦写信给洛仑兹，详细地。同年爱因斯坦写信给洛仑兹，详细地谈到德布罗意的工作：谈到德布罗意的工作：“我们熟知的我们熟知的M德布罗意的弟弟已经对解释玻德布罗意的弟弟已经对解释玻尔和索末菲的量子规则作了非常有趣的解释。我相信这对于揭示我们尔和索末菲的量子规则作了非常有趣的解释。我相信这对于揭示我们物理学中最难以捉摸的谜，开始露出了一线微弱的光芒。我还发现了物理学中最难以捉摸的谜，开始露出了一线微弱的光芒。我还发现了支持他的解释的一些东西。支持他的解释的一些东西。”3.爱因斯坦的支持爱因斯坦的支持4.两个重要的关系式两个重要的关系式Ehhhpmv方程的意义：方程的意义：方程把粒子性的特征量与波的特征量有机地统一起来，方程把粒子性的特征量与波的特征量有机地统一起来，显示了粒子波粒二象性之间的本质关系。通过方程可实现粒显示了粒子波粒二象性之间的本质关系。通过方程可实现粒子的特征量与波的特征量之间的相互转换。子的特征量与波的特征量之间的相互转换。普朗克常量普朗克常量h成为德布罗意方程是否起实际作用的分水成为德布罗意方程是否起实际作用的分水岭。由于普朗克常量岭。由于普朗克常量h的值很小，与宏观粒子相伴随的物质的值很小，与宏观粒子相伴随的物质波长趋近于零。方程对宏观粒子的运动没有实际意义。波长趋近于零。方程对宏观粒子的运动没有实际意义。1925年，戴维逊年，戴维逊革末用具有一定波长革末用具有一定波长(一一定能量定能量)的电子，垂直地射向金属镍单晶的平面的电子，垂直地射向金属镍单晶的平面上，观察散射电子束的强度与散射角的关系。上，观察散射电子束的强度与散射角的关系。右图中，电子枪右图中，电子枪K发射电子，电子束在晶体发射电子，电子束在晶体表面上被散射，与入射方向成表面上被散射，与入射方向成角的散射电子束，角的散射电子束，被与电流计相连的法拉第圆筒收集。由电流计被与电流计相连的法拉第圆筒收集。由电流计的读数可以测出散射电子束的强度。当的读数可以测出散射电子束的强度。当 角取角取某些特定值时，散射电子束的强度有极大值。某些特定值时，散射电子束的强度有极大值。这与这与X射线的衍射现象相同，从而很好的证明射线的衍射现象相同，从而很好的证明了电子具有波动性。了电子具有波动性。5.德布罗意波的证实德布罗意波的证实戴维逊和汤姆生因发现电子衍射现象而获得戴维逊和汤姆生因发现电子衍射现象而获得1937年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。德布罗意提出的物质波思想是一次伟大的综合。完全对立德布罗意提出的物质波思想是一次伟大的综合。完全对立的波和粒子观念，第一次既互相排斥又彼此协调地贯穿于的波和粒子观念，第一次既互相排斥又彼此协调地贯穿于物理现象之中。物理现象之中。1926年，年，GP汤姆生让电子通过金属箔获得了衍射图样。汤姆生让电子通过金属箔获得了衍射图样。二、电子双缝干涉实验二、电子双缝干涉实验视频：视频：1961年，德国物理学家约恩孙在铜膜上开了缝宽为年，德国物理学家约恩孙在铜膜上开了缝宽为0.3m，缝长为，缝长为50m，相邻缝间距为，相邻缝间距为1m的单缝、双缝、的单缝、双缝、三缝、四缝、五缝做实验。实验中采用三缝、四缝、五缝做实验。实验中采用50kV电压加速电电压加速电子，利用电磁透镜放大在距狭缝子，利用电磁透镜放大在距狭缝35cm处图像。处图像。约恩孙约恩孙1.实验装置实验装置2.实验现象：实验现象：理查德理查德费曼：仔细地思考双缝实验的意义，我们就能够一费曼：仔细地思考双缝实验的意义，我们就能够一点一滴地了解整个量子力学。透过双缝实验，我们可以明点一滴地了解整个量子力学。透过双缝实验，我们可以明了量子世界的真谛。了量子世界的真谛。一种看法是“波由粒子组成”。认为实验中的干涉条纹是组成波的电子之间相互作用的结果。事实证明这种看法是错误的，如在电子双缝干涉实验中减小电流的强度，使电子几乎一个一个地从电子枪射出时，实验发现，当通过的电子数比较少时，照相底片上只是一些无规则的点子，但当时间足够长，收集了大量电子以后，底板上显示了与用强度大的电子流做实验时一样的条纹。这说明电子的波动性并不依赖于大量电子在空间聚集和相互作用，既使单个电子也具有波动性。3.历史上的错误解释历史上的错误解释另一种看法是“粒子由波组成”。把粒子看成是物质波的“波包”。所谓波包是指如图所示那样，其振幅只限于很小的空间范围内出现的波，它是由许多频率连续分布的简谐波合成的。这种观点把一个粒子就看成是一个波包：波包的大小就是粒子的大小。理论证明物质波包必然要扩散，形象地说随着时间的推得粒子将要愈变愈胖”。这与实验事实是矛盾的。4.电子的物质波到底是什么？