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葫芦岛市初中物理教师学科专业素养三级培训模块二 学科知识与技能（三）物理学的进展和前沿葫芦岛市七中 刘杰一、物理学实验的一场革命物理学作为一门科学，它的形成和发展是近四五百年的事，但是物理知识的形成可以追溯到人类文明之初。从早期人类社会的遗迹中，已经出现人类所形成的对物质运动认识具有最初的、不成系统的知识。随着生产的发展，社会的进步，物理知识逐步系统化、科学化，逐渐成为一门精密的科学。物理学研究的物质结构、运动及其规律的普遍性，是各门自然科学的基础，也是各门技术科学的基础。因此，我们不但要知道物理学的今天，也应了解物理学的过去，还要预测物理学发展的将来。搞清一些物理学的概念、定律、理论、研究方法的来龙去脉，提高我们理解物理学的深度和广度，这对从事物理教学更为重要，也才能使我们的教育对象学生更清晰地懂得物理学是如何发展的，物理学是如何探索大自然奥秘的，遇到问题应该怎样考虑去解决它，从而使学生逐步提高认识自然、改造自然的能力。首先,我们来了解一下19世纪20世纪的一场物理学实验上的革命。到十九世纪以后，自然科学在收集大量科学材料的基础上，通过整理，分门别类的研究，使它的各门科学得到发展，物理学也不例外。在伽利略、牛顿建立的经典力学的基础上，物理学的各门学科都得到发展。经过长达百年之久的争辨，对光的本性有了新的认识，光的波动说获得胜利，从而物理光学很快发展。经过好几个国家六七位科学家的努力，建立了能量守恒和转化定律，随之又诞生了热力学第二定律，使热学、分子物理学得到发展。经过奥斯特、法拉第等人的研究，使人们知道电和磁有密切联系，在一定的条件下可以相互转化，使电磁理论更加完善，使一些学者认为电磁理论是无懈可击的。面对物理学取得如此辉煌的成就，不少物理学家除了赞叹，还流露满足的无所作为的情感。著名德国物理学家基尔霍夫曾表示：“物理学将无所作为了，至多只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。”作为二十世纪量子物理学奠基人之一的普朗克曾向他的老师请教，进大学后学什么，是否还学物理学？他的老师挺有把握地表示：物理学将会很快地具备自己终极的稳定形式；虽然在这个或那个角落里，还可能发觉到或消除掉一粒尘土或一个小气泡，但作为整体的体系却足够牢固可靠了。理论物理学已明显地接近几何学100年来已经具有的那种完善程度。在刚刚跨入20世纪的第一天，英国著名的物理学家开尔文勋爵在元旦献词中也曾经说过：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。”与众不同的是他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云。这两朵乌云指什么呢？为什么它们会引起这样著名的物理学家的不安呢？要回答这个问题，我们必须追溯一下历史。物理学进入19世纪80年代以后，与物理学经典理论不断完善的同时，物理学实验上却不断地发现一些重大的实验结果。正是这些重大的实验结果，使已有的物理学理论陷入困境，并显得无能为力。这些实验中间，至少有七个重大发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。首先是1887年赫兹在验证麦克斯韦预言电磁波存在的实验中发现光电效应。德国物理学家赫兹在研究电磁波发射和接收的实验中，当使发生火花的间隙产生的光与接收间隙隔绝时，接收间隙必须缩小，才能使它发生火花。赫兹进一步研究时发现，这一现象中起作用的是光的紫外部分。当这种光射到间隙的负电极时，作用最强，这表明紫外光照射负电极，负电极更容易放电。用其他的光照射时没有这种现象。按照经典理论从金属表面放电的强弱与光的强度有关，而没有提到与光的频率有关。赫兹无法解释这一矛盾，但是他仍以论紫外光对放电现象的效应为题发表自己的研究成果，描述了这一现象，向经典物理学理论发起了挑战。其次是1887年的迈克耳逊莫雷实验。19世纪初，经过托马斯杨和菲涅耳的研究，使光的波动说重新辉煌。但是根据经典力学的观点，认为波的传播必须要有介质。既然光是波，那么它也要通过某种介质才能传播。当时人们普遍认为由以太来传播光，并想利用各种方法检验以太的存在，确定它的属性。到80年代，根据天文学和物理学的知识，科学家们画出这样一幅图景：以太充满整个太阳系，地球在以太的海洋中运动，但又认为地球在这个以太海洋中运动不会扰乱以太原有的分布。基于这一物理图景，人们就希望利用实验测定地球相对于以太运动的速度，这就是我们通常所说的以太漂移速度。美国物理学家迈克耳逊从1880年起研究这个课题。他设计和利用干涉仪来测量以太的漂移，以检验以太的存在。那时他提出一种设想，试图通过比较光在直射时的路径来发现地球相对以太的运动。当时他也意识到保持干涉仪的恒温将是一个主要的困难。后来他和美国化学家莫雷合作，继续研究这个问题。经过几年努力，于1887年12月发表论地球运动和传光的以太的论文，宣布得到否定结论的实验结果，也就是说测量不出以太的漂移速度，由此说明地球和以太之间不存在相对运动。这就是物理学史上有名的“零结果”。这一结果表明，原先人们对光的传播的物理图像是不正确的。这一结果使所有持光是以太中的波动这一观点的物理学家大失所望。他们无法承受严酷的实验事实，也无法解释这一实验结果的真实意义，连迈克耳逊本人也不知道如何来解释这一实验结果。第三个是1895年伦琴发现X射线。19世纪下半叶，不少物理学家对气体的放电做实验和理论研究。从1895年开始，德国物理学家伦琴从事阴极射线管中气体放电的实验研究。同年11月8日傍晚，他照例在做实验，偶然发现一个新的现象：在暗室中做放电实验时，当用黑色硬纸把阴极射线管密包起来放电后,在2米远处放在工作台上的涂有荧光材料铂氰酸钡的屏竟发出微弱的闪光。