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第1篇：現代量子力學教程范文

關鍵詞：量子力學；教學改革；物理思想

作者簡介：王永強（1980-），男，山西河曲人，鄭州輕工業學院技術物理系，講師。（河南?鄭州?450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第九批教學改革項目“《量子力學》課程體系與教學內容的綜合改革和實踐”資助的研究成果。

中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力學”是20世紀物理學對科學研究和人類文明進步的兩大標志性貢獻之一，已經成為物理學專業及部分工科專業最重要的基礎課程之一，是學習“固體物理”、“材料科學”、“材料物理與化學”和“激光原理”等課程的重要基礎。通過這門課程的學習，學生能熟練掌握量子力學的基本概念和基本理論，具備利用量子力學理論分析問題和解決問題的能力。同時，這門課程對培養學生的探索精神和創新意識及科學素養亦具有十分重要的意義。然而，“量子力學”本身是一門非常抽象的課程，眾多學生談“量子”色變，教學效果可想而知。如何激發學生學習本課程的熱情，充分調動學生的積極性和主動性，提高量子力學的教學水平和教學質量，已經成為擺在教師面前的重要課題。近年來，筆者在借鑒前人經驗的基礎上，結合鄭州輕工業學院（以下簡稱“我校”）教學實際，在“量子力學”的教學內容和教學方法方面做了一些有益的改革嘗試，取得了較好的效果。

一、“量子力學”教學內容的改革

量子力學理論與學生長期以來接觸到的經典物理體系相去甚遠，尤其是處理問題的思路和手段與經典物理截然不同，但它們之間又不無關聯，許多量子力學中的基本概念和基本理論是類比經典物理中的相關內容得出的。因此，在“量子力學”教學中，一方面需要學生摒棄在經典物理學習中形成的固有觀念和認識，另一方面在學習某些基本概念和基本理論時又要求學生建立起與經典物理之間的聯系以形成較為直觀的物理圖像，這種思維上的沖突導致學生在學習這門課程時困惑不堪。此外，這門課程理論性較強，眾多學生陷于煩瑣的數學推導之中，導致學習興趣缺失。針對以上教學中發現的問題，筆者對“量子力學”課程的教學內容作了一些有益的調整。

1.理清脈絡，強化知識背景

從經典物理所面臨的困難出發，到半經典半量子理論的形成，最終到量子理論的建立，對量子力學的發展脈絡進行細致的、實事求是的分析，特別是對量子理論早期的概念發展有一個準確清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已經證明為正確并得到公認的，還存在哪些不完善的地方。這樣一方面可使學生對量子力學中基本概念和基本理論的形成和建立的科學歷史背景有一深刻了解，有助于學生理清經典物理與量子理論之間的界限和區別，加深他們對這些基本概念和基本理論的理解；另一方面，可使學生對蘊藏在這一歷程中的智慧火花和科學思維方法有一全面的了解，有助于培養學生的創新意識及科學素養。比如：對于玻爾理論，由于對量子化假設很難用已經成形的經典理論來解釋，學生往往會覺得不可思議，難以理解。為此，在講解這部分內容時，很有必要介紹一下玻爾理論產生的歷史背景，告訴學生在玻爾的量子化假設之前就已經出現了普朗克的量子論和愛因斯坦的光量子概念，且大量關于原子光譜的實驗數據也已經被掌握，之前盧瑟福提出的簡單行星模型卻與經典物理理論及實驗事實存在嚴重背離。為了解決這些問題，玻爾理論才應運而生。在用量子力學求解氫原子定態波函數時，還可以通過定態波函數的概率分布圖，向學生介紹所謂的玻爾軌道并不是真實存在的，只是電子出現幾率比較大的區域。通過這樣講述，學生可以清晰地體會到玻爾理論的承上啟下的作用，而又不至于將其與量子力學中的概念混為一談。

2.重在物理思想，壓縮數學推導

在物理學研究中，數學只是用來表述物理思想并在此基礎上進行邏輯演算的工具，教師不能將深刻的物理思想淹沒在復雜的數學形式之中。因此，在教學過程中，教師要著重于加強基本概念和基本理論的講授，把握這些概念和理論中所蘊含的物理實質。對一些涉及繁難數學推導的內容，在教學中刻意忽略具體數學推導過程，著重于使學生掌握其中的思想方法。例如：在一維線性諧振子問題的教學中，對于數學方面的問題，只要求學生能正確寫出薛定諤方程、記住其結論即可，重點放在該類問題所蘊含的物理意義及對現成結論的應用上。這樣，學生就不會感到枯燥無味，而能始終保持較高的學習熱情。

二、教學方法改革

傳統的“填鴨式”教學法把課堂變成了教師的“一言堂”，使得學生在教學活動中始終處于被動接受地位，極大地壓制了學生學習的主觀能動性，十分不利于知識的獲取以及對學生創新能力及科學思維的培養。而且，“量子力學”這門課程本身實驗基礎薄弱、理論性較強，物理圖像不夠直觀，一味采取灌輸式教學，學生勢必感到枯燥，甚至厭煩。長期以往，學習積極性必然受挫，學習效果自然大打折扣。為了提高學生學習興趣，激發其學習的積極性，培養其科學探索精神及創新能力，筆者在教學方法上進行了一些有益的探索。

1.發揮學生主體作用

除卻必要的教學內容講解外，每節課都留出一定的師生互動時間。教師通過創設問題情景，引導學生進行研究討論，或者針對已講授內容，使學生對已學內容進行復習、總結、辨析，以加深理解；或者針對未講授內容，激發學生學習新知識的興趣（比如，在講授完一維無限深方勢阱和一維線性諧振子這兩個典型的束縛態問題后就可引導學生思考“非束縛態下微觀粒子又將表現出什么樣的行為”），[1]這樣學生就會積極地預習下節內容；或者選擇一些有代表性的習題，讓學生提出不同的解決辦法，培養學生的創新能力。對于在課堂上不能解決的問題，積極鼓勵學生利用圖書館及網絡資源等尋求解決，培養學生的科學探索精神。此外，還可使學生自由組合，挑選他們感興趣的與課程有關的題目進行討論、調研并完成小組論文，這一方面激發學生的自主學習積極性，另一方面使其接受初步的科研訓練，一舉兩得。

2.注重構建物理圖像

在實際教學中著重注意物理圖像的構建，使學生對一些難以理解的概念和理論形成較為直觀的印象，從而形成深刻的記憶和理解。例如：借助電子束衍射實驗，通過三個不同的實驗過程（強電子束、弱電子束及弱電子束長時間曝光），即可為實物粒子的波粒二象性構建出一幅清晰的物理圖像；借助電子束衍射實驗圖像，再以光波類比電子波，即可凝練出波函數的統計解釋；[2]借助電子雙縫衍射實驗圖像，可使學生更易接受和理解態疊加原理；借助解析幾何中的坐標系，可很好地為學生建立起表象的物理圖像。盡管這其中光波和電子波、坐標系和表象這些概念之間有本質上的區別，但借助這些學生已經熟知和深刻理解的概念，可使學生非常容易地接受和理解量子力學中難以言明的概念和理論，同時，也可使學生掌握這種物理圖像的構建能力，對培養學生的創新思維具有非常積極地作用。

三、教學手段和考核方式改革

1.課程教學采用多種先進的教學方式

如安排小組討論課，對難于理解的概念和規律進行討論。先是各小組內討論，再是小組間辯論，最后老師對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正。例如，在講到微觀粒子的波函數時，有的學生認為是全部粒子組成波函數，有的學生認為是經典物理學的波。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，從而進一步激發了學生對一些不易理解的概念和量子原理進行深入理解，直至最后充分理解這些內容。另外課程作業布置小論文，邀請國內外專家開展系列量子力學講座等都是不錯的方式。