电子的物质波到底是什么？玻恩：玻恩：单个粒子在空间的位置是不确定的，但有一定的单个粒子在空间的位置是不确定的，但有一定的几率分布，这分布是由物质波的强度决定的，在物质波几率分布，这分布是由物质波的强度决定的，在物质波强度大的地方，粒子出现的几率大。强度大的地方，粒子出现的几率大。薛定谔：薛定谔：可以认为是抹开的电子。可以认为是抹开的电子。费曼：费曼：物体之所以发生干涉，是因为物体从出发点到终物体之所以发生干涉，是因为物体从出发点到终点的路程有无数多条，其中一些路径正好能发生干涉，点的路程有无数多条，其中一些路径正好能发生干涉，而其他不是。由于物质自身的内秉性质，通过对无数多而其他不是。由于物质自身的内秉性质，通过对无数多条可能路径的路径积分，我们可以得到一个结论：条可能路径的路径积分，我们可以得到一个结论：一切一切不合事实不合事实的路径总归是相互抵消的。的路径总归是相互抵消的。在诸多证明实物粒子的波动性的实验中，电子双缝在诸多证明实物粒子的波动性的实验中，电子双缝干涉实验是最本质、最完整的，它被称做是十大干涉实验是最本质、最完整的，它被称做是十大“最美最美丽丽”的物理实验之首的物理实验之首!之所以之所以“美丽美丽”，是因为它利用，是因为它利用当年托马斯当年托马斯杨证明光是一种波的方法证明了电子是一杨证明光是一种波的方法证明了电子是一种具有波的特性的物质，诠释了量子理论中的种具有波的特性的物质，诠释了量子理论中的“几率波几率波”的描述方式，告诉人们应如何放弃经典力学的思维而接的描述方式，告诉人们应如何放弃经典力学的思维而接受量子力学的革命。受量子力学的革命。5.实验的意义实验的意义 具有波粒二象性的物质波概念在理论和实具有波粒二象性的物质波概念在理论和实验上得到证实后，实物粒子的波动性便迅验上得到证实后，实物粒子的波动性便迅速得到广泛的应用。由于电子波长比可见速得到广泛的应用。由于电子波长比可见光波长小光波长小10-310-5数量级，从而可大大提数量级，从而可大大提高显微镜的分辨率。高显微镜的分辨率。1932年德国的鲁斯卡成功制造出第一台电年德国的鲁斯卡成功制造出第一台电子显微镜，电子显微镜的分辨能力可以达子显微镜，电子显微镜的分辨能力可以达到到0.1nm。1981年德国的宾尼西制造出第一台扫描隧年德国的宾尼西制造出第一台扫描隧道显微镜道显微镜(STM)，分辨率可达，分辨率可达 0.01 nm。两人分享了两人分享了1986年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。第一台电子显微镜第一台电子显微镜三、应用三、应用第一台扫描隧道显微镜第一台扫描隧道显微镜2.试计算电子干涉实验中，经试计算电子干涉实验中，经50kV的加速电场后电子束的波长。的加速电场后电子束的波长。四、思考题：四、思考题：1.约恩孙实验时用约恩孙实验时用50 kV电压加速电子束，然后垂直射到双缝上，在电压加速电子束，然后垂直射到双缝上，在与双缝距离约为与双缝距离约为35 cm的屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小。下面的屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小。下面哪些方法一定能使条纹间距变大？（哪些方法一定能使条纹间距变大？（）A降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离B降低加速电子的电压，同时减小双缝间的距离降低加速电子的电压，同时减小双缝间的距离C加大双缝间的距离，同时使屏靠近双缝加大双缝间的距离，同时使屏靠近双缝D减小双缝间的距离，同时使屏远离双缝减小双缝间的距离，同时使屏远离双缝 高中文理贯通教育的思考高中文理贯通教育的思考v1 问题的提出问题的提出v1.1 从一次谈判说起从一次谈判说起v1.2 物理教学的现状物理教学的现状v1.3 物理教学效果物理教学效果v2 解决问题的思路解决问题的思路v2.1 取消文理分科取消文理分科v2.2 改革教材改革教材v2.3 改革课程改革课程v3 我们要进行的研究我们要进行的研究v3.1 总体目标总体目标v3.2 本课程内容介绍本课程内容介绍v3.3 文理贯通教学的实践文理贯通教学的实践谢谢 谢！谢！无无 题题这里有伽利略、牛顿的故事，这里有伽利略、牛顿的故事，这里是童第周、陈中伟的故乡。这里是童第周、陈中伟的故乡。任凭天外题海翻滚着波浪，任凭天外题海翻滚着波浪，银杏树下是孩子们成长的地方。银杏树下是孩子们成长的地方。有谁知道有谁知道效实人这时候的向往？效实人这时候的向往？