伦琴对这一偶发事件非常重视，仔细观察、思考后得出初步结论：这种荧光被激发的原因肯定来自阴极射线管，但是直接激发荧光的不可能是阴极射线，因为阴极射线不能透过阴极射线管的玻璃壁。伦琴继续作实验和理论的探索。他推断，当阴极射线撞击管子的玻璃壁时，会不会产生一种不知道的射线，而且可以透过玻璃，穿越2米以上的空气，再撞击在化学药品上，便会激发荧光。在实验中伦琴又发现，当金属厚片放在管子与涂有荧光材料的屏之间时，便会发生投射的阴影，表明这种射线不能穿过金属厚片。平时不透光的、轻的物质（如铝片、木片、纸片等）放在这两者之间时，发现在这种射线的范围内，几乎看不到投射阴影，表明这种射线能穿透这类物质。在实验中又发现，玻璃管内的气体越少，这种射线的贯穿本领越高。由于肌肉对这种射线的吸收比骨骼弱得多，所以有相当“硬度”的这种射线照射时，便会在屏上留下骨骼的阴影。一天晚上伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人。当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象。伦琴又发现，这种射线不表示明显的普通光的特性（如反射、折射、衍射等），所以他误认为所发现的射线与光无关。由于考虑到它的不确定性，所以伦琴把这种射线叫X射线，后人也叫它伦琴射线。经过一个月的研究，1895年12月28日，伦琴在维尔茨堡举行的医学物理学会会议上，宣布了有关X射线的第一篇论文论新的射线。不久，人们把世界上第一只产生这种射线的玻璃管叫伦琴射线管。这一发现纯属偶然，伦琴也认为“是偶然发现射线穿过黑纸的”，但是机遇只偏爱那种有准备的头脑。在前一年，也有一位物理学家在实验中发现过类似的现象，但是那位物理学家没有重视它，认为这是外来的干扰，千方百计想排除这一干扰，结果失去这个能引起重大发现的机会。由于这一重要的贡献，伦琴荣获1901年的诺贝尔物理学奖，成为诺贝尔物理学奖的第一个获得者。第四个是1896年贝克勒尔发现放射性辐射。伦琴的重大发现轰动了整个世界，不但开拓一个新的研究领域，也使不少受震惊的科学家思考这一新的问题。法国物理学家贝克勒尔就是其中之一。在1896年1月下旬举行的法国科学院例会上，贝克勒尔得知伦琴的研究工作，同时彭加勒认为X射线似乎是从阴极对面的有荧光的部分发出的。由此，贝克勒尔想起X射线和荧光之间可能有联系，于是他想用实验验证荧光物质会不会发出X射线。2月下旬，贝克勒尔选用一种铀盐，采用惯常的办法，用黑纸包好这块铀盐，并放在照相底片上，在日光下暴晒一段时间，使铀盐发荧光，然后冲洗照相底片，看看能不能像X射线那样使照相底片感光。实验结果和预料的一样，的确能使照相底片感光。这一结果使贝克勒尔相信，经日光暴晒后的铀盐发出荧光，然后发出有贯穿能力的射线，使照相底片感光。接着他用反射光、折射光做实验，都得到相同的结果。这样，他在1896年2月24日向法国科学院提交题为论磷光辐射的报告，描绘这些实验的结果。在贝克勒尔看来，似乎X射线是由铀盐发荧光时发射出来的。他准备以进一步的实验证实自己的见解，并想在下周的科学例会上再提出报告。但是，碰巧的事发生了。这几天没有太阳光，无法做实验。他只得把黑纸包好的铀盐和照相底片一起放到抽屉里，等太阳光的到来。事过几天，天晴后他想继续做实验。实验之前，认真的贝克勒尔预先检查照相底片，冲洗上面第一张照相底片，发现底片上有非常清晰的铀盐影像轮廓。这一事件使贝克勒尔很惊讶，同时陷入深思。他立即想到，这一次是在黑暗的抽屉里使照相底片感光的，跟日晒、荧光根本无关。于是他推论：照相底片感光的真正原因必定是铀盐发出的一种人们不知道的射线引起的。第二天刚好召开科学院的科学例会，贝克勒尔在会上公布这一重要发现。这种射线当时就被叫做贝克勒尔射线。后来根据居里夫人的建议，凡是具有这种性质的物质统称为放射性物质，这类射线叫做放射性辐射。不久，贝克勒尔又发现，这种铀盐发出的射线不仅能使照相底片感光，还能使气体电离而成导体。他还发现，只要有铀元素，就会产生这种贯穿辐射。事过两个月，贝克勒尔又发现，不发磷光的铀盐也能发出不可见的射线。贝克勒尔的发现与伦琴的发现相比，情景大不相同，没有引起多大的反响，也没有引起人们多大的激动。这一发现在报纸上没有披露，因为人们还在继续热衷于谈论和研究X射线。但是，这种景况并没有削弱贝克勒尔持续不断地深入研究的热情。直到两年后，由于居里夫妇的研究工作和成果，才使放射性的研究发生了一次大的飞跃。这些实验的重要结果使人们困惑，因为旧有的经典理论无法解释。由于贝克勒尔的贡献，他和居里夫妇共获1903年的诺贝尔物理学奖。第五个是1897年约约汤姆逊发现电子。阴极射线发现以后，就其本质问题，也即是以太振动还是粒子流，一直争论不休，直到1897年才告一段落。英国著名物理学家约约汤姆逊从1890年开始就研究气体放电，后来也转到研究阴极射线的性质上来。经过研究，他认为把阴极射线看作是电磁波是没有道理的。但是为了证明阴极射线是粒子流，并确定它的物理性质，约约汤姆逊做了一系列阴极射线的实验。他首先测定阴极射线所带电荷的性质。实验结果表明，阴极射线和负电荷在磁场和电场作用下遵循同样的路径，由此证明阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，从而结束阴极射线性质的长期争论。其次是利用阴极射线在电场中的偏转状况来测定带电粒子的荷质比和速率。根据实验结果测算，估计阴极射线带电粒子的质量还不到氢离子质量的11000。1897年4月30日，汤姆逊在英国皇家研究院报告了这一结果。由此推断，物质内部有比分子小得多的带电粒子。后来人们把阴极射线的带电粒子称作电子。以后，汤姆逊为了证实电子的存在，曾花不少精力，设计许多巧妙的实验，取得令人信服的成果。