2.堅持研究型教學方式[3]

把課程教學和科研相結合，在教學過程中針對教學內容，吸取科研中的研究成果，通過結合最新的科研動態，向學生講授在相關領域的應用以培養學生學習興趣。在量子力學誕生后，作為現代物理學的兩大支柱之一的現代物理學的每一個分支及相關的邊緣學科都離不開量子力學這個基礎，量子理論與其他學科的交叉越來越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚態物理到中子星、黑洞各個層次的研究以量子力學為基礎；量子力學在通信和納米技術中的應用；量子理論在生物學中的應用；量子力學與正在研究的量子計算機的關系等，在教學中適當地穿插這些知識，擴大學生的知識面，消除學生對量子力學的片面認識，提高學生學習興趣和主動性。

3.利用量子力學課程將人文教育與專業教學相結合

量子力學從誕生到發展的物理學史所包含的創新思維是迄今為止哪一門學科都難以比擬的。在19世紀末至20世紀初，經典物理學晴空萬里，然而黑體輻射、光電效應、原子光譜等物理現象的實驗結果嚴重沖擊經典物理學理論，讓經典物理學陷入危機四伏的境地。1900年，德國物理學家普朗克創造性地引入了能量子的概念，成功地解釋了黑體輻射現象，量子概念誕生。1905年，愛因斯坦進一步完善了量子化觀念，指出能量不僅在吸收和輻射時是不連續的（普朗克假設），而且在物質相互作用中也是不連續的。1913年，玻爾將量子化概念引入到原子中，成功解釋了有近30年歷史的巴爾末經驗光譜公式。泡利突破玻爾半經典、半量子論的局限，給予了令玻爾理論不安的反常塞曼效應以合理解釋。1924年，德布羅意突破普朗克能量子觀念提出微觀粒子具有波粒二象性，開始與經典理論分庭抗禮。[4]和學生一起重溫量子力學史的發展之路，在教學過程中展現量子力學數學形式之美，使學生在科學海洋中得到美的享受，從精神上熏陶他們的創新精神。

4.考試方式改革

在本課程的教學中采用了教考分離，通過小考題的形式復習章節內容，根據學生的實際水平適當輔導答疑，注重學生對量子力學基礎知識理解的考核。對于評價系統的建立，其中平時成績（包括作業、討論、綜合表現等）占30％，期末考試占70％。從實施的效果來看，督促了學生的學習，收到了較好的效果，受到學生的歡迎。

四、結論

通過近年來的改革嘗試，我校的“量子力學”教學水平穩步提高，加速了專業建設。2009年，我校“量子力學”被評為校級精品課程，教學改革成果初現。然而，關于這門課程的教學仍存在不少問題，如教學手段單一、與生產實踐結合不夠緊密等等，這些都需要教師在今后教學中進一步改進。

參考文獻：

[1]周世勛.量子力學教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]呂增建.從量子力學的建立看類比思維的創新作用[J].力學與實踐,

2009,(4).

第2篇：現代量子力學教程范文

本書名為現代電動力學，它以希望深化對電磁學的理解而數學水平又不太低的研究生為讀者對象。考慮到它既可作為課堂教學用書，又可作為對廣泛讀者有用的參考書，作者認為，它與專著相反，應該涵蓋學生們必須知道的一切，而不是作者應當知道的一切。但物理學家們對于“學生們必須知道的一切”極少有共識，一般來講，除了大學教程中所出現的一些核心內容之外，對于研究生課程的講義的內容往往依賴于作者的研究工作背景。本書作者打算在適當的篇幅下使本書包含有遠遠超過兩個學期課程所需的材料，以適應根據不同的要求選擇教學內容。

本書書名中的“現代”并不意味著使用特殊的“現代”數學方法，而是指它包括了近幾十年來引人關注的新發展起來的一些重要論題，為此不惜忽略掉或者僅僅略微提及一般教科書中一些熟悉的論題。為了幫助讀者學習，本書提供大約120個完全解出的例題。此外，各章后面總共有近600個課后作業題，這些題目中有一些屬于大學生水平的技巧性題目，而有一些是直接取自研究文獻中具有挑戰性的問題。

學生在讀懂課文的幫助下積極地完成這些習題能為自己打下良好的基礎。

全書內容共分成24章：1.數學預備知識； 2.麥克斯韋方程；3.靜電學； 4.電多極矩； 5.導體； 6.電介質； 7.拉普拉斯方程； 8.泊松方程；9， 穩恒電流； 10.靜磁學；11.磁多極距；12.磁力和磁能；13.磁性物質； 14.動力學的和準靜態場； 15.一般電磁場； 16.真空中的波；17.簡單物質中的波；18.色散物質中的波； 19.導波和約束波；20.推遲和輻射； 21.散射和衍射； 22.狹義相對論；23.運動電荷的場； 24.拉格朗日和哈密頓方法。

書末有4個附錄： A.重要的符號表； B.高斯單位； C.特殊函數；D.狹義相對論中負號的處理。

本書的寫作風格和豐富的內容以及作者深刻的理解力和洞察力使得本書出版后立即得到了許多相關專家、學者的好評，認為這是一部難得的研究生用教科書，而且必將成為一部經典電動力學新的、優秀的經典教材。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）

第3篇：現代量子力學教程范文

關鍵詞：美麗的美學藝術摹仿、表現、反映

在歷史上，什么是藝術也是一個老大難問題，人們關于藝術的定義也是多得無法統計。鑒于這種情況，我們在正式給出美麗美學的藝術的定義之前，先來結合幾種影響很大的藝術定義或關于藝術本質的看法，看看藝術不是什么。

要判定藝術不是什么，有一個方法很簡單也很方便，這個方法就是可逆性方法。什么是可逆性方法呢？給藝術下定義就是規定藝術是什么。如果用數學語言來表示，給藝術下定義就是把藝術規定為x。所謂用可逆性方法來判定藝術不是什么，就是反過來看x能不能作為藝術，如果x不能作為藝術，我們也就可以確定藝術不是x，即使人們還不知道藝術的定義到底是什么，而只憑直覺來判定。

一、美麗的美學要否定的第一個藝術定義是藝術是一種摹仿

在二千多年以前，柏拉圖與亞里士多德就提出藝術的摹仿說了，“直至今天，在人們的意識深處還常常持這種看法。”1但是不同意這種看法的人也是大有人在的，這里試舉幾例。

丹納曾經舉過很多例子來說明藝術不是摹仿，“就拿雕塑來說，復制實物最準確最逼真的辦法是用模子澆鑄，可是，一件澆鑄品雖好，卻肯定比不上一個好的雕塑。又如另一藝術門類的攝影，它也是藝術，它能依靠線條和光影的濃淡把實物的輪廓與形體在平面上復制出來，這個復制品與實物完全相同，分毫不差。毫無疑問，對繪畫而言，攝影是很好的助手，但是，絕不會有人把攝影與繪畫相提并論。再舉一個例子，如果我們肯定正確的模仿就是藝術的最高目的，那么，你們知道什么是最好的悲劇嗎？最好的悲劇應該是重罪庭上的速記，因為，重罪庭上的速記把所有的話都一句不漏地記錄下來了。可是事情很清楚，即使在法院的速記中偶爾能發現一些帶有感彩的語言詞匯，那也是屈指可數。速記能給作家提供材料，但速記本身并不是藝術品。”2

