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    从物理学的地位和作用看对中学物理教师的要求
    作者:赵凯华    文章来源:见正文    点击数:    更新时间:2010-7-12

    国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会(1999美国亚特兰大市)通过决议1,呼吁社会正视物理学的重要性。对物理学的作用,大会的口号是探索自然,驱动技术,拯救生命。决议指出:物理学——研究物质、能量和它们相互作用的学科——是一项国际事业,它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,对所有国家都是重要的。

    中等教育阶段,是一个人从少年步入青年的时期,是身心成长趋于成型的时期,是在知识上和能力上为今后的工作和学习打基础、作准备的时期,有着特殊的重要意义。在中学的各门课程中,物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用。对于这个问题,我想从20世纪科技发展大的背景谈起。

    1 物理学推动了20世纪科学技术的高速发展

    20世纪,是科学技术空前高速发展的世纪。在此世纪内,人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代的变革。这个世纪之初,无论在动力和信息交流方面,人类社会就全面地进入了电气化时代。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等发明家努力的结果。从上个世纪之交放射性的发现,经过近半个世纪原子物理、核物理的研究,40年代物理学使人类掌握了核能的奥秘,把人类社会带进了原子时代。今天核技术的应用远不止于为社会提供长久可靠的能源,放射性与核磁共振在医学上的诊断与治疗作用,已为人所共知。这个成果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她的女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。到了5060年代,物理学家又发明了激光,它的理论基础是爱因斯坦1916年提出的光的受激发射过程。今天激光技术已广泛应用于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活,成为几十亿、上百亿的巨大产业。

    20世纪科学技术给人类社会带来最大的冲击,莫过于以现代计算机为基础发展起来的信息技术。号称信息时代的到来被誉为第二次产业革命。的确,计算机给人类社会带来如此广泛而深刻的变化,是二三十年前任何有远见的科学家都不可能预见到的。现代计算机的硬件核心是半导体集成电路,PN结是基础。半个多世纪前,巴丁、肖克莱、布赖顿三位物理学家发明了晶体管,标志着信息时代的诞生。从我们物理学家的眼光看来,这个婴儿在娘胎里至少孕育了20年。这就是说,20年代建立量子力学之后,物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论,从此有了电子和空穴的概念。尔后用掺杂的办法产生了N型和P型的半导体,这才为晶体管的发明打下基础。以上成果又是和一连串物理学家光辉的名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联系在一起的。自从40年代末晶体管问世以来,60年代制成了集成电路,从70年代后期起,发展成为大规模集成电路,而后是超大规模集成电路,集成度以每101000倍的速度增长着。在有的人看来,物理学对高技术的贡献属于过去,今天在我国发展高技术的关键在于新材料、新工艺。殊不知,微电子加工和分析手段本身,如离子注入、激光退火、卢瑟福背散射谱、俄歇电子谱、射线发光光谱、二次发射离子质谱,以及高分辨的电子刻蚀、同步辐射光刻,哪一样不是从物理学各分支的实验室里移植到工业上去的。现在教育界大谈素质教育和培养学生的创新精神,我想,20世纪高科技发展的事实证明,重大的创造来源于新的物理思想,否则只是小打小闹,成不了大气候。

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