电子发现并证实之后，便向建筑在经典物理学基础上的物质结构旧观念发起冲击，表明比原子小的粒子是存在的，原子不是最小的客体，指出经典的物质结构理论的局限性。然而汤姆逊1906年获得诺贝尔物理学奖，是表彰他在气体导电方面的理论和实验研究结果，而只字不提他对电子发现所作的贡献。这就表明，科学界中传统的观念是较深的，不少人不容易接收新事物。第六个是1898年居里夫妇发现放射性元素。贝克勒尔发现放射性辐射以后，在这方面的研究工作进展不大，因为科学界对它并不关注。正当他徘徊不前的时候，法国科学家居里夫妇却以极大的热忱，投入放射性研究领域中去，作了开创性的工作。居里夫人根据贝克勒尔的工作引起猜想：既然放射性辐射是由铀原子的性质决定的，那么在自然界中有没有另一些像铀那样有放射性的化学元素呢？通过实验，居里夫人发现，铀的化合物的放射性强度与化合物中铀的含量成正比。于是居里夫人得出结论，放射性是原子的已知特性，放射性是从原子内部产生的。经过对大量实验的分析，居里夫人认为还有放射性强度超过铀的放射性元素。这一想法却遭到一些科学家反对和攻击，但是居里夫人没有动摇，在丈夫的支持下，以沥青铀矿为原料，昼夜不停地提炼这种新元素。经过艰苦的历程，终于在1898年7月18日向法国科学院报告发现新元素，它的放射性强度比铀要高出400倍。居里夫人把这元素取名为钋，以纪念自己的祖国波兰。其实，居里夫妇发现的钋元素的放射性还不够强，他们又寻求放射性更强的化学元素。居里夫妇用钡作载体进行浓缩，又得到能产生放射性的极少量的钡的化合物，它的放射性比铀大900倍。但是钡和它的化合物通常都是没有放射性的。通过其他科学家的协助，对该化合物进行光谱分析，发现一种新的射线，它不属于任何一种已知的化学元素。实验表明，这种元素的放射性比钋强，而化学性质像钋。同年圣诞节后的一天，他们向法国科学院宣布发现第二个新元素镭。在短短几个月内接连发现钋和镭，这是一个了不起的功绩。但是钋和镭是不可直接捉摸的，不少化学家还半信半疑，要求拿出纯镭的实物。这一要求激励居里夫妇继续努力，奋斗了三年半，从几吨的矿物残渣中提炼出0.12克纯氯化镭，并测得镭的原子量是225，它的放射性比铀强千万倍。又花了三年时间，金属纯镭提炼成功。这样，化学家们确定无疑了。这一重要发现同样证明，化学元素是要蜕变的，而原子不是不可分的，它会放射更小的粒子而改变自己的性质，这些发现再次说明经典的物质结构理论有它的局限性。也由于这些发现，居里夫妇和贝克勒尔在共获1903年的诺贝尔物理学奖以外，1911年居里夫人又一次获得诺贝尔化学奖。第七个是19世纪末的黑体辐射实验。由于人工照明技术的发展，从1895年开始，德国物理学家普朗克就研究热辐射谱中的能量分布问题。热辐射就是物体因自身的温度，而以电磁波的形式向外辐射能量的一种现象。热辐射的辐射能量按波长的分布情况是随温度而变化的。温度较低时主要发出不可见光的红外辐射，在500C以至更高温度时发出较强的可见光以至紫外辐射。为了搞清不同温度范围内物体热辐射的波长分布的情况，包括普朗克在内的不少物理学家开始研究黑体辐射问题。黑体是能全部吸收外来辐射而毫无反射和透射的理想物体。不存在真正的黑体，但是开有小孔的密封腔体可以近似地看成黑体。通过一系列实验，普朗克发现黑体辐射谱中的能量分布的实验结果与经典理论形成尖锐的矛盾。普朗克非常重视这一矛盾，研究了几年，最后在1900年12月14日向德国物理学会提交了“谈谈正常光谱能量分布定律的理论”的论文，首先抛弃经典物理学特有的两条原则：从一个状态过渡到另一个状态必须是连续的原则，吸收和释放能量必须是连续的原则，提出量子的观念，从而宣布量子物理学的诞生。虽然普朗克还没有完全弄明白，在以后十年的研究中形成徘徊甚至倒退的局面，但是他还是首先提出这一理论，解释黑体辐射能量谱，向经典理论挑战，推动了物理学的发展。为此，普朗克获得1918年的诺贝尔物理学奖。除上述7个实验以外，当然还有其他的实验发现。这些实验结果，经典物理学理论根本无法解释。由此可以显见，为什么开尔文勋爵在赞叹经典物理学的伟大成就时，同时也敏锐地觉察有两朵乌云，这两朵乌云就是指迈克耳逊莫雷实验和黑体辐射实验。其实，历史表明，这并不是什么乌云而是一个发展的前奏。当物理学进入20世纪后，就诞生了量子论和相对论，开创了现代物理学。由此可清楚地看到，19世纪和20世纪之交的这场物理学实验上的革命，推动了物理学发展，为现代物理学和现代自然科学的诞生起了催生作用。这也告诉我们，终极真理的观念、无所作为的观念都是不对的，都是不符合千万年的自然史和百年自然科学史的史实的。20世纪物理学发展的史实表明，物理学作为一门基础科学其发展是迅速的，发展的面是宽广的，除了量子物理学、相对论、物质结构理论三大分支学科发展以外，物理学的各个分支学科也得到发展，有的向理论深度拓展，有的则向应用方面进军。它们涉及的面很宽，内容非常丰富，我们只选择其中与中学物理教学关系较密切的加以介绍。二、古老声学焕发青春（一）声信号识别技术方面的应用1、语音信号的传输在通讯系统中抑制声信号或人为制造干扰信号都有重要的实用价值。在通讯系统中有时人为地输入随机噪声信号，使语音信号完全被掩盖，从而使旁人无法窃听。由于这种干扰信号是自己制造和掌握的，在接收端只要输入一个复制的反向信号，就可把干扰滤除而使声信号复原以实现保密通讯。这类干扰信号是人为的并可随意更换，旁人无法破译，因此有很高的保密度。语音信号中有很多信息量，保证语音能够正确识别，实际上不需要这么多信息。例如可把通讯的时间细分，即在时域内把语音信号切成许多片段，只要选取其中足够多、足够密的片段，就能满足通讯要求。这种时域处理手法类似于电视机屏幕上有足够密的“行”，每“行”有足够多的“点”，就能形成清晰的画面。这样，就可以实现“一线多用”，即在一根电缆上“同时”让多个用户通话。所谓“同时”使用，实际上是让各用户快速轮流使用，即用自动切换机，分别让各用户在总的时间片段中，接通若干分之一的片段。