黑格爾也反對藝術的摹仿說，他說，藝術“既以摹仿為目的，問題就不在于所應摹仿的東西有怎樣的性質，而在于它摹仿得是否正確。美的對象和內容就被看成毫不重要了。”3“我們如果看一看各門藝術，我們就會發見繪畫和雕刻所表現的對象雖然象是逼肖自然的或是基本上是從自然假借來的，而建筑（這也屬于美的藝術）和詩卻都很難看作自然的摹仿，因為這兩種藝術都不限于單純的描寫。”4“因此，藝術的目的一定不在對現實的單純的形式的摹仿，這種摹仿在一切情況下都只能產生技巧方面的巧戲法，而不能產生藝術作品。……盡管自然現實的外在形態也是藝術的一個基本因素，我們卻仍不能把逼肖自然作為藝術的標準，也不能把對外在現象的單純摹仿作為藝術的目的。”5“摹仿自然雖然象是一個普遍的原則而且是許多偉大權威人士擁護的原則，卻至少是不能就它的這樣一般的完全抽象的形式來接受的。”6“靠單純的摹仿，藝術總不能和自然競爭，它和自然競爭，那就象一只小蟲爬著去追大象。”7

我國的彭鋒則說：“顯然，我們很容易找到將藝術定義為摹仿的反證。一方面，存在許多毫無摹仿的藝術作品，如許多音樂片段、無對象的繪畫和抒情詩歌等等，很難說它們摹仿了什么。另一方面，許多摹仿的東西又不是藝術作品，如我們日常生活中的許多摹仿行為，很少有人把它們作為藝術作品來欣賞。因此，把摹仿當作藝術的惟一的規定性是不夠嚴謹的。摹仿既不是定義藝術的必要條件，更不是定義藝術的充分條件。”8

在人類的科學體系中，有一門科學叫仿生學，這門學科專門研究生物的特殊功能與原理，以便把這些功能與原理應用于其它人造設備上，使這些設備也具有與生物相同的功能。如蝙蝠借助于超聲波可以在充滿障礙物的空間里自由穿梭，借助于這個原理，人們制成了聲納等設備。再如，我們知道，輪船在水中航行時會受到很大的阻力，因此，為了減少輪船在航行中所受到的阻力，提高輪船的速度，人們就把輪船的外形設計成與魚類外形相似的流線型等等。仿生學中的摹仿可以說是最科學、最本質的了，然而，仿生學難道可以稱為一門特殊的藝術嗎？恐怕從來就沒有人這么認為過。

二、美麗的美學要否定的第二個藝術定義是藝術是情感的表現

這一說的代表人物也很多，如托爾斯泰、科林伍德等，但是，正如我國的彭鋒所說的：“同將藝術界定為對現實的摹仿一樣，將藝術界定為情感的表現也是一個極不完善的定義。我們也可以輕而易舉地找到反證。許多藝術作品并不表現情感，而更多的情感表現不是藝術作品。”9他還說：“將藝術定義為情感表現還會帶來一個棘手的難題：假使一個作品表現了情感，我們能說這種情感就是作者的情感嗎？我們能夠確定作者在創作時就處在這種情感狀態之中嗎？如果我們不能確定作者在創作時正處在作品所表現的情感之中，那么將藝術定義為情感的表現就是十分荒謬的。”10這個分析是十分有道理的。

蘇珊•朗格也曾對情感的自我表現說予以有力的反駁，她說：“我現在已經確信，藝術品的情感表現——使藝術品成為表現性形式的機制——根本就不是癥兆性的。……一個嚎啕大哭的兒童所釋放出來的情感要比一個音樂家釋放出來的個人情感多得多，然而當人們步入音樂廳的時候，決沒有想到要去聽一種類似于孩子的嚎啕的聲音。假如有人把這樣一個嚎啕的孩子領進音樂廳，觀眾就會離場，因為人們不需要自我表現。”11

三、美麗的美學要否定的第三個藝術定義是藝術是對世界的反映

我國當代著名的文藝理論家錢谷融在《當代文藝問題十講》一書中，就文學這門藝術說道：“文學當然是能夠，而且也是必須反映現實的。但我反對把反映現實當作文學的直接的、首要的任務，尤其反對把描寫人僅僅當作是反映現實的一種工具，一種手段。我認為這樣來理解文學的任務，是把文學和一般社會科學等同起來了，是違反文學的性質、特點的。”12“把文藝的意義、作用，局限在反映生活這一點上，就等于是否定了文藝的存在的必要。因為，如果我們所要求于文藝的只是在于概括地反映現實現象，揭示現實生活的本質的話，那么，科學會把這些作得更精確、更可靠的。這樣，文藝就失卻了它作為人類精神活動的一個特殊領域而存在的意義了。然而，人們卻并不因為有了科學就不需要文藝，而文藝也并沒有因為科學的日益發達而漸趨衰落，可見文藝一定是有它的特殊的、不是科學所能代替的任務的（這種任務，在高爾基看來，就是影響人，教育人，就是鼓舞人們去改造現實，改造世界，使人們生活得更好）。而且，假如我們把反映現實當作文學的首要任務，那么，對于那些杰出的抒情詩篇，以及從個人主觀的熱情與理想出發的偉大的浪漫主義作品之如此為人喜愛，如此受人重視，就很難解釋了。”13

那么，“形象地反映現實”能不能作為藝術的定義呢？首先讓我們反過來來看這個問題。眾所周知，我國已經能夠用火箭把人送上太空，火箭那龐大的身軀、在發射時所發出的震耳欲聾的聲音、耀眼的火焰、巨大的水氣團以及它那令人不可思議的速度等都無不給人以形象的體驗，同時，中國人用火箭把人送上太空這個事件也反映了許多現實的內容，如中國的科技水平、中國科學家們的智慧、中國科學家趕超世界先進科技水平的信心與雄心等。然而火箭是一件藝術品嗎？或者說用火箭把人送上太空這件事件是一件藝術品嗎？顯然我們不能這樣認為。

其次，如果說用火箭把楊利偉等人送上太空，不是人“主動地用形象來反映現實”，而只是用于科學研究，因而，火箭或用火箭把人送上太空不是藝術，那么，人“主動地用形象來反映現實”是不是就一定能作為藝術的定義呢？讓我們來看一看音樂這種特殊的藝術。

在張前所主編的《音樂美學教程》一書中，我們可以看到周海宏對視覺形象在音樂中的表現情況的說明：“‘形象’的概念在我國以往的音樂美學中已經被過分地擴大了”14，“并非任何視覺對象都可以在音樂中得到表現。音樂與視覺空間感雖然有三個緯度上的聯覺關系（音高與上下——縱向空間高低、深淺的聯覺，音長與長短——水平空間延展的聯覺，音強與遠近——深度空間遠近的聯覺），但音樂的時間感所對應的空間的延展感是單向的——只能從一個方向到另一個方向（如從左到右），而不是雙向的。因此所有帶雙向空間延展的形狀均不能與音響構成聯覺關系。”15“聲音的音高、強弱、節奏與速度、緊張度及發音狀態等五種要素，與視覺感受中顏色的亮度、形狀的大小、重量的輕重、力量或能量的大小、運動與變化程度的強弱、運動與變化的節奏及速度等具有聯覺對應關系。凡是要用音樂來表現的視覺對象，必須在以上所說的一個或幾個方面與音樂音響具有聯覺對應關系。對于視覺對象的識別來說，最重要的兩個信息，即對象的輪廓和顏色的色調不能在音樂中得到表現”16，“由于音樂不能直接描摹視覺對象的形狀輪廓，而形狀輪廓是視覺對象識別中最重要的信息，因此，音樂對視覺對象的表現是很模糊的”17。

如果說繪畫、雕刻、建筑等視覺藝術能直接通過形象來反映客觀現實的情況，而文學也能夠通過創建形象來反映客觀現實的情況，那么鑒于有音樂這種特殊的藝術形式，因此說所有的藝術都是通過形象來反映客觀現實的情況就不妥當了。音樂塑造形象的能力是很差的，而音樂卻被許多人認為是一種偉大的藝術，這種巨大的反差是很難讓人接受“藝術是形象地反映現實”或者是“主動用形象來反映現實”這些定義的，這些定義是不能通過音樂藝術這一關口的。其實，即使是對文學這種藝術，也還是有許多人對藝術的這些定義是表示懷疑的，如童慶炳就說過這樣的話：“對于‘文學的根本特征就是用形象來反映生活’這一類說法，我一直懷疑它的正確性。”18

