物理学关于宇宙物质时空的理论发展及实验探索(完整版)实用资料

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物理学关于宇宙物质时空的理论发展及实验探索（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）毕业论文题目物理学关于宇宙物质时空的专业物理学姓名刘步青学号20050904043指导教师金毅二OO九年六月七日目录摘要......................................................................……………..........................................................1关键词................................................................................................................................................11.引言..............................................................................................................................................22.物理学关于宇宙物质的理论发展及实验探索..........................................................................32.1物质概述.....................................…….................................................................................32.2关于物质认识的理论发展与实验探索…………………...32.2.1古希腊及古代中国关于物质本源的思考...…..…..32.2.2近代原子论…………..……….……..42.2.3粒子物理学的发展………...………..42.2.4关于暗物质…………………...……..63.物理学关于宇宙时空的理论发展及实验探索………...………83.1时空概述………...………………...……...83.2关于时空认识的理论发展与实验探索…………...……...83.2.1古代天文学的发展………...…………83.2.2近代天文学的发展…………...………83.2.3现代天文学的发展…………………..103.2.4现今的宇宙图景……………………..114.对物质时空统一的研究历程………………….124.1牛顿和他的经典时空观................................................................................................124.2以太灾难………………124.3爱因斯坦及相对论........................................................................................................125.总结与展望…………….……...15致谢…………………16参考文献……………17物理学关于宇宙物质时空的理论发展及实验探索刘步青(济南大学理学院物理学0501班指导教师金毅摘要:宇宙的形成与演化规律问题,物质与时空的属性问题,自古至今一直是人们研究的热点问题。当前物理学存在两大前沿,一是在微观领域继续探索基本粒子,二是在宇观领域探索天体与宇宙学问题。论文从宇宙的物质、时空以及时空统一等角度作为切入点,结合现代物理学的理论、实验的最新成果,探讨了人类关于宇宙物质时空的认知历程。关键词:宇宙学;物质时空统一;理论与实验TheoreticalDevelopmentsandExperimentalExplorationsontheMaterialandSpace-timeoftheCosmosinPhysicsLIUBuqing(0501,Physics,SchoolofScience,UniversityofJinanSupervisorJINYiAbstract:Thelawsoftheformationandevolutionofthecosmos,thepropertiesofthematerialandthespace-time,sinceancienttimeshavebeenhotproblemsforhumanresearch.Atpresent,therearetwomajorfrontiersinphysics,oneistocontinuetoexploretheelementaryparticlesinthemicro-world,andtheotheristoexplorethecelestialbodiesandthecosmos.Inthispaper,accordingtothelatestresultsinphysicaltheoriesandexperiments,wediscussthehumancognitiveprocessonthematerialandthespace-timeinthecosmos,andtheunificationofthem.Keywords:cosmology;unificationofthematerialandspace-time;theoryandexperiment1.引言“宇”指空间,“宙”指时间。宇宙是万物的总称,是时间和空间的统一,宇宙就是在空间上无边无际,时间上无始无终的,按客观规律运动的物质世界。宇宙的空间尺度:几百年的天文观测,人类的视野已经从地球扩展到了宇宙的纵深。地球只是太阳系家族中的一员;太阳系以太阳为核心,九大行星绕太阳转动。尽管太阳系已经非常庞大,但是相对于宇宙依然是微不足道的。在我们的周边,大量的恒星聚集在一起,构成我们最熟悉的星系——银河系,其直径约为8万光年。在银河系外还有许多像银河系这样规模的星系。宇宙的规模还要比这大得多,天文学家推测,我们的宇宙的空间尺度大约在200亿光年的量级[1]。宇宙的时间尺度:所有的天体都有生老病死,宇宙亦然。宇宙大约在200亿年前的一次大爆炸中诞生。这个理论依据于这样一个事实,即几乎所有星系都以很高的速度相互逃离,这意味着整个宇宙都在膨胀着。