2、语音的识别和合成不同人所发出的同一语音各有差异，也有共同性。从差异性考虑，个人所发的语音有自己的特征，叫做声纹，类似于个人都有自己独特的指纹。语音识别的研究内容之一就是确定声纹由哪些主要参数来反映，这方面的研究有重要的实际意义。例如要确定一段录音带的讲话人，声纹分析可以提供有力的旁证。尽管讲话人可能故意怪声怪气地讲，但其中一些反映他特征的发音却是不变的。从共同性考虑，同一语音应该是确定的，尽管不同人所发的语音在频率、强度、频谱以及节奏等许多方面存在差别。语音识别的另一重要研究内容就是“求同存异”，使语音规范有所突破。语音识别装置已进入实用的领域。如在电话机上安装语音识别装置并预先按通话对方名字存储相应的电话号码，当用户通话时，只要喊出对方名字就可以拨通电话。直接用语音向设备输入指令，具有非常重要的应用前景。由于近代信息处理技术的进步，设备越来越微型化，用键盘输入指令将越来越不方便。例如，能放在手掌心的电子设备，用手指按键盘已显得笨拙，用语音喊口令输入是最合理的发展方向。（二）声学处理方面的应用利用声波的能量作用于媒质，改变媒质的性质或状态，这种技术叫做声学处理技术。两种不易混合的液体，利用强烈的声振动能量使液体颗粒粉碎，形成均匀混合的悬浮液，这种技术叫做乳化。水和油的乳化液往往比纯粹的水或油有更好的性能。清洗机械部件时，在清洗槽内施加超声波，能提高清洗效果，把零部件的空穴或缝隙内的污垢清洗掉。把声振动的能量会聚在局部区域内，可以使两个零部件接触表明加热熔化而凝聚在一起。超声焊接工艺就是根据这一原理设计的。与此类似，使刀具作超声振动，可以对硬质材料进行钻孔，切割等加工。在声波的作用下会加强媒质的扩散、传热、化学反应等效应。例如在脉冲燃烧器中，煤气的燃烧效率明显提高，热交换器中的传热系数增大使脉冲燃烧器成为一种新颖的高效发热装置。在锅炉炉膛内施加声波，可以改善燃烧状态，防止炉渣结块。此外，在化学反应容器中施加适当频率的声波，可以强化定向反应。在黄酒中施加声波可以使酒加速醇化。研究声波对生物的作用有重要的科学意义和实用价值。作物的种子经超声处理后可以提高发芽率。中草药材经超声处理后可以缩短成长期。声学处理在医学上也有重要的应用。例如，振动按摩器对加强血液循环、恢复局部组织的疲劳有一定的疗效。超声热疗法对治疗脑血栓等疾病有较好的效果。把强烈的声脉冲聚焦到很小的局域内，就能粉碎人体脏器内生成的结石。由于超声能有效控制在人体内深部加热，并能精确定位控制温度,目前被公认是治疗癌症等顽疾很有希望的途径之一。(三)声环境改善方面的进展建筑声学是研究建筑环境中有关声学的分支学科，主要目的在于创造符合人们听觉要求的声环境。大型厅堂在进行声学设计时，要注意选择厅堂的容积，在厅内设置适当的吸声面和生扩散体，使厅内各处的声场比较均匀，并有适中的混响时间，获得良好的听音效果。忽视声学设计，会使声环境变得很糟糕，例如，大食堂兼做大礼堂，为了改善听音效果，盲目地在食堂各处放置多个扬声器结果适得其反，声音相互干扰，听起来很响，但是仍然听不清。又如人们在大太大的房间内常常喜欢把扩音机的低音开的很足，震耳欲聋，混响严重，听音效果极差。上述做法只能造成强烈的感官刺激，根本谈不上音乐欣赏。不少卡拉OK场所也常犯这一类毛病。三、微波的研究、开发及应用微波研究主要是探究这一波段电磁波的产生、放大、发射、接收、传输、控制和测量等方法。微波作为一门学科，包括电磁波理论和微波技术两部分，是一门以电磁场理论为基础的技术科学。理论和实践密切结合，相互推动。同时，微波技术的应用面非常广泛，跟许多学科和工程技术相互交叉、相互渗透，综合性强。1、 雷达利用电磁波发现目标和测量目标的距离，这是雷达最基本的功能。可以说雷达是电磁波，特别是微波研究、开发和应用最成功的例子。各种雷达的工作性能不完全相同，但是都由发射机、接收机和天线三大部分组成。雷达是靠天线辐射的电磁波来发现、探测和跟踪目标的。一般雷达依靠机械带动天线作周期的扫描运动，这种机械方式扫描慢，有惯性。随着超音速飞机、洲际导弹及多弹头导弹等高速飞行器的出现，机械扫描无法跟踪。近年来，出现把天线辐射波束用电脑进行电控扫描的相控阵雷达。这种雷达目标容量大，数据率高，灵活性强，可靠性好。随着微波电路的集成化和固态化，近年来又出现小型化的相控阵雷达。雷达担负预警、侦查、导航、火控、制导以及气象探测等多种任务，是海、陆、空军武器系统中不可缺少的组成部分，雷达在现代武器系统中的作用越来越重要了。正因为这样，雷达也成为敌对双方相互攻击的首要目标。在雷达和反雷达的对抗中，雷达所受的威胁来自电子抗扰、低空超低空入侵、反辐射武器攻击和电磁隐身目标等四大方面。在目标的预警和侦查方面，当前的军用雷达重点是加强探测低空和超低空入侵目标。利用气球装载的雷达，在海湾战争中使科威特及时发现伊拉克的入侵，为王室人员的逃亡争取到宝贵的时间。架设在高山并向下俯视的雷达也有了发展。军用雷达上采用的许多高新技术正在逐步转化到民用雷达上，例如在航天、航海、航空中和地面交通管制，气象预报以及地质勘测等许多方面，甚至已经应用到公路上测量汽车的车速、汽车避撞装置、自动门、防盗报警等日常生活中。2、微波通信利用微波进行通信的方式很多，主要有微波中继通信、微波卫星通信、移动通信和个人通信。其中卫星通信不受地理条件的限制，组网灵活迅速，通信容量大，费用省。采用数字通信技术后，还可以大大提高通信效率和通信质量。现代的通信卫星已发展到第六代，一颗卫星上有几十个转发器，可以同时传送几万路电话和几十路电视。全世界已有166个国家和地区共建立887个地球站。通过国际通信卫星，已组成一个全球通信网。卫星通信使人类的通信事业进入一个新阶段。利用高频无线电波在移动体之间或移动体和固定体之间进行信息传输和交换，这种通信方式叫移动通信。它是当前发展最快的微波通信之一。