實際上，任何人工制品（不僅僅是藝術品）都能形象地反映客觀現實的許多情況，甚至包括過去的與未來的情況，如一件文物就可以形象地反映過去的許多情況，而且不僅包括物質方面的情況，還包括制作人精神方面的情況，因此文物有重大的歷史價值與研究價值，然而，我們知道，并不是所有的文物都是藝術品。許多教師在教學過程中，還經常要用到一些掛圖、模型和演示實驗，以便學生能夠認識和理解其中的原理與過程，這些掛圖、模型與演示實驗都能夠形象地反映許多科學的原理與過程，而誰都知道，誰也不會把這些掛圖、模型與演示實驗稱為藝術。因此，總之，一般地把藝術定義為某種內容的反映或是形象的反映是不正確的。

藝術不能定義為一種反映，我們還有一種充分的理由。科學就其目的和本質來說可以定義為一種反映，而藝術哪怕只就常識來看也都不能被看作一門科學，因為常識告訴我們，藝術中充滿了夸張與虛構，如藝術中可以有李白“飛流直下三千丈，疑是銀河落九天”式的夸張，也可以有斯威夫特關于小人國、大人國的虛構，甚至還可以有物體速度超過光速這種違背科學常識式的虛構。然而這些夸張與虛構在科學中卻是絕對不允許的，是違背科學的精神與道德的，這正如在著名的《實踐論》一文中曾經所說的：“知識的問題是一個科學問題，來不得半點的虛偽和驕傲，決定地需要的倒是其反面——誠實和謙遜的態度。”19如果藝術可以定義為一種反映，那么這些夸張和虛構是不應該出現在藝術中的，因為這些夸張與虛構嚴格來說是不準確的，甚至可以說是錯誤的，是會誤導人的。

關于藝術與科學的區別，上田敏從另外一個角度也說得非常肯定：“科學與藝術是不同的。其差別，前者用理來分析，后者則用情來綜合地味得。”20

也許有人會用亞里士多德的理論來論述和證明藝術的反映說：“詩人的職責不在于描述已發生的事，而在于描述可能發生的事，即按照可然律或必然律可能發生的事。”21在二千多年以前，亞里士多德得出這種思想與觀點確實很偉大，但在二千多年以后的今天，這種觀點就值得推敲了，因為在今天的自然科學領域，決定論已經受到了絕對有力的挑戰。在量子力學中，有許多經典的概念和觀點都得到了修正，如電子的軌道概念就被幾率概念所代替等。在量子力學中，還有一個著名的原理叫測不準原理，即位置與動量是不能同時被測準的，為此，上個世紀上半葉物理學史上還發生了一次著名的論戰，一方以愛因斯坦為代表，堅持決定論，另一方以丹麥著名的物理學家玻爾為代表，堅持量子力學的非決定論。最后的勝利者是誰呢？不是愛因斯坦，而是玻爾！因此，盡管二千多年以前亞里士多德就教導人們要按照“可然律或必然律”來創作藝術，然而藝術中卻仍然充滿了夸張與虛構，充滿了偶然性的內容。實際上，藝術之所以能夠突破可然律或必然律，能夠充滿夸張與虛構，原因不是別的，這是因為人有無限的想象力和理解力，而人的想象力和理解力可以突破可然律或必然律，可以允許夸張與虛構，可以允許偶然性的內容存在，僅此而已。例如，在我國著名小說《西游記》中，孫悟空是一只猴子，然而這只猴子卻會說人話，有七十二種變化，一個筋斗能翻一萬八千里等等，很顯然，這些都是明顯的虛構，是不現實的，也是不可能的，然而有誰會因為這些虛構而拒絕閱讀這部小說呢？當我們被這部小說所吸引的時候，我們會因為這些虛構而終止閱讀嗎？不會。為什么？就是因為我們的想象力與理解力完全允許這些虛構，僅此而已。

不把藝術的定義為一種反映，這是否違背辯證唯物主義關于物質與意識的關系原理呢？辯證唯物主義認為，物質或存在決定意識，意識是對物質或存在的反映，而藝術是人有意識創造的產品，那么說藝術是一種反映又有什么錯呢？在這里，筆者首先要聲明的是，美麗的美學并不違背辯證唯物主義關于物質（或存在）與意識的關系原理。美麗的美學認為，藝術能夠反映客觀現實的一些情況，因為唯物辯證法告訴我們，事物總是互相聯系的。另外，一個人造事物總是含有人的目的的，而且總是用一定的物質構成的，因此任何一件人造事物包括藝術品就總是反映著制作人的一些情況以及與制作材料有關的情況如技術水平、時代背景等。但“能夠反映一些客觀情況”與“把反映客觀情況作為藝術的定義”卻是兩回事（后者要求反映必須是藝術的本質屬性，而前者就沒有這個要求了）。辯證唯物主義關于物質或存在與意識的關系原理是從哲學的高度及最一般的角度所概括出來的一個原理，這個原理概括地說明了所有人造事物都有一個共性——反映性，這是完全正確的，但如果我們據此把所有的人造事物都說成是一種反映就不妥當了，因為任何事物都不僅僅是只有一個性質，而是有多方面的性質的，其中有的性質是本質的屬性，而有的性質卻是次要的性質，是非本質的屬性。在所有的人造事物中，唯有科學才有資格被稱為“反映”，因為只有科學才能勝任“反映”這一任務和職責，反映性可說是科學最本質的屬性，而這一性質對于藝術來說就是次要的性質了，是非本質的屬性了，如果把反映性當作是藝術的本質屬性，把藝術定義為一種反映，那么這就是把藝術當作科學了，就是要用藝術來代替科學了，然而這是根本不現實的。另外，如果我們把藝術定義為一種反映，那么，因為一切人造事物都反映著許多內容，因此一切人造事物就都有理由申請成為藝術，而這是多么荒謬啊。總之，美麗的美學認為，藝術能夠反映客觀世界的一些情況，但反映性僅僅是藝術的一個次要的、非本質的屬性，藝術不能籠統地被稱為一種反映，我們也不能把藝術定義為一種反映。美麗的美學仍然遵循辯證唯物主義的基本原理，只是不會從辯證唯物主義關于物質或存在與意識的關系原理直接推論出藝術的定義。至于美麗的美學關于藝術的定義是什么以及“反映”這個概念在藝術中的作用與地位是什么，美麗的美學在后文中對這些問題都會有明確的交代，讀者應該馬上就能夠看到。

那么不把藝術定義為一種反映與一種科學，這是否會減弱藝術的功能與價值呢？不會！科學因為能夠反映事物的本質屬性與事物的運動、變化、發展的規律，因而科學對于人類來說有著極大的功能與價值，但藝術不必仰仗科學來提高自己的地位從而來獲得人們的尊重（當然，藝術可以利用科學，正如科學可以利用藝術一樣）。在下一節我們將看到，藝術有其獨特的與偉大的功能與價值，雖然藝術的功能與價值和科學不同，但與科學相比，藝術對于人類來說，其功能與價值是毫不遜色的。