这种膨胀没有中心,而且,距离越远,退行速度越大,那么无限遥远的天体将有无限大的退行速度。但是根据相对论的规定,物体运动的最大速度是光速。根据这一极限速度,宇宙的范围已经被限定了。宇宙的边缘可定为退行速度为光速的地方,即前面所说的200亿光年。空间上的大小在天文学中同时意味着时间上的大小。所有的天文学理论都依赖于天文观测,而所有的天文观测都观测到的是光信号或以光速传播的其他电磁波。因此,宇宙的时间尺度可以定为200亿年[2]。宇宙的形成与演化:目前物理学界普遍支持宇宙形成与演化的“宇宙大爆炸”理论[3]。大爆炸理论认为,宇宙是由140亿年前一个致密致热的奇点膨胀到现在的状态的。1948年伽莫夫建立大爆炸理论,经过物理学家数十年的完善,他们为我们勾勒出这样一幅宇宙图景:大爆炸开始时,约140亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。大爆炸后1043秒,宇宙从量子背景出现。大爆炸后1035秒,同一场分解为强力、弱力、电磁力和万有引力。大爆炸后105秒,10万亿度,质子和中子形成。大爆炸后0.01秒,1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。大爆炸后0.1秒后,300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。大爆炸后1秒后,100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。大爆炸后13.8秒后,30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素形成。大爆炸后35分钟后,3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。大爆炸后30万年,3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。宇宙的形成与演化规律问题,物质与时空属性问题,自古至今一直都是人们研究的热点问题,从前只能停留在思辨的领域,而今已纳入了实证科学的范畴,并形成了崭新的科学——宇宙论、天体物理学和粒子物理学;而这些无疑是自然科学中最深层次的基础理论之一,其成果是全人类共同的文化需要。当前物理学主要有两个前沿,一是在微观领域继续探索粒子问题,二是在宇观领域探索天体与宇宙问题。从实验上看,x射线天文学和中微子天文学,把这两个看来似乎不太相关的前沿问题沟通起来了。本文将结合当前最新的物理学进展,从古至今,有步骤、有条理的叙述关于宇宙物质时空的理论发展和实验探索。2.物理学关于宇宙物质的理论发展及实验探索2.1物质概述物质的一般定义是物质是构成宇宙一切物体的实物和场。在世界上,我们周围所有的客观存在都是物质。人体本身也是物质。除了这些实物之外,光、电磁场等也是物质,它们是以场的形式出现的物质。2.2关于物质认识的理论发展与实验探索2.2.1古希腊及古代中国关于物质本源的思考西方历史上第一个自然哲学家泰勒斯,诞生于希腊殖民地城邦米利都。他既是第一个哲学家也是第一个科学家,是西方科学—哲学的开创者。泰勒斯作为第一个自然哲学家留下了一句名言:“万物源于水。”泰勒斯之所以得出万物源于水的结论,可能是因为他发现一切生命都离不开水,种子只有在潮湿的地方才能生根发芽;而且他一定发现大地处于海洋的包围之中,而湿气总是充盈在大地的每一个角落。泰勒斯的徒孙阿那克西米尼认为万物都由气组成,气的浓密和稀疏造成了不同的物体。后来,希腊哲学家阿那克萨哥拉提出了独特的物质结构理论——种子论。种子论主张,任何感性的物质,都不可能互相归结,都只能由带有它本身特质的更小的种子来解释;万物的种子在宇宙创生时处于混沌的混为一体的状态,只是在宇宙巨大漩涡运动中才开始分离。阿那克萨哥拉的这些天才的猜想具有灿烂夺目的理性光辉,他的思维方式完全是科学的、理性的,在这里,没有神意的影子,有的却是对自然现象冷静的观察和理性的思考。毕达哥拉斯是西方历史上著名的数学家和哲学家,他创建了毕达哥拉斯学派。这个学派的主要贡献在数学方面。希腊时代的数学含义较广,包括算术、几何、天文学和音乐学四大学科。在音乐学研究的基础上,毕达哥拉斯学派提出了“数即万物”的学说。他们发现,决定不同谐音的是某种数量关系,而与物质构成无关。希腊哲学家留基伯和德谟克利特提出了科学思想史上极为重要的原子论思想。原子论主张,世界是统一的,自然现象可以得到统一的解释,但统一不是在宏观的层次上进行的,不是将一些自然物归结为另一些自然物,而是将宏观的东西归结为微观的东西,这些微观的东西就是原子。把一个物体一分为二,它变得更小,但仍然是一个物体,它还可以被一分为二。这个过程是否可以无限得进行下去呢?原子论者说,不能。分割进行到最后,必然会有一个极限,这个极限就是原子。所谓原子,在希腊文中的意思就是不可再分割的东西。原子太小,我们看不见,但世界上的万事万物都是由原子构成的,世界的共同基础是原子。为什么世界上诸种事物会彼此不一样呢?原子论回答说,这是因为组成它们的原子在形状、大小、数量上不一样。原子论在希腊时代还只是思辨的产物,主要是一种哲学理论,不是科学理论。但是作为一种杰出的科学思想,原子论有其重要的历史地位。近代科学重新复兴了原子论,并在实验基础上构造了物质世界的原子结构。在中国古代,探讨世界万物的本原是中国自然哲学的主要内容。其中主要有阴阳说,五行说,元气说等。阴阳观念最早记载于殷周之际的《周易》。《易传·系辞上传》说:“一阴一阳谓之道”。这里“阴”代表消极、柔弱、退守、安静等性质和具有这些性质的事物,“阳”代表积极、刚强、进取、活泼等性质和具有这些性质的事物。天属阳气,性质是上升的;地属阴气,性质是沉滞的。阴阳二气上下对流生成万物,乃是天地的秩序。阴阳不和,自然界就会发生灾异。“五行说”是人们在漫长的生产实践中逐步认识到和概括出来的对自然界的一种认识和自然观。“五行说”把宇宙万物归结为金、木、水、火、土五种基本元素,它们相生相克,循环无端。中国古代的元气说体现了一种自然哲学思想,人们把它同古希腊的原子论并列为中西哲学史上的两颗珍珠。原子论说明宇宙万物是不连续的,而元气说则认为自然界是连续的。东汉的王充创立了唯物主义的元气自然体系。他认为元气是一种和云雾相似的物质元素,是无限的、运动的;元气有精粗、厚薄的区别。宇宙都是由元气聚合而成的,自然界物质的多样性是由于禀受元气的不同而造成的。这也可以说是一种原始朴素的场论思想。2.2.2近代原子论古希腊的原子论思想实质是将质的多样性还原为量的差异性,这种思想是与近代科学相吻合的。