21世纪是个人通信的时代，人们正在设想和逐步实现任何人在任何时间任何地方以任何形式跟任何人通信，即所谓“5W”。个人全球通信是由无绳电话、无线寻呼电话、蜂窝移动电话系统等多种通信方式综合发展而成的。3、 微波遥感遥感技术不接触物体而感知物体的性质，因为电磁波能作为物体信息的载体。人们眼睛能看到五光十色的周围物体，主要是眼睛能感受物体表面反射和散射的可见光电磁波信息。现代遥感技术是通过架设在遥感平台上的遥感器（例如光学照相机、电子摄像机、红外扫描仪、微波辐射计、微波成像雷达等）收集和记录地球表面各种目标物体的辐射、反射和散射的电磁波，再根据这些遥感信息，按已经建立和掌握的目标物体的电磁波谱特性，进行整理、分类、比较和处理，从中提取需求的信息和数据，最后达到大面积迅速地感知地表目标物体的位置、状态和性质。因此，遥感就是掌握和运用目标物体辐射、反射和散射电磁波的科学规律，来识别目标物体的存在、状态和性质。可见光遥感的最大优点是图象清晰，容易判读。但是在夜晚，可见光遥感就很困难。红外遥感器可以获得很清晰的热像图，在军事侦察上可以用来发现伪装物下面坦克发动机，还可用于森林防火监测，地下水的探测等。但是红外线还是要被大气云层、雨、雾等吸收，受日照和气候的严重影响。而微波遥感具有全天候，全天时的优越性。微波具有一定的穿透能力，能穿透植被和地面表层，能提供更多的有用的遥感信息。4、 微波能的应用微波不仅能用作信号，还能用做新的电磁能量。微波跟物质作用时有热效应、生物效应和化学效应。为了防止微波加热时对通信、电视等的干扰，国际上对微波能应用的频率作了规定。目前我国微波能应用的频率主要是915兆赫2450兆赫。通常介质材料分两大类，一类能吸收微波能量，使物体的温度明显地升高。另一类不吸收微波能量，对微波是透明的。不同材料吸收微波的强度也不尽相同。水吸收微波的能力很强，因此潮湿的或含水的物体都能吸收微波。当水结冰后，吸收微波的能力大大下降。这说明同一材料在不同状态下吸收微波的能力是不同的。二次大战结束以后，雷达技术需要从军事应用转向民用。美国一位雷达工程师发现，雷达发射的微波能用于食物加热。他研制成一种利用雷达用的磁控管加热食物的炉子，当时叫雷达炉。后来经过不断改进，成为现在的家用微波炉。为了防止微波炉在工作时微波泄露，在炉门上装了安全开关，只要炉门没有关上，磁控管电源呈开路状态，不会产生微波。还根据微波原理在炉门上设计一种特殊的扼流装置，抑制微波从炉门边框处的泄露。这种扼制装置能保证炉门开关10万次以上，仍能使微波的泄露处于极安全的范围内。家用微波炉已成为安全可靠、价格合理的民用产品。微波也能使生物体的温度升高。经过各种实验研究表明，微波对生物体有一种生物效应。从实际效果来看，微波对人体作用时，如果微波功率不很强，照射时间又不很长，微波能促进血液循环，加快新陈代谢，因此可以治疗多种疾病，这就是微波热疗，微波还可以用于治疗癌症等。因为微波能穿透皮肤的脂肪层，深入肌肉内部若干厘米，甚至达到骨骼部位，可以增加组织中白血球和抗体的浓度，因此对关节炎、纤维组织炎症、组织扭伤等有辅助疗效。在一定功率的微波作用下，可以使血液凝固，阻止出血，对快速治疗痔疮出血取得良好疗效。但是如果微波照射到人体的功率很强，照射的时间相当长，那么微波对人体的不同部位将引起不同的反映，局部会造成过热现象，使人体一些敏感的器官造成伤害，引起某些疾病。葫芦岛市七中 刘杰2020年3月14日模块四 课堂教学专题研究之三 有效教学自主、合作、探究、建构初中物理课堂教学“有效性”探讨专题一：对“有效教学”概念的理解和认识一、目前教学中普遍存在的共性问题教学改革是课程改革系统工程中的一个重要组成部分，是课程改革的的重要内容，是决定课程改革是否成功的关键。如果说课改之处，课程计划的制定、课程标准的研制、学科教材的编写出版等是课程改革初期的攻坚阶段，那么课堂教学改革则是课程改革进入相持期的持久战。在我们目前的学校教学中，虽然新的课程标准、新的教材、新的教学理念等为学校的教育带来许多崭新的变化，但旧的矛盾和问题（追求升学率、片面注重知识的传授等）依然存在，新课程对教师教学行为的要求和升学考试制度改革的不到位（如强调科学探究的新的理念、强调课堂的互动、强调情景创设等的同时又不敢放松知识技能训练的强度、既理念和操作两层皮）导致教师的教学行为更加复杂化（新旧叠加的效应，两手都要抓，公开课、有人听课一样，常态教学另一样）；由于评价制度改革的滞后（中考没能完全改变一考定终身、对于学生发展性评价缺位、导致学生死记硬背的试题没能根本杜绝、情境性试题和联系实际试题与学生生活实际脱节等）造成学生学习负担不仅没能减轻，反而有所加重（现象是学生参与课外补习的越来越多）。这些都导致了目前的初中教学的一个非常突出的问题，那就是：教师很辛苦，学生很痛苦，而我们的学生却没有得到应有的发展，既教学效益没有达到应有的程度。这是基础教育课程改革走到今天所必须面对的一个问题。那么，解决问题的方法就是如何使得我们的教师树立有效教学的理念，掌握有效教学的策略或技术。否则，我们即使有理想的课程计划、课程标准和教科书，没有高效的教学形态使其落实，其结果也只能是纸上谈兵。因此，在课程改革持续深入的过程中，讨论有效教学的理念，研究和掌握有效教学的策略，就显得十分必要。二、有效教学理念被重新重视“重新”有三层含义：其一，自有教学起，有效就是被追求的目标；其二，由于历史发展的制约，教学总是或多或少存在无效和低效现象；其三，社会上较长时间对“有效性”的曲解（以成绩好坏论有效）重视，是因为很多人逐渐认识到：但就考试成绩这一目标追求，过程正确的、好的，结果应当会好；但过程不正确、不好的，其结果也可以好，但付出的是学生过量的投入和没有得到应有的全面发展的代价。所以，重新认识“有效性”仍然要排除“片面追求升学率”的干扰，必须认清教学中存在的无效和低效的现象。