注釋：

1彭鋒著：《美學的感染力》，中國人民大學出版社2004年10月第1版，第209頁。

2丹納著：《藝術哲學》縮譯彩圖本，曾令先李群編譯，重慶出版社2006年8月第1版，第11頁。

3、4、5、6、7黑格爾著：《美學》第一卷，朱光潛譯，商務印書館1979年1月第2版，第55、56、56—57、56、54頁。

8、9、10彭鋒著：《美學的感染力》，中國人民大學出版社2004年10月第1版，第210、211、211頁。

11蘇珊•朗格著：《藝術問題》，滕守堯譯，南京出版社2006年1月第1版，第28頁。

12、13錢谷融著：《當代文藝問題十講》，復旦大學出版社2004年5月第一版，第86、90—91頁。

14、15、16、17張前主編：《音樂美學教程》，上海音樂出版社2002年2月第1版，第124、124、124、125頁。

18、童慶炳著：《文學審美特征論》，華中師范大學出版社2000年6月第1版，第3頁。

19著：《實踐論》，《選集》第一卷，人民出版社1966年7月橫排本，第264頁。

第4篇：現代量子力學教程范文

[摘要]物理學是自然科學的重要組成部分，整個物理學的發展史就是一部美學的發展史。它充分展現了物理公式和規律、表達形式、時間和空間、研究問題的手段和方法探究過程的簡單、對稱、和諧、統一美。在高中物理教學中，適時給學生進行物理學史的教育，使學生在美的感受中愛學、樂學物理知識，對其健全的人格的形成，更好地實現新課程提出的三維目標，很有意義。

[關鍵詞]物理學史 物理學美 價值

中學物理教育不僅要對學生進行物理知識的教育，還應在教學過程中對學生進行審美教育。物理學的發展史集中體現了人類探索和認識客觀世界的現象、特性、規律和本質的歷程。物理學史告訴人們，每一個物理概念和規律的形成，都是匯集著許多人艱辛的努力，常常需要幾十年乃至上百年的努力，才能邁出有意義的幾步。物理學美不僅體現在物理知識的形式上、內容上、結構上、物理學的研究方法上，而且體現在科學探索的過程中，體現在物理學家們的非凡的想象力，探索精神和高尚的思想品德上;通過物理學史展示物理學家求真、求美的過程，讓學生感受科學家探索未知世界的過程，感受他們尊重自然、尊重客觀意志的“真”，體會他們推動發展的動機的“善”，不屈不饒的科學精神，高尚的人格，堅強的毅力等，達到以美感人，以美育人的目的，引導學生自己去追求和創造物理美，并將美的認識轉化為追求美的自覺行動。

一、通過物理學史，感受經典實驗的美妙，體會科學方法美

科學方法是人類智慧的結晶，是人們在認識和改造世界的實踐活動中總結出來的正確思維和行動方式。物理學史證明科學理論的重大突破，必然伴隨著新的科學方法的誕生。在物理學史上有很多精美的物理實驗，不但在實驗設計上極具創造性，而且實驗裝置設計上非常具有新穎性和實驗技術上具有藝術性，經過艱辛的過程，通過長時間的努力，克服無數困難，才做出物理學上的重大發現或技術上的偉大發明。在教學中充分展示這些精湛優美的實驗可以使學生發現和體驗物理實驗的精彩和美妙。例如:引力常數的測量，在牛頓發現萬有引力定律一百年后，卡文笛許設計出扭秤實驗，通過三次巧妙放大，將力的測量變換為力矩的測量;又將力矩的測量轉變為石英絲轉動角度的測量;再將轉動角度的測量轉變為光點移動距離的測量。這一精妙設計終于獲得了歷史性的突破，測出了這一微小的引力常量。著名的伽利略“斜面圓球滾動實驗”，就給人一種簡潔的美，它的美體現在對實物形態實驗的超越，使實驗條件、實驗過程在思維中以理想化的方式表現出來，通過猜想、設計、推理，由有限個實驗歸納出一般的結論，沒有考證所有可能的情況。講述這段物理學史，使學生了解到伽利略開創了把物理實驗與科學思維相結合的物理學研究方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。伽里略在物理學史上占有重要地位。被后世譽為“近代科學之父”，這不僅與他在科學上的偉大成就有關、而且與他在科學方法上的革命性轉變分不開。正是由于他在科學方法上的創新、引導自然科學走上了正確的道路。

二、通過物理學史，感受科學家的精神美、人格美、毅力美

在物理教材中涉及到許多中外著名物理學家。他們生平大量動人的事跡，尤其是不怕挫折的拼搏精神、愛國奉獻的敬業精神和相互協作的精神都是—部絕好的美育教才，能激起學生心靈的震動。教學過程中，若能讓學生了解物理學家勇于探索，實事求是的科學精神;以苦為樂，頑強拼搏的不屈精神;只圖貢獻，不求索取的奉獻精神;堅持真理，并為捍衛真理不怕犧牲的獻身精神等。這無疑是最理想、最成功的情感教育。

物理學史表明，物理學大廈并不都是成功者創造的，它是成功者與失敗者共同創造的。焦耳為準確測得各種情況下熱功當量值，歷經40年，進行了400多次實驗。法拉第“磁生電”經過十年的研究;居里夫人為了從瀝青鈾礦中提煉出純凈的鐳，經過近一千三百五十個日日夜夜的奮戰，從8噸鈾瀝青礦渣中提煉出0. 12克純氯化鐳，開普勒在困境中還是堅持對行星運動的研究，從大量的觀測數據中，花了近十年的時間，計算出了行星運動的三大定律等等;愛迪生為了尋找一種合適的燈絲，試用了一千六百多種材料。所以愛迪生說:“失敗也有我需要的……”。還有許許多多的物理學家，他們堅持不懈地探索的科學精神和獻身科學、捍衛真理的感人事跡，光輝的言行和高尚的品格，為人處世和愛國主義的熱情，無不顯示了物理學家的精神美。因此在教學中引入物理學史的實例，通過講述這些物理學史來培養學生嚴肅認真、實事求是的科學態度和銳意進取、百折不撓、不斷創新的科學精神，激勵學生以科學家在創造偉大業績所表現的人格力量為楷模，樹立科學的世界觀和人生觀，確立為科學真理而獻身的崇高品質。

三、通過物理學史，激發學生科學審美情趣和提高對科學美的審美能力

自然界本身是一個簡單、和諧、統一的整體，作為描述和揭示自然現象和規律的物理科學也應是簡單、和諧和統一的。“多樣統一”是人類追求的永恒主題。整個物理學史，在某種程度上也可以說是物理學大師們為建立統一的物理理論的奮斗史，也是物理學家追求美的歷史。牛頓為追求天體運動和地面物體運動的完美統一發現了萬有引力定律;焦耳為追求熱與功的完美統一測出了熱功當量;法拉第為追求電和磁的完美統一發現了電磁感應現象;愛因斯坦為追求時間與空間的完美統一發現了相對論、為追求質量與能量的完美統一發現了質能方程等等。作為支撐經典物理大廈的牛頓運動定律，在宏觀低速領域，實實在在地展現其簡潔和完美;而作為現代物理大廈支柱的相對論和量子力學，又從更廣闊領域描繪了一幅極其簡潔的物質組構和運動的生動圖像。科學的美，還體現在科學技術的巨大進步上，海王星與冥王星的發現、人造衛星的升空、原子彈的制造等等，這些無不叫人驚嘆科學的偉大。在物理教學中滲透科學家追求科學完美的典型事例能促進學生對科學美的認識轉化為對科學美的追求。

四、利用物理學史，激發學生的愛國熱情

物理學史是一部科學文明的發展史，在物理教學中，結合教學內容介紹我國古代在物理學方面對世界的卓越貢獻和我國現代物理學相關技術的飛速發展及成就，這既能使學生了解祖國燦爛輝煌的文化，培養學生民族自尊心和自豪感，又能增強學生的民族自信心，激發學生愛祖國愛民族的熱情;介紹物理學的前沿知識，了解當前我國現代物理學相關技術與世界科技發展存在的差距，這樣不僅能使學生開闊眼界，領略了知識的巨大力量和科學技術的日新月異，還能使學生感受物理學美和人類智慧美。從而激發學生的求知欲，喚起學生的時代責任感與使命感，有勇氣肩負祖國賦予的使命，樹立為提高我國科技水平而勤奮學習、刻苦鉆研、勇于探索、獻身科學的信念。