然而,近代科学的先驱们一开始并未明确接受原子论思想。最早将古代原子论思想注入近代科学思想之中的是法国哲学家伽桑狄,他宣传原子论思想,并尝试用原子论解释托里拆利的真空试验。伽桑狄的著作影响了英国化学家波义尔,后者坚信的微粒哲学是原子论的第一个近代形式。波义尔设想自然界的物质是由一些细小坚实、用物理方法不可分割的微粒所组成的,这些微粒结合成更大的微粒团参与化学反应。但是,这时的原子论只是机械自然观的一种具体形式,在17世纪它还不是一种科学理论,科学的原子论直到19世纪才出现。在19世纪,物质的原子学说获得了广泛的认同。其中最重要的成就是道尔顿原子论的提出和确立。1803年,道尔顿将希腊思辨的原子论改造成了定量的原子论。他提出了下述命题:第一,元素是由非常微小的、不可再分的物质粒子即原子组成;第二,原子是不可改变的;第三,化合物由分子组成,而分子是由几种原子化合而成的,是化合物的最小粒子;第四,同一元素的所有原子均相同,不同元素的原子不同,主要表现为重量的不同;第五,只有以整数比例的元素的原子相结合时,才会发生化合;第六,在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会创生或消失。这种新的原子论很好地解释了定比定律。1808年,道尔顿出版《化学哲学的新体系》,系统地阐述了他的原子论[4]。2.2.3粒子物理学的发展粒子物理学的发展始于1897年电子的发现,从那时到现在经历了一百多年的时间,随着不断地发现新粒子和新现象,粒子物理学从孕育、诞生、成长到成熟,形成了一门崭新的物理学前沿学科。1897年,英国科学家汤姆逊用实验证明,阴极射线在电场和磁场作用下均可发生偏转,其偏转方式与带负电粒子相同,这证明阴极射线是一种带负电的粒子流。汤姆逊测出这种粒子流的质量与电荷的比,其值只有氢离子的千分之一。1898年,汤姆逊进一步证明了该粒子流所带电荷与氢离子属于同一量级,这就表明,其质量只有氢离子的千分之一。汤姆逊将之命名为“电子”,意即它是电荷的最小单位。汤姆逊同时指出,它比原子更小,是一切化学原子的共同组成成分。在早期的放射性研究中,英国科学家卢瑟福发现,各种放射性物质发出的射线属于不同的几种。他将带正电的射线命名α为射线,把带负电的命名为β射线,把不受磁场影响的电磁波命名为γ射线。1910年,卢瑟福用α粒子轰击原子,发现了原子核的存在,从而建立了原子的有核模型。1914年,卢瑟福用阴极射线轰击氢,结果使氢原子的电子被打掉,变成了带正电的阳离子,它实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测它就是人们从前所发现的与阴极射线相对的阳极射线,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将其命名为质子。卢瑟福的学生莫斯莱在试验中发现,原子核所带正电荷数与原子序数相等,但原子量却比原子序数大,这说明,如果原子核光由质子和电子组成,它的质量将是不够的,因为电子的质量相比起来可以忽略不计。因此,卢瑟福猜测在原子核中存在一种不带电的中性粒子。1932年,卢瑟福的学生查德威克用钋加上铍作为辐射源,去轰击石蜡,经过反复实验和分析,发现了卢瑟福所预言的粒子,查德威克将其命名为中子。接着,查德威克进一步用云室方法测量中子的质量,得到中子质量的精确值,还确证了中子呈电中性。在质子、中子发现的基础上,海森伯和前苏联物理学家伊凡宁科分别独立地提出了原子核是由质子和中子组成的理论,进一步解释了元素周期律,这是原子核结构认识上的又一次飞跃。继电子、质子、中子被发现后,核子之间通过什么力结合在一起?核力又有什么特点?这些是现代物理学面临的重要问题之一。我们知道,宇宙间有两种普遍的相互作用,一是引力,一是电磁力,但这两种力均不足以解释核内质子与中子的结构情况。原子核内必定存在一种新的作用力,它具有吸引性,而且与电荷无关。1935年,日本物理学家汤川秀树提出了“交换粒子”的概念,即存在着一种作为传递核力媒介的特殊场,从属于这个场的还存在着某种特殊的粒子,这种粒子是核力的传递者。汤川秀树将其命名为介子。后来,美国物理学家安德森和英国物理学家鲍威尔在宇宙射线中找到了介子,并发现介子有两种:一种是参与核力作用的π介子,一种是与原子核几乎不发生作用的μ介子。π介子就是汤川秀树预言的介子。在实验研究中人们发现,以π介子传递方式产生的相互作用具有强度大、独立于电荷、作用距离和作用时间均极短的特点。这种保持原子核稳定的力就叫做强相互作用。在天然放射性研究中,某些原子核会自动释放出一些射线,经过漫长的过程,变成另一种原子核。什么力使得原子核会自行衰变?人们猜测这种力非常弱,作用范围非常小,称之为弱相互作用。1933年,费米在研究原子核的β衰变时,发现了弱相互作用。美籍华裔物理学家李政道和杨振宁于1956年提出弱相互作用下宇称不守恒。不久,另一位美籍华裔物理学家吴健雄用实验证实了宇称不守恒理论。1928年,英国物理学家狄拉克在建立相对性电子运动方程时,从理论上预言了正电子的存在。1932年8月,美国物理学家安德森在宇宙射线的云室照片中,发现了正电子的存在。正电子被发现后,物理学家们又从理论上语言了反质子、反中子的存在。1933年,奥地利物理学家泡利和费米在研究放射性物质的β衰变时,提出了“中微子”假说,较好地解释了β衰变中的能量亏损现象。但是这种粒子质量极小,穿透能力很强,又是中性粒子,所以在实验中很难直接观测到。直到20世纪50年代,科学家才通过实验证明了中微子和反中微子的存在。20世纪50年代后,大型高能加速器的出现,进一步促进了基本粒子的研究,物理学家们先后发现了一些质量大于质子和中子的超子。50年代末,特别是60年代后,人们又相继发现了大量共振粒子。至今,已发现的基本粒子已有300多种。物理学家根据已有的材料和实验,开始着手研究基本粒子的内部结构,寻找构成基本粒子的更为基本的单位。1956年,日本物理学家坂田昌一提出了强相互作用粒子的复合模型,也称“坂田模型”。他认为,所有参与强相互作用的粒子都是由质子、中子和Λ强子三种“基础粒子”构成。1964年,美国物理学家盖尔曼改进了坂田模型,提出了一种新的基本粒子模型—“夸克模型”。他认为当时发现的所有强子都是由更基本的粒子——夸克组成的。到目前为止,物理学家总共发现了六种夸克——上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克。随着粒子物理学的发展,人们对物质结构的认识不断深入。而在粒子物理学的深层次探索活动中,粒子加速器、探测手段、数据记录和处理以及计算技术的应用不断发展,既带来了粒子物理本身的进展,也促进了整个科学技术的发展;粒子物理所取得的丰硕成果在宇宙演化的研究中也起到了重要的作用。