树立这样一种认识：在实际教学中，不管教师教得多么卖力、多么认真、多么精彩、多么生动、多么辛苦，若是不关注学生是否愿学，是否学会，或者是什么其他的原因，导致学生没有取得“预期的应有的进步和发展”，这样的的教学就应是无效教学或低效教学。这也是有效教学的最主要特征。教学有效性的追求，要求教师必须树立“一切为了学生的发展”的思想。这种发展是“全人”的发展，而不是某一方面（如智育）或知识的某一方面的发展。教学中的“低效“和”无效“现象举例：1. 虽然教学中重视了科学探究，但许多知识停留在“形式”层面；对学生科学提出问题能力的培养不到位学生猜想假设缺乏依据给学生设计实验的时间不充分进行实验缺少规范操作的训练分析论证能力培养没有得到应有的重视评估、交流、反思，只是个别学生的独角戏教师很少能为学生提供有价值的探究主题。2. 合作学习、小组讨论“走形式”， 没能真正使学生进行“自主学习、合作学习和探究学习”教学中经常会有这样的现象，教师提出一个问题后让学生分组（同桌或前后座）讨论1分钟（或2分钟），没有给学生深入思考的时间和充分交流的机会，因而教师提出的问题一般都是无需讨论就能得到结论的问题。学生的主体地位仍然是在回答“是”与“不是”这样无价值的对话中来体现。这样的课堂往往表现为“散乱的活跃”，其特征是：表面自主，无效合作，随意探究，滥用表扬，盲目综合，无度开放等等。学生活动量虽然大了，但思维含量少了。显然，这样的教学行为是无效或低效的。形式化最直接的原因在于教师尚未真正落实新课程理念，没能真正使学生进行“自主学习、合作学习和探究学习”3. 大题量重复性的机械训练仍然在较大层面存在，负担重现象没能根本解决；学生练得虽然多，但缺乏对知识的建构过程，导致学习缺乏深度，知识基础削弱，（缺乏有针对性的训练，教师只是发纸片或指定几本练习册让学生做，很少为学生精选有针对性分层次的练习题；为增强得分率的大题量重复训练，直到学生够达到条件反射式的效果；）4. 教学行为的强制性，讲解过度，指导过度，表现为教师凭着社会赋予的及与职业本身所具有的权力，凌驾于学生之上，一切“教师说了算”，“我教你学什么，你就得学什么”，完全不考虑学生的实际需要，讲解过度，指导过度，包办代替，课堂交往和有效互动建立不起来。在“教师、教材、学生“课堂教学三要素中，教师和教材依然处于中心位置，教学依然是 “刺激”与“强化反应”之间的简单关联。教师教学的“对象服务”意识不强，教学中仍然习惯于“唱独脚戏”，没有真正认识到“离开了学，也就无所谓教”。5. 随意性教学行为：备课“备学生”不到位，不能做到以学定教一些教师缺乏应有的教学效率效益观念，一味强调刻苦用功和增加学习时间，教学中存在着只问产出、不问投入的偏误，从而使许多学生的学习处于投入大、负担重、效率低、质量差的被动境地。课前备课“备学生”不到位，在课堂上教学一刀切，不能做到以学定教，教学与学情脱离。6. 偏失性教学行为：片面强调物理知识的传授忽视物理科学方法的培养的现象没能根本改善，教师教学过程中因片面关注某一方面而忽视另一方面，教学目标设计陈述模糊、笼统、片面，“三维”目标不能有机得到整合。有些教师仍然认为教学的中心的或唯一的目标是完成认知性任务，片面强调物理知识的传授忽视物理科学方法的培养的现象没能根本改善，忽视了教学过程中“人”的因素，致使教学效益不高。【注：过多关注陈述性知识、忽视程序性知识和操作性知识的教学】7. 偏见性教学行为：只关注部分学生，忽视大面积提高教学质量教师根据自己的主观经验或特定价值的满足状况，对学生采取不同的对待方式，倾向某些人而冷漠另一些人。如在课堂提问时，教师给优生、“后进生”以不同的带有偏见性的答问机会与反馈评价。不能有效关注影响大面积提高学习成绩的“木桶效应”8. 管理意思差或管理能力不高，班级管理混乱，不能有效调动学生学习积极性和形成学习动机，使得部分学生厌学以致弃学。9. 情境创设过度、联系生活实际过度表现为情境与物理教学内容的内在联系不紧密，问题指向不明确带来学生思维的混论，忽略了生活实际不等于学生的生活实际这一核心要素，如这样一个试题“探究分析橡皮筋的弹力是分子间的引力还是斥力？”）以上这些教学行为导致教学有效性受到影响，这就使得教育工作者认识到提高教学效率和效益的必要性，“有效教学”理念逐渐又被重视。实际上，追求教学的高效益，一直没有被教育工作者淡忘，无论是布鲁姆的目标教学、巴班斯基的教学最优化、卢仲衡的自学辅导教学模式、及现在受到普遍研究的建构主义教学理论，其核心追求都是教学的有效性问题。三、怎样理解有效教学“有效”是一个相对的概念，与其对立的是“低效”和“无效”。在网上搜遍“有效教学”得到的只是一种认识上的理念，而很难给出概念性的定义。普遍的观点就是：“有效教学：就是在符合时代对教育的要求和满足学生个体积极的知识建构的前提下，其效率在一定时间和空间范围内，不低于平均水平要求的教学”。因此，可以从学生的学和教师的教两个侧面来理解有效教学：所谓“有效”，主要是对于“学生学的效果”的评价，是指通过教师在一段时间的教学后，学生所获得的具体进步或发展。教学有没有效益，并不是指教师有没有教完应教的教学内容或教的认不认真，而是指学生有没有学到应学的学习内容或学生学的好不好。如果学生不想学或者学了没有收获，即使教师教得再辛苦也那也是无效的教学。同样，如果学生学得很辛苦，但没有得到应有的发展，也是无效的；或学生虽然得到一定的发展，但学的很辛苦那也不能算作有效，最多也只能算作低效教学。因此，学生在教学中有无进步和发展是教学是否具有有效性的唯一指标。（这段文字出现在无数篇文章之中，没有查到谁是最先说的，百度引用的是钟启泉）有效教学的目标就是要实现学生的有效学习、发展学生的创新思维。实践表明：探究性的、自主性的、合作性的学习对发展学生的创新思维很有效果。因此，有效教学的着力点就应当落实在促进学生自主的、探索性的、合作的学习方面。既然有效教学的着眼点落在学生的发展上，那么考虑有效教学就必然无法回避学生的有效学习。