例如，我們講述“聲波”時，就要講講北京天壇絕妙建筑;在學習“原子和原子核”時，就應提到在現代物理前沿領域所作的巨大成就的李政道、楊振寧、丁肇中等科學家;在講“超導”時，應介紹我國在超導材料方面所做出的巨大貢獻;我們在講述“天體運動”時，不能不介紹“神五”、“神六”、“神七”“嫦娥一號”的發射，介紹我國航天技術的現狀和發展，介紹平均年齡只有三十歲的航天人。學生會為自己的祖國感到自豪，為這樣一群年輕人而感到自豪。這不但能激起學生的學習興趣、民族自豪感、使命感和責任感，還能激發學生愛國熱情，報國之心。

五、通過物理學史，滲透概念形成的歷史背景和過程，挖掘美育因素

在物理學史上，每一個科學上的新發現，都為后繼者提供了寶貴的經驗和啟迪。中學物理中一些概念、定律和理論建立的過程凝練、升華了科學思維方式和科學研究方法，也包含了豐富的育人因素，展示這些科學過程有利于學生對知識全面正確的理解和建構，讓學生得到前輩科學家科學思維和研究方法滋養，認識到物理學每前進一小步，都伴隨深刻的物理思想和觀念的變革。使學生受到生動的情感、態度、價值觀的熏陶和感染，有利于健全人格的培養。例如:人們對原子結構的認識，就經歷了一個發現、認識、否認、再認識過程。J·J·湯姆生發現電子后，曾提出關于原子的“棗糕式模型”。 1910年，盧瑟福建議用a粒子轟擊金箔片。實驗表明a粒子能穿透很薄的金箔片。這一實驗事實使湯姆生棗糕模型遇到了無法解決的矛盾。因a粒子是失去兩個電子的氦原子，猶如一塊掉落兩顆棗子的小棗糕，小棗糕打在大棗糕上，氦原子無論速度多么大，也很難想像它能穿透出去。但是1908年盧瑟福用a粒子轟擊原子時，有大約八千分之一的幾率被反射回來。這一事實使盧瑟福驚奇，他說:“這是我一生中最不可想像的事，真如用一枚重型炮彈轟擊一張卷煙紙，而炮彈竟然被卷煙紙彈回來又打中了我自己一樣的不可思議。”。盧瑟福用不同金屬箔片進行了多次實驗，并經過三個多星期的認真思考，指出湯姆生的原子模型不會使a粒子發生大角度偏轉。盧瑟福以豐富的想象力提出，原子是一個很“空”的，中間是一個很小但質量很大的硬核。盧瑟福在實驗的基礎上經過嚴謹的推理，提出了原子的“核式結構模型”。 轉貼于

在物理教學中應該反映這種迭起波瀾壯闊的發展過程，使學生的科學思維和科學方法得到啟迪，讓學生從知識的完善和演變中認識它的條件性和局限性，使凝固的物理知識變得生動，學習仿佛是一次與科學創造者的對話;適當分析科學家的成功和失誤，體會科學探索者的困惑、沉思、試探和創新智慧之光，讓學生用發展的觀點，辯證地看問題，認識到物理學知識的相對性，有效地消除學生對物理學知識來源的神秘感，消除對已有知識的僵化認識，為今后的學習和生活樹立信心。

參考文獻

[1]李艷平，申先平.物理學史教程[M].北京:科技出版社，2003. 103.

[2]鄒紀常.物理學的美學價值[J]，廣西物理2000.3.

[3]郭奕玲、沈慧君.物理學史[M].北京:清華大學出版社2000.

第5篇：現代量子力學教程范文

二、中學生創新教育的內涵和內容：1、創新精神主要表現為創新意識和“質疑”精神。2、培養創新能力，主要表現為課堂教學的創新思維能力和實驗教學中的創造能力的培養。3、培養學生創新人格和協同合作的精神。

三、創新教育的探索與實踐：1、教學中培養學生創新精神。2、挖掘學科特點，培養創新能力。3、培養學生創新人格和協作精神

【關鍵詞】創新探索實踐

一、創新教育在新世紀教育中的重要意義

現代社會是知識經濟社會，而知識經濟的核心是創新。當今世界的科技競爭、綜合國力競爭越來越表現為創新型人才的水平和數量的競爭。創新教育是當今世界許多國家教育改革的焦點和核心，中華民族要實現偉大復興，要矗立于世界優秀民族之林，必須要有全民族整體素質、科學水平的提高。學校教育是培養民族創新精神、創新能力的主渠道。教師要明確創新教育思想、創新教育培養目標和實施方案，在教學過程中才能喚醒學生的創新意識，培養學生的創新精神，提高學生的創新能力，使他們想創新、敢創新、會創新。

二、中學生創新教育的內涵和內容

創新是民族的靈魂，創新是科學發展的動力，是技術革命的生命。中學生創新教育的內涵應是：通過創新教育使學生對已有的經驗和知識進行分解與組合后，產生某種新的、獨特的思想觀點、思路設計、途徑方法……的活動過程。

1、創新精神主要表現為創新意識和“質疑”精神。要千方百計培養學生形成推崇創新、追求創新的觀點和意識。只有在強烈的創新意識的引導下，學生才可能產生強烈的創新動機，樹立創新目標，充分發揮創新潛力，釋放創新激情。創新的產品是獨出心裁、前所未有的。因此創新是超越，而不是跟隨。只有大膽向傳統挑戰，才可能創新。

2、培養創新能力，主要表現為課堂教學的創新思維能力和實驗教學中的創造能力的培養。

創新思維的主要形式有：①聯想思維。②直覺思維。③靈感思維。

物理實驗是人類研究自然現象和規律的重要途徑，也是人類發明創造的重要手段。物理實驗教學，可以驗證書本知識，然而更重要的是重溫前人創造的思維的過程，從中受到啟發，同時也培養學生的動手實踐能力。

3、培養學生創新人格和協同合作的精神。健全的人格是個體順利發展的內在因素，是個人創新能力得以發揮的支柱，主要包括愛國主義情感、獻身科學的精神、勇于面對失敗，百折不撓的意志，求實勤奮的治學態度和較強的自信心。

協同合作精神是新世紀對人材的基本要求。新技術革命，使人類在已經到來的21世紀相互影響，相互依存。重大的發明創造，需要眾多人才共同去探索、開發、創造。因此我們必須培養學生的協同合作精神，以滿足未來社會對人材的需求。

三、創新教育的探索與實踐

1、教學中培養學生創新精神

創新精神包括：創新的意識、熱情、進取心、自信心、創新的膽略；敢于質疑堅韌不拔的毅力等等。在教學中，我們一方面要培養學生推崇創新、追求創新的觀念和意識，鼓勵學生解放思想、獨立思考；另一方面要根據不同的教學內容啟發、培養學生敢于質疑、善于質疑的創新精神。

首先，教師的教學過程要具有創新意識，為學生樹立創新的表率。無論教材提供的知識多么完整，由于各種原因總會留下縫隙，只要我們積極思考，善于“鉆空子”，就會有所發現，有所創新。例如，在動量守恒的驗證實驗中，落點為什么會有較大的離散，原因應在碰撞的過程中被碰小球所處的支座與等大的入射小球軌道的末端不能嚴格在一直線上，兩球不是對心正碰。要減小誤差怎么辦？教學過程要引導學生觀察這一現象，分析其原因，再由學生提出減小誤差的方案，選出最佳的方案表揚。只要事事處處做有心人，善于思考，就會設計出靈活多變的教學方案，培養學生的創新意識。