目前,人们对基本粒子的研究仍在继续[5]。2.2.4关于暗物质什么是暗物质?广义的暗物质包括不发可见光的行星、白矮星、黑洞等天体。狭义的暗物质,是指除各种天体、星际气体、宇宙尘埃以外的,可能广泛地分布在宇宙空间的微小粒子[6]。科学家为什么会提出“暗物质”这个概念?宇宙中有没有暗物质?宇宙学的研究认为,宇宙中物质的平均密度,与决定宇宙是膨胀还是收缩的临界值,相差不会超过百万分之一。可是,宇宙中发可见光的恒星和星系的物质总量不到临界值的1%,加上其他辐射电磁波的天体,如行星、白矮星和黑洞等,最多也只有临界值的10%。现已知道,宇宙的大结构呈泡沫状,星系聚集成“星系长城”,即泡沫状的连接纤维,而纤维之间是巨大的“宇宙空洞”,直径达1-3亿光年。如果没有一种看不见的暗物质的附加引力“帮忙”,这么大的空洞是不足以维持的,就像屋顶和桥梁的跨度不能过大一样。我们的宇宙尽管在膨胀,但高速运动中的星系并不散开,如果仅有可见物质,它们的引力是不足以把各星系维持在一起的。我们知道,太阳系的质量,99.86%集中在太阳系的中心即太阳上,因此,离太阳近的行星受到太阳的引力比离太阳远的行星大,因此,离太阳近的行星绕太阳运行的速度,比离太阳远的行星快,以便产生更大的离心加速度来平衡较大的太阳引力。但在星系中心,虽然也集中了更多的恒星,还有质量巨大的黑洞,可是,离星系中心近的恒星的运动速度,并不比离得远的恒星的运动速度快。这说明星系的质量并不集中在星系中心,在星系的外围区域一定有大量暗物质存在。天体的亮度反应天体的质量。所以天文学家常常用星系的亮度来推算星系的质量,也可通过引力来推算星系的质量。可是,从引力推算出的银河系的质量,是从亮度推算的银河系质量的十倍以上,在外围区域甚至达五千倍。因而,在那里必然有大量暗物质存在。那么,暗物质到底是些什么物质呢?宇宙学研究发现,在宇宙大爆炸初期产生的各种基本粒子中,有一种叫做中微子的粒子不参与形成物质的核反应,也不与任何物质作用,它们一直散布在太空中,是暗物质的主要“嫌疑人”。但中微子在1931年被提出来以后,一直被认为质量为零。这样,即使太空是中微子的海洋,也不会形成质量和引力。曾有人设想存在一种“类中微子”,它的性质与中微子类似,但有质量。可是一直没有发现“类中微子”的存在。极小的中微子运动速度极高,可自由穿透任何物质,甚至整个地球,很难被捕找到。但中微子与物质原子和亚原子粒子碰撞时,会使他们撕裂而发出闪光。探测到这种效应就是探到了中微子。但为了避免地面上的各种因素的干扰,必须把探测装置放在很深的地下。日、美科学家在日本岐阜县神冈町1000米深的锌矿井里设置了“超级神冈核子衰变实验中心”,那是一个12层楼高的水箱,盛有2000吨纯净水。1987年2月和1996年6月两次无意中检测到中微子。从此便着意对中微子进行探测。1998年6月,实验中心的科学家宣称中微子确实有质量,但他们还不能确定中微子的质量是多少,不过可以肯定其不足电子质量的十万分之一。为了进一步检测中微子的质量,从1999年6月开始,日、美科学家从茨城县筑波市高能研究所的加速器,向超级神冈核子衰变实验中心发射中微子。实验中心虽然接收到一些中微子,但数量不多。最后结论尚须由进一步的实验来做出。如果中微子确有质量,则宇宙中的物质密度将超过临界值,宇宙将终有一天转而收缩。有些科学家甚至估算出,如果物质的质量超过临界值的1%宇宙将在一万亿年后转而收缩,如果超过10%,则将在1000亿年后转而收缩[7]。寻找暗物质有着重大的科学意义,如果科学家最终能够找到暗物质,那么关于宇宙是继续膨胀还是转而收缩的长久争论将尘埃落定。3.物理学关于宇宙时空的理论发展及实验探索3.1时空概述时空,指时间和空间。任何事物都处于一定的时空之中。物理学认为,时间和空间不是独立的、绝对的,而是相关联的、相对的,任何一方的变化都包含着对方的变化。因此把时间和空间统称为时空,更加科学而完整。3.2关于时空认识的理论发展与实验探索3.2.1古代天文学的发展天文学是研究宇宙中天体系统的结构、运动和演化规律的科学。在古代,中国和古希腊为天文学的发展做出了杰出的贡献。中国古代天文学在世界天文学史上占有及其重要的地位。在汉代,中国出现了关于天体运动和宇宙结构的三种学说:盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说起源于周代,主张“天圆如张盖,地方如棋局。”这种天圆地方说是我国古代最早的一个宇宙模型。浑天说在中国古代天文学中是一种占支配地位的学说,其代表人物是中国的张衡。他在《浑天仪图注》中说:“浑天如鸡子。天地圆如弹丸,地如鸡中黄,孤居其内,天大而地小。天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。”浑天说认识到大地是一个悬浮于宇宙空间的圆球。与浑天说对立的是宣夜说,其代表人物是东汉的郗萌。他认为天没有一定得形状,而是无边无际的充满气体的空间,日月星辰漂浮在空中,各按自己的规律运行。这一学说具有重大的理论意义。古希腊学者自公元前四世纪之后,通过对天体现象和运动的研究,为天文学的发展做出了许多贡献。古希腊哲学家泰勒斯的学生阿那克西曼德、阿那克西米尼和赫拉克利特等认为大地是薄薄的圆片,漂浮在空气的漩涡里,孤立在球状宇宙的中心,日、月与行星在它的周围循圆周而运行。毕达哥拉斯学派发现大地是球形的,发现了黄道和赤道的交角,认识到了日食和月食发生的原因。他们认为日月星辰均遵循同心的圆周轨道绕地球而运行。柏拉图学派的代表人物是欧多克斯和亚里士多德。他们主张一切天体分别以不同的半径绕地球做圆周运动,并初步形成了地球为中心的宇宙观念。古代最伟大的天文学家是古罗马的托勒密,他写出了《至大论》,统一说明了天体的运动现象,把前人的全部“地心”思想系统化,并巧妙地运用几何模型方法,建立了一个完整的地心体系,使古代天文学的发展达到了顶峰[8]。3.2.2近代天文学的发展15世纪以来,环球航行和地理大发现,大大推进了天文观测和天文研究的进展。1543年,波兰天文学家哥白尼发表了他的名著《天体运行论》,提出了新的宇宙体系,——“日心地动说”。哥白尼的日心体系揭示了太阳系的结构,把被地心说颠倒了1000多年的日地关系颠倒了过来。从此,天文学从神学中解放出来,成为近代天文学诞生的标志。在此之后,许多科学家开始研究天体的运动规律,形成了一系列天文学分支学科,主要有天体测量学、天体力学和天体物理学。天体测量学的内容是研究和测定天体的位置和运动,建立基本的参考坐标系和确定地球表面的坐标。1609年,意大利科学家伽利略发明的第一架望远镜,使天文观测手段发生了巨大变革。