5.4物理学—人类文明进步的阶梯

第四节 物理学人类文明进步的阶梯（一）教学目标1.知识与技能（1）了解物理学与自然科学其他领域的关系，知道物理学的研究成果和研究方法对自然科学的影响和促进作用。（2）了解物理学对现代科学技术发展的推动，体会物理学的巨大影响和作用。 (3)了解物理学对人类社会文明发展的推动，体验物理学对人类社会生活的影响 2过程与方法 。 (1)举例说明物理学的研究成果和方法对自然科学其他领域的影响和作用，体会物理学对自然科学发展所起的重要作用 (2)列举物理学理论转化为高新技术成果的具体实例，体会物理学对科学技术的推动 (3)收集科学技术推动人类社会发展的具体实例，关注科技发展对冬类生活的影响 (4)通过讨论与交流，使学生深刻体会科学技术应与人类和谐发展，使学生明确在探索自然界的运动变化规律的同时，应遵循客观规律，使科学技术与社会发展相一致 3情感、态度与价值观 (1)通过了解人类借助自然科学认识世界，改造世界，创造美好生活的“事迹” ，激发学生对前人的敬仰，对科学的兴趣和对理想的憧憬 (2)通过呈现物理学对推动人类社会文明的进步，使学生更深刻感犟物理学的价值促进学生情感的迁移和人性的完善，进而无限地热爱“物理世界” (3)促进学生关注物理知识与技术的发展，使学生感受物理知识对现代生活的影响，从而引发他们的学习热情，利用所学知识和技能开创自己的未来 (4)通过指导学生收集相关信息、例证，培养学生获取和评价信息的能力、组织信息的能力、交流和表述信息的能力、使用计算机处理信息的能力 (二)本节概述 1本节特点 (1)重视展示物理学成果和方法对其他学科的发展产生的影响，体现物理学的博大和精深 (2)重视物理学对现代技术的推动作用以及对人类生活的影响 (3)展示物理学对人类社会文明进步的推动作用 2教法与学法 本节内容涉及的知识面较广，许多内容在高中阶段都不可能涉及在此只能作一般性介绍，并不要求学生对诸多具体问题深入理解和掌握因此本节教学适宜采用师生互动型的讲座、演讲、讨论交流等灵活多样的形式开展，除共同学习、体会教材所提供的实例外，应指导和鼓励学生从多种渠道收集物理学对自然科学、现代科技社会进步起推动作用的例证，学生对自己收集的信息体会更加深刻同时，信息社会化和社会信息化是当今重要的时代特征，人们在从事科学研究活动的过程中，要处理大量的信息，并需要与其他人进行有效的信息交流应该说，信息能力既是学生科学素养水平的体现，也是学生今后在现代社会生存和发展所必须的一项基本能力本节教学十分适于锻炼和培养学生的信息能力教师可以向学生推荐一些信息来源，如科普网站(wwwcctvcnscience、wwwkepugovcn、wwwbikepugovcn)、科普读物(科技辅导员、中学科技、科学世界)电视节目(走进科学、人与自然、discovery)等 本节内容有两个主题，安排了“讨论与交流”、“实践与拓展”各两项在进行活动时需要学生了解大量相关拓展性知识，拓展性知识是基础性知识的拓展，与现实生活密切相关，可以为学生提供广阔的背景(如知识背景、生活背景、文化背景、政治背景)实际上，随着物理和物理教育理论的发展，物理教育不应当仅局限于知识的传授，而应当拓宽物理教育的视野和背景，以适应学习化社会的发展(三)教材说明与教学建议 教材开篇即指出：物理学肩负着“探索自然、驱动技术、拯救生命”的历史使命，这也是通过本章教学应能使学生产生对物理学如此的认识，深刻体会到物理学的意义和作用 1物理学与自然科学一人类文明进步的基石 在物理学的基础性研究过程中，形成和发展出来的基本概念、基本理论、基本实验手段和精密的测试方法，已成为其他许多学科的重要组成部分，并产生了良好的效果这对于天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学甚至经济学都是如此，1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型Black一Ccholes公式该公式的主要创建人FSBlack的学历背景如下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964一年获该校数学应用系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授当前出身理科的人跻身经济学界的大有人在 19世纪末、20世纪初，相对论和量子论的确立是物理学革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地质学等学科的理论也都发生了革命性的突破，并形成了一些交叉学科，如物理化学、生物物理、地球物理等等当前科学中最活跃、最引人注目的课题，如生命科学、宇宙起源、材料科学等等，都与物理学的研究成果和研究方法密切相关现代物理知识对其他学科的渗透比上个世纪要广泛得多，教师在教学过程中必须拓宽视野，重视物理学与人文科学和其他技术科学知识的交叉与拓宽 物理学对自然科学各个领域都有相当重要的影响和作用，限于篇幅，教材不能过多地介绍，只是列举了物理学的研究方法和成果对化学、生物学、天文学的影响，教学中应鼓励学生结合本节“实践与拓展”第1题了解更多物理学与其他自然科学的关系 实践与拓展 