其次，教學活動要使學生保持旺盛的好奇心和求知欲，腦海中經常出現“為什么”三個字。“月亮為什么不會飛走？”“蘋果熟了為什么會從樹上掉到地面上”，牛頓對這些自然現象的觀察，引發思考研究，得出了十六世紀自然科學最偉大的發現——萬有引力定律。教師要在教學過程中，使學生養成多問“為什么”的習慣。例如：物理概念為什么要這樣定義？物理規律如何來的？實驗為什么要這樣設計？做錯習題時更要問為什么會錯？知識聯系實際的“為什么”是創新意識的升華。例如：為什么我們乘車時會看到遠處的太陽向前走而近處的樹木會向后走？雨后的天空為什么會出現彩虹？為什么彩虹呈圓弧形等等，堅持不懈地尋根問底就會激發創新意識。

然后，在教學中要培養學生的“質疑”精神。人的思維活動起始于問題，有疑問才會去思考。有疑問是學習新知識、產生新思想、發現新觀點的起點，教師要營造一個寬松的教學環境，也就要創造一個和諧、平等的教學環境，使學生勇于發現問題，敢于提出問題，渴求解決問題，他們的創新意識就會得到培養和發揮。

①提倡學生向教師的教學過程、教學內容質疑。教師的知識結構和教育教學模式都在迅速地老化，只有不斷地“充氧”才能趕上時代的步伐。教師在教學中的言行舉止對學生有潛移默化的影響，教師若能實事求是地但陳不足，和學生一起研究問題，就能成為學生培養質疑精神的好榜樣、好朋友，好老師。學生敢于質疑的精神非常寶貴，要鼓勵和提倡。

②鼓勵學生對教材質疑。高中學生對知識、現象、實驗等有旺盛的求知欲，對新異的事物，特別感興趣，他們對學習的知識愛提出一些疑問，例如：在滑動摩擦力的教學中，有學生提出教材上給出的動摩擦因數都小于1，有沒有大于1的呢？在演示分子間有空隙的實驗中，得到酒精與水混和總體積縮小的現象。有學生提出所有兩種液體混和的體積都縮小嗎？有增大的嗎？在光電效應的教學中，有學生提出入射光的頻率增大，光電子數目增加否？在透鏡的教學中，有學生提出反射光是在人射光區域相消的，透射光應不變，為什么還會增強呢？等等。說明了學生存著強烈的質疑意識，孕育著可貴的創新精神。

③大力提倡學生爭辯。通過爭辯活動可以提高學生質疑的敏捷性、靈活性。量子力學中的測不準原理就是海森堡與愛因斯坦等人長期激烈的爭論后，在海森堡的腦海驟然出現的。長期引導學生進行爭辯、互相質疑無疑會大大增強學生質疑的意識，使學生在質疑辯論中，搞清原來模糊的概念，更重要的是培養學生會持質疑的態度上課，鍛煉思維的準確性、開放性，也提高了流暢表達自己的觀點的能力。

2、挖掘學科特點，培養創新能力

每個人都具有天生的創造力。對于每個正常人來說，創新能力只有大小之差，沒有有無之別。科學家與普通人的差別，不在其大腦聰明與否，而是在其創造潛能能否得到培養與開發。物理課堂教學的重點是培養創新思維，實驗教學的重點培養動手創造能力。

⑴、培養學生創新思維能力。創新思維是一種具有主動性、靈活性、求異性、獨創性和靈感性的思維方式，它往往能突破習慣思維的束縛，在解決問題的過程中，其觀點富有創意。心理學研究表明：中學生熱情奔放，充滿對新世界、新事物的好奇，不畏艱難，勇于探索，對他們進行創新思維的培養，具備心理發展基礎和可能牲。

①在物理教學過程中，從知識的傳授、解題的思維等，都要加強聯想思維的培養。聯想思維主要是指在大量的經驗知識的基礎上，在創造激情的推動下，通過形象類比聯想，把記憶中能反映事物特征的那些映象加以選擇、提煉，重新組合成新的映象的過程。威爾遜發明的、被盧瑟福稱為“科學史上最新最精彩的儀器”——“云霧室”，是與他在蘇格蘭群山的最高峰尼維斯峰度過幾個星期，對山間云霧繚繞的瑰麗的光學現象的觀察、思考分不開的。例如在講解分子勢能、電勢能時，應啟發學生聯想彈簧的彈性勢能、重力勢能與分子勢能、電勢能之間的共性，比較它們的異性，從而使“機械”勢能——“分子”勢能——“電”勢能形成一條鏈。又如：學習玻爾原子能級時，引導學生把核外電子在不同軌道上繞氫核運轉的情況與人運地球衛星在不同軌道上繞地球運轉的情況類比聯想，從而掌握電子繞行的動能、勢能、速度、周期等變化規律。應用類比聯想將知識系統化是創新思維的基礎。

聯想思維將抽象的問題形象化，把復雜的問題簡單化。盧瑟福在α粒子散射實驗的啟發下，在數字計算和邏輯推理的基礎上，以豐富的想象力提出原子的核式結構模型。盧瑟福的腦海里浮現出這樣的圖景，反彈回來的粒子如此稀少，而速率又幾乎和射擊時相等，這不像子彈打在茫茫草原上的核桃上又反彈回來一樣嗎？這是何等生動的想象力。在教學中培養想象力是聯想思維訓練的重要方法。如子彈以一定的速度射擊固定的相同厚度的木板，其阻力恒定，恰好能射穿五塊木板，求子彈穿過各木塊的時間比。從勻減速運動來思考這問題較難，可想象成讓恒定牽引力作用下汽車從靜止開始作勻加速直線運動，在相等位移內的時間比，再將比值關系反向排列為所求。

②直覺思維不遵循一般邏輯規則，不局限于傳統的思維模式。因而具有創造性、靈活快捷的特點。直覺思維作為一種心理現象，必有其自身規律，從本質上講是一種認識的突變，其機理是許多知識因素與思維活動能量積累到一定程度時迅速結合形成認識上的飛躍。這種飛躍產生基礎有兩個方面，合理而清晰的知識結構，是形成思維的內在因素；嫻熟的專項技能是產生直覺思維的外部條件。

直覺思維產生機理告訴我們，結合物理知識與技能教學，追尋思維活動的路徑，創設情境，能有效地誘發直覺思維。物理教學中，學生有扎實知識基礎，理解各部分知識關系，優化知識結構，使學生對所學內容融會貫通，才能起到居高臨下，高瞻遠矚的作用。面臨物理問題就能迅速作出取舍，產生直覺。精選習題，系統地培訓解決物理問題的專項技能，如整體與隔離法、觀察聯想、類比法、假設法、等效法、圖象法、數列、極限法等，建立合理模式，熟練各項技能，提高思維的快捷性、靈活性，有助于直覺思維能力的發現。在中學物理教學中，要引導學生動手搞小制作、小實驗、小發明、寫小論文和科幻文章，培養他們的理論聯系實際的直覺思維能力和創新意識。例如：學生遙控汽車在一平板小車上“進、停、追”平板車就會退、停、進，演示人在船上行走滿足動量守恒定律的現象模似，使抽象的思維直覺化。再如用“超級特技飛行”玩具代替小球在脫離軌道運動，演示圓周運動向心力與速度的關系。用懸掛旋轉飛機驗證一維圓錐擺運動等，這樣既培養了學生的創造思維，又使更多的學生用直覺靈感思維來分析和感知物理現象和規律。

③靈感思維的養成是個逐步積淀的過程，對中學生靈感思維的培養，主要是培養設想、猜想思維能力。布魯納說過：“在自然科學和普通生活中，我們常常被迫根據不完善的知識去行動，我們不得不去猜想。”中曾根說：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發現”。物理學史上的大量事例都是揭示科學創新這一本質的歷史，讓學生了解科學家打破常規思路的科學創新過程，往往會在學生的記憶中留下深刻的印象，久久不會淡忘。這對提高學生的創新能力是非常有益的。