他看到了月球的面貌,看到了木星的卫星,并且发现银河系是由无数颗恒星组成的。后来,英国著名的天文学家威廉·赫舍尔用自制的反射天文望远镜观测星空,发现了天王星,并且绘制了人类历史上第一张银河系结构图。1800年,赫舍尔发现了红外辐射,1801年,德国物理学家又发现了紫外辐射,把人类对天体的研究领域极大地扩展开来。19世纪下半叶,望远镜增添了照相机和分光设备,使天文观测如虎添翼。1888年,人们发现了仙女座的漩涡结构,从此开始了对河外星系结构的观测,开创了近代天体测量的新纪元。天体力学主要研究天体之间的相互作用和力学运动。德国天文学家开普勒,根据丹麦天文学家第谷的观测资料总结出行星运动的三大定律,为天体力学的诞生奠定了基础。牛顿在前人研究的基础上,根据力学原理从开普勒三大定律推导出太阳对行星的引力定律,由此而得出了著名的万有引力定律。牛顿的万有引力定律,使天文学进入了动力学范畴,天体力学由此诞生。法国科学家拉普拉斯是天体力学的集大成者,其著名杰作《天体力学》,集各家之大成,书中第一次提出了“天体力学”的学科名称,是经典天体力学的代表著作。天体力学的杰出成就是海王星的发现。天王星发现后,人们观测到天王星的运行有些反常。德国天文学家贝塞尔推测天王星外另有一颗行星干扰着天王星的运行。法国天文学家勒维烈对此进行了深入的研究,在1846年8月31日发表了一篇论文,公布了这颗未知行星可能出现的位置。9月18日勒维烈将论文寄给柏林天文台长加勒。9月23日加勒收到勒维烈的来信后立即进行观察,9月25日发现了这颗未知的新的行星。勒维烈提议用海洋之神Neptune命名,中文译为海王星。天体物理学是应用物理学的技术、方法和理论,研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的学科。天体物理学的发展主要应归功于分光技术、天体照相技术和光度学知识。分光技术运用于天文学中,产生了天体分光学,它对于天体物理学的诞生起了特别重要的作用。天体分光学的创始人当推德国物理学家夫琅和费。19世纪初,夫琅和费制造出分光镜,发现了太阳的光谱线。1859年,德国物理学家基尔霍夫发现了分光学的两条基本定律:第一,每一种化学元素在燃烧时都发出一条特别明亮的特征谱线;第二,每一元素能够吸收它所属的特征谱线。这便是谱线的反变或自蚀现象。按基尔霍夫两定律便可解释太阳光谱线的秘密。通过天体分光学可以了解天体的许多重要性质,因此,天体分光学给天文学开辟了新天地,而光谱分析也成为天体物理学的重要方法。1827年,法国科学家涅普斯在金属板上产生了照相图像。后来,达盖尔改进了涅普斯的方法,于1839年公布了著名的“达盖尔照相法”,并制造出第一台照相机。物理学家和天文学家很快将照相术应用于光谱分析。1845年,法国科学家拍得的太阳照片上有几颗太阳黑子。1849年,美国天文学家拍下织女星的图像。照相术成为天文观测的重要手段。光度学的创始人应首推法国人布盖,他在《光的等级》一书里提出了光度学的基本原则。同时瑞典物理学家塞尔苏斯将几颗星的比较亮度作了粗糙的测量。1859年,德国天文学家泽内尔发明了光度计。与光度计同时发展的还有比较星光技术,德国的天文学家对此进行了深入的研究。1857年英国人波格森在前人研究的基础上,建立了光度星等间的基本关系式,以后经人采用为星等尺度的定义。这样,恒星光度学就建立在稳固的基础之上,发展至今达到完善的境界。天体物理学的诞生和发展,使天文观测和研究不断出现新成果和新发现,促使人们而对天体的认识由表面深入到本质。天体物物理学的科学体系得以建立和完善。3.2.3现代天文学的发展20世纪中叶,随着天文学观测和研究手段的不断进步,光谱分析、射电望远镜和大型干涉仪等技术和设备的应用,由光学望远镜到射电望远镜,由地面观测发展到太空观测,天文学取得了巨大进展。20世纪60年代天文学的四大发现:即宇宙微波背景辐射、类星体、脉冲星和星际有机分子,是现代天文学的伟大成就。Ⅰ.宇宙微波背景辐射的发现1964年,美国贝尔公司在新泽西州安装了一架供人造卫星用的天线。利用回声信号接收卫星信息。射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊正在调试这架天线,以测定银河系以外区域的射电波强度。但是奇怪的是,在7.35厘米波长上总有一个原因不明的“噪声”消除不掉,该噪声十分稳定,相当于3.5K的射电辐射温度。他们开始很不理解,因而也未公布自己的发现。消息辗转传到美国普林斯顿大学后,那里的天体物理学家迪克和他的研究小组正在做实验验证宇宙大爆炸模型所预言的宇宙背景辐射。听到这个消息后,他们确信这个无法理解的“噪声”就是宇宙背景辐射。他们通力协作,继续观测,终于证实了彭齐亚斯和威尔逊的观测结果。从1965年以来,对微波背景辐射谱进行多种测量,人们发现这种辐射不是来自某一个天体或者某一个方向,而是弥漫于整个空间,并且有相当好的各向同性,因此把这种辐射称为宇宙背景辐射。分析计算表明,背景辐射的温度是绝对温度3度(-270℃。宇宙背景辐射的发现与大爆炸学说的预言完全符合[9]。Ⅱ.类星体的发现1963年,天文学家发现了一种新的奇异的星体,它体积小、辐射能量极大。其光谱线都朝红色的方向位移,这与普通的恒星很不一样。于是,这些似星非星的天体,便被命名为“类似恒星的天体”——“类星体”。类星体的一个最显著特征表现在“红移”现象上。美国天文学家哈勃总结出哈勃定律,银河系以外的星系,其红移量的大小与到我们的距离成正比。从此以后,只要测定出一个河外天体的红移量,根据哈勃定律便可以定出它的距离来[10]。类星体的另一个显著特点是射电波非常强,强度还随着时间的变化而变化,周期从几天到几年不等。根据类星体辐射强度和离我们的距离推算,它的体积不到普通星系的十万分之一,而它的辐射比普通星系强100倍。用任何已经知道的能源都难以解释类星体的能量来源,为什么类星体体积小、辐射能量强、红移大,有待于天文学家进一步观测和探讨。Ⅲ.脉冲星的发现脉冲星是1967年英国剑桥大学天文学家休伊什和女博士研究生贝尔应用射电望远镜发现的一种“奇异”的新天体。脉冲星以极其精确的时间间隔发出极为规则而又短促的无线电脉冲信号。到1978年,人们已经发现和找到300多个脉冲星。有的脉冲星不仅发射无线电脉冲,还发射X射线脉冲、Y射线脉冲和光学脉冲。脉冲星的发现为恒星演化理论提供了观测上的重要依据。根据现在的理论分析和计算,脉冲星就是1932年物理学家朗道预言而没有发现的一种高速自转的中子星。中子星的体积较小,密度极高,每立方米约l亿吨;辐射能量极大,约为太阳的100万倍,但辐射能量中,只有很少一部分以光辐射形式射出,所以亮度很低;温度很高,表面温度达1000万度,中心温度可达60亿度;磁场强度极高,高达l万亿高斯。