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    物理教育与科学素质培养
    作者:赵凯华    文章来源:见正文    点击数:    更新时间:2010-6-10

    (原载:《大学物理》,第14卷第8期,19958月)

    物理课的目的和任务是什么特别是非物理专业的学生为什么要学物理在我国现行的教育体制中占支配地位的看法是,为专业课服务于是,专业课需要的内容就讲,不需要的内容就不讲或少讲专业课排下来剩的时间多就多讲,剩的少就少讲著名理论物理学家、诺贝尔奖金获得者理查得·费曼说科学是一种方法,它教导人们一些事物是怎样被了解的,什么事情是已知的,现在了解到什么程度因为没有事情是绝对已知的,如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法则,如何去思考事物,做出判断,如何区别真伪和表面现象所以,大学里的物理课绝不仅仅是物理知识的教育,更不是主要为专业课服务的我们认为,物理学是整个自然科学的基础对于任何专业,大学基础物理课的目的,都是使学生对物理学的内容和方法,工作语言、概念和物理图象,其历史、现状和前沿等方面,从整体上有个全面的了解这是一门培养和提高学生科学素质、科学思维方法和科学研究能力的重要基础课下面分几个方面对此作些分析

    1 什么是物理学

    古希腊人把所有对自然界的观察和思考,笼统地包含在一门学问里,那就是自然哲学科学分化为天文学、力学、物理学、化学、生物学、地质学等,只是最近几百年的事在牛顿的时代里,科学和哲学还没有完全分家牛顿划时代的著作名为自然哲学的数学原理,就是一个明证物理学最直接地关心自然界最基本规律,所以牛顿把当时的物理学叫做自然哲学

    17世纪牛顿在伽利略、开普勒工作的基础上,建立了完整的经典力学理论,这是现代意义下的物理学的开端18世纪到19世纪,在大量实验的基础上,卡诺、焦耳、开尔文、克劳修斯等建立了宏观的热力学理论克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼等建立了说明热现象的气体分子动理论库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等建立了电磁学理论至此,经典物理学理论体系的大厦巍然耸立然而,正当大功甫成之际,一系列与经典物理的预言极不相容的实验事实相继出现,人们发现大厦的基础动摇了在这些新实验事实的基础上,20世纪初,爱因斯坦独自创立了相对论,先后在普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定愕、玻恩等多人的努力下,创立了量子论和量子力学,奠定了近代物理学的理论基础本世纪随着科学的发展,从物理学中不断地分化出诸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、激光物理、电子物理、等离子体物理等名目繁多的新分支,以及从物理学和其它学科的杂交中生长出来的,诸如天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等众多交又学科

    什么是物理学试用一句话来概括,可以说物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科尽管这个相当广泛的定义仍难以刻画出当代物理学极其丰富的内涵,不过有一点是肯定的,即与其它科学相比,物理学更着重于物质世界普遍而基本的规律的追求

    物理学和天文学由来已久的血缘关系,是有目共睹的当今物理学的研究领域里有两个尖端,一个是高能或粒子物理,另一个是天体物理前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构,后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源可是近几十年的进展表明,这两个极端竟奇妙地衔接在一起,成为一对密不可分的姊妹学科物理学和化学从来就是并肩前进的如果说物理化学还是它们在较为唯象的层次上的结合,则量子化学已深人到化学现象的微观机理物理学和生物学的关系怎么样对于如何解释生命现象的问题,历史有过两种极端相反的看法一是生机沦(vitalism)”,认为生命现象是由某种活力主宰着,永远不能在物理和化学的基础上得到解释另一是还原论(reductionism)”,认为一切生命现象都可归结或者说,还原为物理和化学过程1824年沃勒(F. Wohler)成功地在实验室内用无机物合成了尿素之后,生机论动摇了但是,能否用物理学和化学的原理与定律解释生命呢回答这个问题为时尚早不过,生命科学有自己独特的思维方式和研究手段,积累了大量知识,确立了许多定律,说把生物学还原为物理学和化学,是没有意义的可是物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律,这些规律对有机界和无机界同样适用物理学构成所有自然科学的理论基础,其中包括生物学在内物理学和生物学相互渗透,前途是不可估量的。.近四、五十年在两学科的交叉点上产生的一系列重大成就,如DNA双螺旋结构的确定、耗散结构理论的建立等,充分证明了这一点现在人们常说,21世纪是生命科学的世纪,这话有一定道理不过,生命科学的长足发展,必定是在与物理学科更加密切的结合中达到的

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