1数学对物理学的发展起了重要的作用，反过来物理学也促进数学的发展例如力学与数学在发展中始终相互推动，相互促进一种力学理论往往和相应的一个数学分支相伴产生，如运动基本定律和微积分，运动方程的求解和常微分方程，弹性力学及流体力学和数学分析理论，天体力学中运动稳定性和微分方程定性理论等，因此有人甚至认为力学应该也是一门应用数学但是力学和其他物理学分支一样，还有需要实验基础的一面，而数学寻求的是比力学更带普遍性的数学关系，两者有各自不同的研究对象 地质学与物理学密切相关地球物理学的研究对象是地球整体及其各组成部分的物理学性质和物理过程，如地球重力加速度的测定、地磁的测定、地震的研究等等地质学的分支矿物学和岩石学，是在19世纪应用物理学和化学等学科的理论和方法的基础上形成和发展起来的 物理学与气象学用物理学的相关规律去研究大气的性质和运动，使人们得以进行天气预报 2物理学与现代技术人类文明进步的推动力 为说明物理学的发展与科学技术发展的密切关系，教材列举了电子信息技术、核能发电、激光技术的发展应用以及相关的物理理论和实验基础(详细背景知识可参阅课程资源)，目的在于使学生切实体会物理学的发展对科技发展的推动作用和对人类社会生活的巨大影响，教学中要提示学生特别注意每一项科学技术诞生的物理学发展背景 本节最后一段总结了科学技术发展推动人类社会不断进步，概括了人类社会随科技发展而进入的四个时代，目的是使学生更深地体会科学技术是认识自然和改造自然的强大武器，在历史上始终是一种起推动作用的进步的革命力量20世纪以来，科学、技术、经济、社会的关系日益密切，并且相互制约、相互影响科学技术的迅猛发展已使社会生活的各个方面发生了深刻的变化 教师最好能结合本章第二、第三节内容补充介绍物理学的革命是如何引起科学技术发生了一系列广泛而深刻的革命性变化在科学技术发展史上，20世纪前半期占有重要的地位这一时期，19世纪末、20世纪初开始的物理学革命，带动了化学、天文学、生物学、地质学等学科的发展，从而形成了以相对论和量子力学为代表的现代的科学革命科学理论上的重大突破又带来一系列技术进步以电力的发明和利用为标志的第二次技术革命不断深化，电力、汽车工业蓬勃发展，在第二次世界大战的刺激下，原子能技术、计算机技术和航天技术发展迅速，并成为第三次技术革命兴起的标志20世纪前半期科学技术的重大突破又引起社会经济、产业结构、生活方式等方面的重大变化，并为战后第三次技术革命的深入发展奠定了基础。 另外，还应向学生说明物理学研究的重大突破导致生产技术的飞跃已经是历史事实反过来，发展技术和生产力的要求，也有力地推动物理学研究的发展，固体物理、原子核物理、等离子体物理、激光研究、现代宇宙学等之所以迅速发展，是和技术及生产力发展的要求分不开的目前在物理学前沿进行研究工作，必须使用尖端技术，否则就无法使实验研究工作达到一定的深度，也很难开辟新的研究领域因此理论和实践，基础理论和尖端技术的关系将日益密切、互相促进，并一日千里地向前推进 在组织学生进行“实践与拓展”第2题时，鼓励学生去查找更多的物理与科技相结合的实例，例如航天技术、生物工程、无线电技术、核磁共振技术、纳米技术等，使学生认识物理学对人类社会生产生活方式的影响、对生产力的促进；激发学生对物理学更浓厚的兴趣和热爱同时培养学生收集、整理信息的能力教师可以组织相应的教学活动，如科技论文写作、科技竞赛、科技板报评比等，还可以组织学生收集各种与物理有关的科技新闻，举办“科技新闻发布会”，并将每个学生收集的信息集中记录，要求学生注明科技新闻的来源及自己对它的简短评价，配合此项活动半科技板报或手抄报也可以结合多媒体现代化教学手段，增大介绍应用知识的信息量，通过多种教学手段显示物理知识在技术应用中的巨大魅力，同时促进学生学习能力的全面发展 这一主题下的两项讨论与交流活动旨在结合物理学发展的成就及前沿问题渗透STS思想教育，使学生认识到科学技术一方面推动了人类社会文明的发展，另一方面科学技术如不能正确应用，对人类的发展同时也具有负面效应 讨论与交流 (1)科学技术的发展对我们的生活水平、生活方式、文化教育等方面的影响是极为深刻的从日常的衣食住行中，处处可以感受到科学技术给我们生活带来的变化各种合成纤维大大丰富了人们的衣着面料；农业的增产提供了丰富的食品，改善了人民的食品结构；至于汽车、飞机的发明和普及带给人们交通的方便、快捷；医学的进步提高了人民的健康水平，延长了平均寿命；教育的普及提高了人民的文化水平；电灯、电话、家用电器的普及大大方便了我们的生活这样的例子不胜枚举 (2)当前我们面临的许多问题，如温室效应、物种的灭绝、臭氧层的破坏、核战争、大气污染、能源危机等这些问题都是与科技相互关联的，需要我们给予足够的重视 例如，20世纪20年代以来，随着工业的发展，特别是石油、天然气、化学工业的增长，汽车的普及，造成了前所未有的环境污染问题20世纪60年代以前著名的“八大公害”中；至少一半发生在1950年前它们是：(1)“马斯河谷事件”1930年12月，比利时马斯河谷工业区由于空气中二氧化硫浓度过高，致使六十多人死亡；(2)“多诺拉烟雾事件”1948年发生于美国宾夕法尼亚州多诺拉镇因二氧化硫及其氧化作用与大气中的尘粒结合，形成致害毒素，致使5500人染病，17人死亡(3)“洛杉矶光化学烟雾事件”40年代初发生于美国洛杉矶市由于汽车排放的废气在日光作用下形成毒雾，刺激人的感官而造成危害(4)“水俣病事件”1935一1956年发生于日本熊本县水俣市由于含甲基汞废水污染水体，使鱼类中毒，人食了毒鱼引起中枢神经疾