Ⅳ.星际有机分子的发现过去,人们认为恒星与恒星之间、天体与天体之间是一无所有的“真空”。20世纪60年代以来,人们先后发现了几十种星际分子的射电谱线,无机和有机这两大类分子均有。已发现的星际分子种类繁多,有水分子,也有氨分子;有有机分子,也有无机分子。据分析,已发现的星际分子由碳、氢、氧、硅、硫、氮6种元素组成。星际分子的发现,丰富和发展了人类对天体和结构演化、地球起源和演化及生命的起源等方面的认识。现代天文学最突出的成就无疑是宇宙大爆炸理论的建立。1948年,美籍俄国物理学家伽莫夫和他的学生阿尔费尔、赫尔曼等开始研究宇宙膨胀论中的早期密集状态,提出了大爆炸宇宙模型。60年代,前苏联天文学家泽尔多维奇,英国的霍伊尔和泰勒以及美国的皮伯尔斯都分别独立地研究过这个问题,逐渐形成了大爆炸宇宙学派。大爆炸宇宙学认为,我们所观测到的宇宙,起源于一次大的爆炸,之后,宇宙不断地膨胀,而且宇宙的温度也在不断地降低,即宇宙有一个从热到冷的演化过程。在极早期宇宙中,温度极高,在100亿℃以上。这时的宇宙只有质子、中子、电子、光子及中微子等粒子形态的物质。经过最初百分之几秒后,宇宙温度下降到10亿℃左右。这时宇宙继续膨胀,物质的密度和温度进一步下降。中子开始失去自由存在的条件,发生衰变,一些化学元素就是从这一时期才开始形成的。当温度下降到100万℃之后,形成化学元素的过程也结束了。这时宇宙间的物质主要是质子、电子和一些轻的原子核,辐射仍很强。再过数万年,宇宙的温度下降到几千度,辐射退居次要地位。宇宙间的电子与离子复合而成气态物质。从气云再逐步发展出各种星体和星系。这时,宇宙才开始了恒星的时代。在亿万颗恒星中,太阳就是其中一个,在太阳系的演化中出现了能够认识宇宙的人类。这就是大爆炸学说勾画出的宇宙演化史。1964年,宇宙微波背景辐射的发现,证实了大爆炸学说的预言,也使大爆炸模型得到了人们的广泛认可。3.2.4现今的宇宙图景当代天文学的研究成果表明,宇宙是一个有层次结构的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。太阳系中共有八颗行星:水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星。除水星和金星外,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星—月球,土星的卫星最多,已确认的有26颗。行星、小行星、彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86%,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小约120亿千米。太阳系外也存在其他恒星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统—银河系。银河系中大部分恒星和星际物质集中在一个扁球状的空间内,从侧面看很像一个“铁饼”,正面看去,则呈旋涡状。银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银河系中心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫做星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系[11]。总星系仍然不是宇宙的全部范围。宇宙到底有多大呢?或许对于我们来说,宇宙永远都是一个谜。4.对物质时空统一的研究历程4.1牛顿和他的经典时空观牛顿是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家。牛顿在科学上最卓越的贡献是创建了微积分和经典力学。1687年牛顿发表了物理学史上划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》。在这部著作中,牛顿提出了他的经典时空观,即绝对时空观。牛顿指出:绝对空间,就其本性而言,与外界任何事物无关,而永远是相同的和不动的。绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着,并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。这就是说,时间和空间是彼此独立、互不相关并且独立于物质和运动之外的,不受物质和运动的影响。牛顿的经典时空观统治了整个物理学界达二百年之久[12]。4.2以太灾难经典物理学经过二百多年的发展,到19世纪末已建立起比较完整的理论体系,并在技术和生产的应用中取得巨大成功。在这些成就面前,有些人认为物理学理论已接近完成。物理学中的基本问题在牛顿力学的基础上都已解决,后人的工作不过是在物理常数小数点后再精确几位。这样,许多人就把经典物理学看成是万能的体系和终极的真理,习惯于用经典物理学的观点去解释一切自然现象。19世纪下半叶,麦克斯韦电磁理论建立以后,人们就用经典力学理论解释麦克斯韦方程,认为光和电磁波的传播都必须有媒介的物质,这种物质就是“以太”。如果“以太”存在,那么根据1725年英国天文学家布拉德雷发现的光行差现象,可以认为以太相对于太阳静止而相对于地球运动。如果“以太”相对于地球运动,那就应该可以通过某种方式探测到。1879年,著名物理学家麦克斯韦提出了一种测定方法:让光线分别在平行和垂直于地球运动方向等距离往返传播,平行于地球运动方向所花的时间将会略大于垂直方向的时间。1881年,美国物理学家迈克尔逊根据麦克斯韦提出的原理设计了一个极为精密的实验,未发现任何时间差。1887年,迈克尔逊再度与化学家莫雷合作,以更高精度重复实验。尽管实验的精度很高,但始终没有观察到预期的干涉条纹,即没有观测到“以太”和“以太风”的存在。人们称以太漂移实验的“零”结果为“以太灾难”。迈克尔逊—莫雷实验是科学史上著名的判定性实验之一,它以确凿的实验事实否定了千百年来人们所认为的以太的存在,这对近代物理学的发展产生了重大的影响。以太漂移实验的“零”结果对“以太”学说是个沉重打击,它表明电磁场的时空结构不同于牛顿力学的时空结构。“以太灾难”使经典物理学面临严峻挑战,建立在经典物理学基础上的机械的、形而上学的自然观陷入了困境。19世纪末20世纪初的一系列物理实验和理论探索,为建立新的时空理论和物质运动理论准备了条件。担当这一重任的是爱因斯坦。4.3爱因斯坦及相对论爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家,也是历史上最伟大的科学家之一[13]。