余文森在论述相关问题时，对学生有效学习在效率、效果和效益方面做了如下的描述：学习效率是“指学习特定内容所花费的时间，即学习速度的快慢，显然，学习速度快，学习特定内容所花费的时间就少，效率也就高。节约学习时间，提高学习效率，首先要求把时间用在学习上，课堂教学不能把时间浪费在非学习上；第二要提高单位时间的学习质量。”学习效果是“指学生经过学习所发生的变化、获得的进步和取得的成绩。这是有效性的核心指标，也是我们平常所说的有效性，每节课都应该让学生实实在在的感觉到学习的收获，它表现为：从不懂到懂，从少知到多知，从不会到会，从不能到能的变化和提高。学习结果不仅表现在双基上，而且表现在智能上，特别是学习方法的掌握以及思维方式的发展。”学习效益是“指学生的学习感受，即学习活动所伴随或发生的心理体验。这是被传统教学所忽视的考量有效性的一个维度。孔子说过：知之者莫如好之者，好之者莫如乐之者。教学过程应该成为学生一种愉悦的情绪活动和积极的情感体验，学生在课堂上是兴高采烈还是冷漠呆滞，是其乐融融还是愁眉苦脸？伴随着学科知识的获得，学生对学科学习的态度是越来越积极还是越来越消极？学生对学科学习的信心是越来越强还是越来越弱？这就是我们所强调的学习体验，它是有效性的灵魂，学生越来越爱学习是学习有效性的内在保证。”所谓教学，是指教师引起、维持和促进学生学习的所有行为。那么，教师在操作层面应当包括动机、目标和教学方式三个主要方面：一是引发学生的学习意向。即通过激发学生的学习动机，使教学在学生“想学”的心理基础上展开（周易蒙卦：“匪我求蒙童。蒙童求我，志应也”）。二是明确学生所要达到的目标。即要让学生知道“学什么”和“学到什么程度”。学生只有知道自己要“学什么”和“学到什么程度”，才会有意识地主动参与。三是采用学生易于理解和接受的方式，为学而教。教学语言要简约纯净，能让学生听清楚、听明白；教学手段要先进，能让学生易理解、易接受；教学方法要灵活，能让学生学得深、学得透。教师的教学如果不能做到这些，即使教得再辛苦，也不能称之为真正的教学。通过以上分析，我们似乎可以这样来定义有效教学：“教学的有效性是指通过课堂教学使学生获得应有的发展” 。这里所说学生的发展，其狭义应当符合“课程标准”的要求，既“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三个维度的整体的全面的发展；其广义就是符合联合国教科文组织在千年发展目标中所提出的“四个学会学会学习、学会做事、学会合作、学会生存”。为此，我们可以把学校的教学活动促进学生发展与经济生活中的企业发展做比较：讲求时间（效率）对于企业（生产进度），对于学校（有学习的速度）；追求效益（效果）对于企业（讲求利润），对于学校（有学习的成绩）；注重发展（效益）对于企业（保障安全），对于学校（学生苦乐感受）。对于企业发展而言，进度、利润和安全是三个必要的考核指标；对于课堂教学的有效性而言，学习效率、学习效果和学习效益（学生的苦乐感受）是三个必要的考核指标。所以，课堂教学是一种“追求效率、讲求效果、强调效益（注重发展）”的一种有计划的师生活动，这种情形非常相似于企业的生产活动。与我们的经济生活中所倡导的“可持续发展、绿色GDP”的理念相似，我们的学校教育在培养人才方面也应注重“可持续发展”，我们的课堂教学也应当是“绿色的课堂（充满生命活力、师生心情愉悦）”因此，对于有效教学可以从“三有论”层面进行理解，既：有效率（既学习速度，与学习时间投入的多少和学习内容的多少有关。提高学习效率，首先要求把时间用在学习上，课堂教学不能把时间浪费在非学习上；第二要提高单位时间的学习质量。） 有效果（既学习收获，与学生经过学习后所发生的变化、获得的进步和取得的成绩等表现有关。）有效益（既教学的时代价值取向和学生的身心感受，与学生在学习中的情感体验主动、积极、愉快有关；与学生的发展人性、尊严、潜能有关。）这里想重点说明一个问题，既“有效性“的评价标准是”学生的发展，这是指“全人”的发展，而不仅仅是知识的获得。因而，决不能单凭“中考成绩”来衡量教学的有效性。因为在人的发展最为核心的要素方面，考试的效度和信度是有限的。就一般的纸笔测试而言，情感态度价值观无法考，科学探究能力很难考，但教师的责任应当是：即便不考和难考，也不能放松对学生科学素养和科学方法的培养，不能放松对学生情感态度价值观的熏陶，因为这是教育赋给教学的责任。专题二：有效教学所应追求的课堂教学形态经济的有效发展，关键是解放生产力；教学的有效追求，关键是解放学生，使学生由被动学习的状态下解放出来，以学生自身的主观能动性来促进学生自身的发展。既“转变以教师的教为主的课堂教学形态”实现“以学生的学为主的课堂学习状态”。对于“重视教师教，忽视学生学”这一现象在教学中没能根本转变的现状，在肖成全著：有效教学 P1有所解释。针对（肖成全：有效教学 P1）的图示，可以从某种教学理论加以解释。有理论研究（记不清出处）认为：提高学习效果的最佳途径是师生一对一的教学，但这带来的是“低效率”，在现实中是很难实现的，因而可以求得一种转化的替代方式，就是使每一位学生都成为自己的老师这就是自主学习的基础；然而当学生学习遇到阻力而需要帮助时，这种方式就显得无能为力，需要有一个支持系统，于是另一种方式1+1或1+N同伴互助和小组合作学习就会收到较好的效果。因而，教学有效性的基础应当是为学生创造“自主学习和合作学习”的教学环境。也就是让学生由被动学习转化为主动学习，既“我的学习我做主”。对物理学习而言，学生对物理知识的获得基本有两个途径：教师的讲授和自主探究。从知识（指陈述性知识）获得来看，二者都可以达到应有的目标；但从知识的意义建构来看，自主探究可以使学生主动发现问题，进而引发与原有知识结构的认知冲突，通过分析论证等思维活动来实现“知识的同化和顺应”进而构造出新的知识结构意义建构。