科學創新來自于創造性的猜想。因此我們在教學中應重視發掘教材中有效因素。變換常規的教學方法，放開束縛學生思路的枷鎖，有意識地引導學生進行合理的猜想。例如：在學習牛頓第二定律時，可引導學生從一些日常生活中的現象提出猜想：物體獲得的加速度的大小可能與那些因素有關？是什么關系？然后再進行實驗定量研究來得出結論。在講等溫變化的玻意定律時，由學生初中的熱現象和生活經驗，先猜想一定質量氣體，在溫度不變的情況下，壓強和體積可能是什么關系？再通過實驗來驗證。又如在“原子核的人工轉變”α粒子轟擊氮核的教學中，α粒子轟擊氮核產生了新的粒子是質子。這一現象發生是α粒子將氮核中的質子打出來的，還是氮核獲得α粒子后形成新的原子核，再衰變產生的呢？允許同學們提出猜想，再引導同學們觀察分析布拉凱特云霧室拍攝的照片。由照片中得到的三條徑跡的事實，論證你的猜想是否正確。教材中有很多知識涉及科學猜想的思維，教師要充分挖掘教材的潛力，培養學生靈感思維，提高創新能力。

⑵、在物理實驗教學中培養學生的創新能力。在物理實驗教學中，重視實驗的創新與探索，設計問題的情境，顯示知識獲取的過程，實施“實驗、啟迪、引導”的教學模式，充分發揮物理實驗在培養學生創新精神、探究能力、創造能力的特殊功效。

①、由學生自行設計小實驗。例如：讓學生自行設計不同物體與小木板之間的動摩擦因數的實驗。同學們設計了不同的測定動摩擦擦因數的方案，有水平平面滑動，有斜面上滑動；有用橡皮筋伸長量比值法，也有彈簧秤讀數法；有勻速平衡法，也有勻加速方法求解。又如：在自由落體運動的教學中，教師可讓學生觀察一些落體運動后，由學生分析這些運動的共同特征。提出“這些落體是否是重的落的快，輕的落的慢”，由學生設計簡單的實驗來說明。同學們議論紛紛地設計了很多的方案，最簡單的是將質量差異較大的兩石塊從同一高度，同時釋放。聽落在桌上的聲音是否有先后之差。再提出自由落體是什么性質的運動？你可以設計實驗來驗證嗎？同學們積極思考，共同商量，設計出了用打點的方法來測；有用光電計時方法來測；有用閃光照相方法來測；最有創意而又簡單的方法是“外報法”，物體從光滑斜面上加速下滑是勻變速運動，（這是已有的經驗事實）增大角度物體的運動性質不變，只是加速度的值增大。當角度增大到90o時，就是自由落體運動，且只有重力作用，運動性質還應是勻變速直線運動。教學中使學生動腦，動手的實踐中，感受“創新”成功的滋味，培養創新意識，提高創新能力。

②、學生的心靈深處都存在著使自己成為發現者、研究者、探索者的愿望，如果教師在教學過程中，重視把教學與學生的這種愿望相結合，注意為學生提供發現問題和運用知識的機會、創造解決問題的條件，學生的創新能力就會得到培養和發展，并能在研究過程中親身體驗到人類駕馭知識、改造現實的自豪感，這種內在的情感體驗，會反過來激勵學生再探索、再創新。例如：測電阻的實驗中，給出學生足夠的電學器材，讓學生測小燈泡伏安特性曲線的實驗，要求從零電壓開始逐漸到額定電壓為止。從器材的選擇，電路的設計，測量記錄到作出圖象，分析圖象的意義等都由學生自行設計。最后評比交流，使同學們相互學習，取長補短。再如單擺教學完成后，給出設計題目：提供一定容積的可樂瓶一只（瓶底有一小孔）、細線一根、米尺一把、小石子一塊和盛水的桶一只。試估測水從此瓶底小孔連續流出的平均流量。較多的同學開始很茫然，因水的體積和水流時間都有連續性，通過同學們認真思考、觀察，將已學的知識結合起來，多數同學能完成這個實驗。從標簽上讀出水的體積。用細線與石子組成單擺測時間。這些實驗與知識結合較好，又有較好的創意性，是培養學生創新能力的好方法。

③結合物理知識進行科技制作，如：電學知識學完后，布置學生作一個小型的風力發電機。可以用現成的發電機零件組裝，也可用磁鐵、線圈等制作發電機，自制風輪，讓學生在制作過程中去探索怎樣使輪轉動得最快，怎樣檢測發電機的電流的大小等。最后在相同條件下對比發電量大小。再如：講完全反射教學內容后，安排學生制作蜃景現象的模擬。同學們首先想解決的是有折射梯度的氣層，經同學們的討論研究，認為液體折射梯度容易實現，由不同液體接觸面上的分子擴散來實現。學生在科技活動中，做了大量的小制作。如水位報答器，搖控航模，光控和聲控繼電電路等等。培養了學生的動手能力和解決問題的創新能力。

3、培養學生創新人格和協作精神

人們的價值觀念正經歷著從重視人的創造物的價值到重視人自身的價值的轉變，面對人的品質評價已趨向于提倡人的創造型、開拓型的性格。因此，我們最終應把創新能力的培養落實到學生創新人格的塑造上，凡是有利于創新活動的個性品質，都是創新需要，稱為創新個性，創新個性具有相當的完整性和持久性，對學生今后的發展將產生積極的和決定性的影響。

創新人格表現為：良好的思維品質、獨立的個性特征。如質疑精神、創新意識；優良的意志品質；強烈的求知欲；不竭的進取精神。為塑造學生的創新人格，在教學中，應保護學生的好奇心，解除學生對錯誤的恐懼心理，鼓勵獨創性與多樣性，鼓勵幻想，鼓勵向有創新精神的人學習和接觸。

培養學生勇于面對失敗的精神。在創造活動中，錯誤和失敗遠遠多于成功。愛迪生發明電燈，瓦特發明蒸汽機，萊特兄弟把飛機送上天，都是建立在成千上萬次失敗的基礎上的，事實證明，失敗會使人聰明，“失敗是成功之母”，在物理教學中要將科學家們可歌可泣的百折不撓的意志，獻身科學的精神融合在知識傳授中，增強學生的愛國主義精神、為人類的進步獻身科學的責任心和勇于創新的頑強意志。

物理教師可利用靈活的形式，由學生組合成不同的物理興趣小組，開展各種科技小制作、小發明、小論文等活動，舉辦物理知識競賽，實驗創新能手的評比等，辦好科技板報、手抄報，使班內形成以創新為核心的班級輿論。教師要經常與學生交流創新體會，鼓勵學生之間的適度競爭、相互合作交流相互了解和相互寬容，使全體學生的創造力和每個學生的創新能力相互激勵同步增強。

創新教育的探索與實踐使我們認識到，二十一世紀創新人材的培養是世界教育發展的主流。創新教育既關系到學生個人的可持續發展，更是國家和民族發展和進步的需要，所以我們必須樹立正確的教育觀念，真正地從應試教育轉變為素質教育。努力提高自身創新能力。明確課堂教學是學生獲取知識的主渠道，也是培養學生創新素質的主要途徑。教學中貫徹創新意識是先導，創新精神是源頭，創新思維是關鍵，觀察、實踐是途徑，創新能力和創新人及協作為目標的教學原則。堅定方向，不斷努力，一定能夠培養出優秀的、具有創新能力的棟梁之材。

主要參考文獻資料：

1、《創造學教程》：中國建材工業出版社，魯克成等編著。ISBN7-80090-627-2/G•2；