爱因斯坦于1879年3月14日生于德国南部小城乌尔姆。1896年,爱因斯坦考取了苏黎世联邦工业大学。在大学期间,他的大部分时间花在实验中并自学了著名物理学家基尔霍夫、亥姆霍茨、赫兹、马赫和麦可斯韦等人的著作。爱因斯坦认为,科学研究应当保持绝对理性[14,15]。1905年9月,年仅26岁的爱因斯坦发表了题为《论运动物体中的电动力学》的论文,提出了狭义相对论的两条基本假设——相对性原理和光速不变原理。他认为,根本不存在绝对静止的以太坐标系。同时性是相对的而不是绝对的。在此基础上,他推导出了一个变换式——洛仑兹变换式,并给予了全新的解释。他认为,从根本上说,我们只能在物体的相对运动中来度量时间和空间,根本找不到绝对时空坐标。所以,时间、空间、质量等物理量的量度,取决于测量者与被测量者的相对运动状态。他由此得出了狭义相对论的几个结论:(1一个物体相对于观察者静止时,它的长度测量值最大。如果它相对于观察者运动时,那么沿相对运动方向上,它的长度要缩短。速度越快,缩短越大。或者简单说,运动着的尺子要缩短。(2一只时钟相对于观察者静止时,它走得最快。如果它相对于观察者运动时,那么它就走慢了。简单地说就是运动着的时钟变慢。(3运动的物体质量增大。(4在任何惯性系中,物体的运动速度都不能超过光速。(5如果两个独立事件在惯性系S中是同一时刻但不在同一地点发生,那么在相对于S以匀速度V运动的惯性系S′中测量,则它们就不是同时发生的。或简单说同时性并不是绝对的。狭义相对论的提出,很好地解释了以太漂移实验的“零”结果问题,“以太假说”最终被取消了地位。狭义相对论的建立是物理学发展史上的革命,它改变了经典力学的许多基本概念和基本观点,把空间、时间和物质的运动联系起来。但是,它并不是全盘否定经典力学。相反,它是把经典力学作为一种特殊情况包括在自身中。狭义相对论也有它的局限性。它没有解决惯性系何以优于其他参考系之谜,也没有进一步揭示时空与物质分布的关系。狭义相对论只有在引力场比较弱、引力的影响可以忽略的情况下,其结论才是正确的。狭义相对论建立以后,爱因斯坦看到了它的局限性,他没有停止不前,而是继续探求一种更普遍的理论。经过前后共10年的潜心研究,他终于在1915年把狭义相对论推广为广义相对论。1916年初,他发表了《广义相对论基础》,并进行了系统的理论总结。爱因斯坦建立广义相对论的突破口是把相对性原理推广到加速运动的非惯性系。他接受了奥地利物理学家马赫的观点,认为非惯性系理论一定要包括引力理论,而惯性质量和引力质量相等是解决引力问题的关键。他以此为基础,提出等效原理,即一个加速运动的非惯性体系,等效于含有均匀引力场的惯性系。在等效原理的基础上,他又进一步提出了“广义协变原理”,认为在任何参照系中,物理定律的数学形式都是相同的。这样,他就把相对性原理从惯性系推广到非惯性系。爱因斯坦以等效原理和广义协变原理为前提,建立了广义相对论。广义相对论实质上是一种引力理论,在有引力场的区域,空间的性质不再服从欧几里得几何,而遵循着非欧几何。19世纪德国数学家黎曼所建立的黎曼几何学就是非欧几何学的一种,它描写了非平直空间的性质。爱因斯坦选择了黎曼几何为广义相对论的时空模型。广义相对论认为,现实的物质空间不是平直的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。空间的弯曲程度取决于物质在空间的几何分布。物质分布密度越大,则引力场的强度也越大,时空“弯曲”越厉害。理学院物理学0501班学生刘步青毕业论文第14页共17页与牛顿的万有引力理论相比，广义相对论用引力场作用代替神秘的“超距作用”，揭示了引力的本质，而且从新的高度彻底否定了牛顿的绝对时空观.因为广义相对论证明，时空的性质不仅取决于物质的运动，而且也取决于物质本身的分布，它和狭义相对论一起，深刻地揭示时空与物质及其运动的内在联系，证明了世界的物质统一性，为丰富和发展辩证唯物主义时空观提出了新的科学基础。济南大学毕业论文用纸理学院物理学0501班学生刘步青毕业论文第15页共17页5.总结与展望论文从宇宙物质、时空和时空统一三个角度作为切入点，从理论发展和实验探索两个方面，探讨了一下人类对于宇宙物质时空的认知历程。我们可以知道，人类对宇宙的认识总是在进步的，从最初的猜想到观察、实验和总结，人类的认识总是越来越接近真理。人类对宇宙问题的研究，也促进了其他科学如化学、生物学和系统科学的发展。现在，人类对宇宙的研究主要从两个方面进行拓展，一个是微观方面，一个是宇观方面。微观方面的代表科学是粒子物理，如今粒子物理的研究已经进入原子核，到达夸克层次，而比夸克更微小的结构还存在吗？目前还不得而知。在粒子物理学的深层次探索活动中，粒子加速器、探测手段、数据记录和处理以及计算技术的应用的不断发展，既带来粒子物理本身的进展，也促进了整个科学技术的发展；粒子物理所取得的丰硕成果已经在宇宙演化的研究中起着重要的作用。宇观方面的代表科学便是宇宙学。宇宙学是天体物理学的分支，它是研究宇宙大尺度结构和宇宙形成及演化等基本问题的学科。宇宙学的研究对象是天体运动和它的第一起因，在人类历史的很长一段时期曾是形而上学的一部分。作为科学，宇宙学起源于哥白尼原则和牛顿力学，它们指出天体和地球上的物体遵守同样的物理原理并解释了天体的运动。现在这一分支被称为天体力学。一般认为，物理宇宙学起源于二十世纪的爱因斯坦广义相对论和对极远天体的天文观测。现在，宇宙学已经成为了一门极为综合和庞大的学科，而人类对宇宙的研究也会更加深入。宇宙真实的面貌还有待于我们进一步的研究来揭开。济南大学毕业论文用纸理学院物理学0501班学生刘步青毕业论文第16页共17页致谢本文自始至终都是在金毅导师的悉心关怀和指导下进行的。导师渊博的专业知识、活跃的学术思想、平易近人的品格、极具创新的思维方式和实事求是的科学态度，将永远铭刻在我的记忆中。从论文选题到具体设计实现的过程中，无不凝聚着导师的心血和汗水。金老师通过各种方式给予我指导，提出了许多宝贵的意见与建议。在学业和思想上，导师也都给予了我方向性的引导和谆谆的教诲。值此论文完稿之际，谨向金毅导师表示衷心的感谢和崇高的敬意!我要感谢我所有的老师，他们是值得我尊敬和学习的榜样。他们的谆谆教诲使我受益匪浅，他们对教学工作的热爱和严谨的治学态度使我终生难忘，他们向我传授了知识和经验，这是我人生的宝贵财富。我还要感谢我所有的同学，他们在学习上一直激励着我努力前进，并且在生活和思想上给予我很大的帮助。在毕业论文的写作过程，我们相互帮助，相互鼓励，一起交流经验，一起克服困难，他们是我一生的好朋友。