因此，就能力培养而言，单纯的“讲授接受”式教学是做不到的。例如“牛顿第一定律”的教学，可以有如下两种方式的教学：案例1：牛顿第一定律的两种教学方式传统教学模式科学探究模式教师提出问题：如果物体不受力的作用，将会发生什么情况？用生活现象让学生进入物理世界列举现象并充分利用他们的前概念：有力才有运动教师演示实验：让学生观察小车从斜面顶端滑下时，在不同的平面（木板、棉布、毛巾）上前进的距离介绍亚里士多德和伽利略的观点，让学生针对两种观点进行讨论，引发学生的认知冲突教师引导学生分析：小车在平面上运动的距离与平面上物体有关，摩擦力越大，距离越短探究牛顿第一定律：学生通过分组实验，论证和分析出理想的牛顿第一定律，认识“控制变量法”和“推理法”介绍伽利略的推理方法和得出的结论，突出“理想化实验”和“推理方法”发现、表述、交流“牛顿第一定律”，用理想的牛顿第一定律分析生活中的现象（应用）教师反复几次讲述牛顿第一定律，让学生读几遍，最后再总结一下课程标准对于本节在“知识与技能”上的要求是“能表述牛顿第一定律”，而科学探究对于本节的要求则是让学生学会“分析与论证”的技能，通过收集实验数据进行比较，通过因果推理得出结论，从物理现象的共同特征中归纳出科学规律，并对探究结果进行解释。对比发现：两种方式都能实现对于陈述性知识：牛顿第一定律的掌握，而且前者可能效果会更好一些，因为反复复述的机械记忆可以产生较好的“短期记忆”。但对于“程序性知识和操作性知识”的掌握，后者要优于前者。但由于“操作性知识和程序性知识”在目前的中考中难于考查，因而对有效性考量的尺度就成为教师选择教学方式的功利因素和放弃是否有利于学生发展的考虑。上面这两种教学方式表现为两种不同的学习过程：前者中学习者无须作出任何独立的发现，只需要把已有定论形式的学习内容加以内化，存储在记忆中即可，这就是接受式学习；而在后者中，学习者必须进行独立的或有指导的发现，然后把内容纳入认知结构中的适当的位置，这就是发现学习。从两种学习在认知活动中的不同作用来看，大量的教材知识主要通过接受学习获得的，而各种问题的解决则主要通过发现学习来实现的。两种学习方式在现阶段都有其各自的价值。如果从学习者的远期效果看，接受学习带来的记忆应是短期的，发现学习带来的记忆是长久的，只有学生通过自己的探索发现获得的知识才会是终生难忘的。因此，我们不可能把所有的知识都拿来让学生去发现，但也更不能用传授的方式向学生灌输所有的知识。实际上，课程标准已经为有效教学的实施提供了教学的方向，如“物理标准”中有这样的文字描述：“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意思。改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡多样化的教学方式”；“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神”。认真解读上面的文字，可以发现，新课程提倡的课堂教学形态应当是：自主的、合作的、探究的、生成的（还有对话的、民主的、开放的、创新的等等）。因此，从最朴素的层面来看待教学“有效性”问题，似乎又变得很简单，那就是严格按照课程标准施教。（狭缝中的教师生存状态）“有效教学”的课堂形态之一：努力为学生自主学习创造条件，逐渐培养学生自主学习能力。（既“自主性”的课堂）丘吉尔曾说：我常常都预备要学习，但我不愿常常被教。求学并不一定要靠教师，就像大部分的学前儿童早已学会不少事情。事实上我们一生所领略的，大部份是自学来的，而这些自学所得来的知识，通常也是可以维持最久的知识。 （摘于网上）之所以没有采用“自主学习的课堂形态”，是因为从完全意义的“自主学习”来看，它与“课堂教学”的概念是相悖的，因此很难把“自主学习”和“课堂教学（封闭的、单一的、模式的、静态的）”组合成“自主学习的课堂教学”这样的概念（见“自主学习”介绍）。因此，在不能根本改变“现有课堂教学“状况的情况下，我们提倡的是“在课堂教学中，尽可能创造条件，为学生自主学习创造更多的机会，逐渐培养学生自主学习的能力。”“自主学习”的定义：很多研究者认为自主学习有以下三方面的含义：第一，自主学习是由学习者的态度、能力和学习策略等因素综合而成的一种主导学习的内在机制。也就是学习者指导和控制自己学习的能力，比如制订学习目标的能力、针对不同学习任务选择不同学习方法和学习活动的能力、对学习过程进行监控的能力、对学习结果进行评估的能力等。第二，自主学习指学习者对自己的学习目标、学习内容、学习方法以及使用的学习材料的控制权。通俗地讲，就是学习者在以上这些方面进行自由选择的程度。从另外一个角度讲，就是教育机制（教育行政部门、教学计划、学校、教师、教科书）给予学习者的自主程度，或者是对学习者自由选择的宽容度。从教育实践角度来说，培养自主学习就是在一定的教育机制中提供自主学习的空间以及协调自主学习与总体教育目标的关系。第三，自主学习是一种学习模式，即学习者在总体教学目标的宏观调控下，在教师的指导下，根据自身条件和需要制订并完成具体学习目标的学习模式。要真正做到完全意义下的自主学习必须满足两个必要前提，即学习者具备自主学习的能力和教育机制为学习者提供的保证自主学习的空间。显然，我们目前的学校教学环境和教育机制是无法实现学生真正意义上的自主学习的。因此我们对于自主学习理论给出如下的理解：（1）对于传统教学整齐划一的教育模式，过于重视知识的掌握，忽视创新精神、创新能力和个性发展的培养，造成学生被动地学习，动手与实践能力差，参与意识和参与能力不强等弊端；自主学习重视学习主体的自主性发展和创新能力培养，“学会学习”成为教育目标，教师的所谓“教学”，其真正含义由过去的“教会学生知识与技能”变为“教会学生学习”，以学法研究为中心带动教学法观念的根本性变革。（2）树立以理解为核心的学习观，教师要使学生成为自主学习的主体，必