同时，我要感谢我的母校济南大学，是济南大学给了我这四年宝贵的学习机会，使我不但在学习上有了更深的探索，而且在做人上有了更成熟的认识，那就是要始终做到严谨踏实，这样才能在自己研究的领域在人生道路上不断前进，勇攀高峰。最后，我要感谢我的家人，感谢他们给我的支持和帮助。他们对我的关心和鼓励，是我学习和生活上的坚强后盾和力量源泉，也期望用自己进一步的努力和成绩给他们更大的回报！济南大学毕业论文用纸理学院物理学0501班学生刘步青毕业论文第17页共17页参考文献[1]李啸虎.人类认识宇宙：漫长的探索历程.科技潮，1998（6）：33-35.[2]吴国胜.科学的历程（第二版）.北京：北京大学出版社，2002：10-13．[3]邹海林，徐建培.科学技术史概论.北京：科学出版社，2005：20-25.[4]罗塞堡，朱章才译.原子论三千年的历史.北京:求实出版社,1987：76-78.[5]郁忠强.粒子物理学100年的发现.现代物理知识，1997，9（6）：2-5.[6]李龙臣.暗物质的奥秘.太空探索,2006（7）：26-27.[7]丁义国，方小兵，胡必录.人类认识宇宙的新窗口——2002年诺贝尔物理学奖评介,安康师专学报,2003,15(6:70-73.[8]帕克尔.中国古代天文学的转轨与近代天文学．北京：中国科技出版社，2021：64-65．[9]胡中为.2006年诺贝尔物理学奖获得者的成果-宇宙微波背景辐射与宇宙学.科学中国，2007（9）：20-23.[10]仲伟纲，丰建淑.“哈勃”的辉煌十年.科技潮，2000（7）：156-159.[11]田如森．宇宙大结构和宇宙膨胀．太空探索，2006（6）：26－27．[12]陈秀华，李怀远．物质时空结构的初步探讨,昆明理工大学学报(理工版，2003，6（3）：177-184．[13]GoldenFrederic．PersonoftheCentury:AlbertEinstein．NewYork:Time,2006,02,25．[14]AlbertEinstein．ScienceandReligion．PrincetonTheologicalSeminary,May19,1939：41–49．[15]AlbertEinstein.PrincetonTheologicalSeminary,May19,1939：41–49.济南大学毕业论文用纸物理课程教学中发展性学生学业成就评价的实践与探索黄仁锋广州卫生学校【摘要】物理课程的教学，有助于培养学生创新精神和实践能力，对学生素质的培养起着重要的作用。但面对新的学习环境和人才培养的要求，课程需要构建新的评价模式。本文通过引入发展性评价理念，实践在物理课程中构建发展性学生评价体系，探索有助于促进学生素质全面发展的有效途径。【关键词】物理课程发展性学生学业评价构建当代教育理论认为，知识是一个过程，而不是结果，知识体系总是处于变动的状态中，这与传统评价方式的静态的一次性操作方式相冲突；传统评价往往用统一和标准化的方式来进行评价，而当代建构评价却认为，认知个体是在主动地解释客观世界，认知个体处在不断发展和改变的过程中。因此，课程评价多元化必然逐渐取代传统单一的评价，并成为课程评价的必然趋势。物理学是中等职业学校护理专业的一门公共文化课程，对学生素质的培养起着重要的作用。但随着医学模式的变革和发展，原有课程评价体系已不适应创新性人才培养的要求。因此，结合专业需要、中职学生的智力类型特点以及中职学校实施学分制管理等实际情况，开展物理课程学生学业评价体系的构建与实践研究，构建体现“生物-心理-社会”医学模式理念的发展性课程评价体系，对培养学生的创新精神和实践能力，良好的人文素质等方面具有重要的意义。一、关于发展性评价的基本理念发展性教学评价，是以促进评价对象发展为根本目的，重过程、重评价对象主体性的教学评价，发展性评价的基本理念：1.发展性教学评价着力于人的内在情感、意志、态度的激发，着力于促进人的完美和发展，是以多元智能理论、建构主义理论、人本主义理论指导下的教学评价。2.发展性教学评价强调评价主体多元化，主张使更多的人成为评价主体，重视评价对象自我反馈、自我调控、自我完善、自我认识的作用。在评价中，不单教师参与评价，还吸收学生本人、学习小组成员参与评价，而且更加重视学生本人自我评价的作用。3.发展性教学评价在重视施教过程中静态常态因素的同时，更加关注施教过程中的动态变化因素。在学习活动中，面对的是有丰富情感和个性的人，是情感、经验的交流、合作和碰撞的过程。在这一过程中，不仅学生的认知、能力在动态变化和发展，而情感的交互作用更俱有偶发性和动态性，恰恰这些动态生成因素对学习效果的影响更大。比如对于研究课题，学生的研究结果可能大大超出教师的预想，甚至比教师预想的更多更深刻更丰富。这就要求教师及时把握和利用这些动态生成因素，给予恰如其份的引导和评价。4.发展性教学评价更加强调个性化和差异性评价。要求评价指标和标准是多元的、开放的和具有差异性的，对信息的收集应当是多样、全面和丰富的，对评价对象的价值判断应关注评价对象的差异性，有利于评价对象个性的发展。在评价体系的构建中，应注意用多把尺子衡量学生。根据美国哈佛大学加德纳教授的多元智能理论，人的智能是多方面的，如果我们从一、两种智能出发制定评价标准，并用以评判学生的优劣，显然是不公正、不合理的。5.发展性教学评价在重视指标量化的同时更加关注不能直接量化的指标在评价中的作用，强调定性评价和定量评价的结合运用。认为过于强调细化和量化指标，往往忽视了情感、态度和其他一些无法量化而对评价对象的发展影响较大的因素的作用。目前所推行的等级加鼓励性评语的评价方法是定性与定量结合的范例。二、构建物理课程发展性学生学业成就评价体系实践物理课程的学生评价是对学生学习进展与行为变化的评价。它包括对学生在物理知识与技能、过程与方法以及态度、情感、价值观等方面发展状况的评价。其中对学生在掌握知识技能方面发展情况的评价是我们历来非常关注的问题，而其他方面的评价当前正越来越受到人们的关注，在实践中，我们构建的发展性评价体系，由三部份组成:物理课堂教学评价；物理实验评价；物理课程的研究性学习评价。1.课堂教学评价课堂教学评价由如下三方面的成绩构成：⑴课堂表现成绩；⑵作业成绩；⑶测验成绩。在课堂教学中师生共同完成表一评价内容，得出每位学生的课堂表现成绩与评语。学期结束时将三项成绩填入表二，得出课堂评价成绩与评语。表一：学生课堂表现评价表姓名：填表日期：学生自评小组评价教师评价评语认真听课668积极思考668主动参与668合作情况668创新精神668评分303040总评100分表二：课堂教学评价汇总表姓名：填表日期：实际分数所占比例折合分数评语课堂表现X30%30%X作业成绩Y30%30%X测验成绩Z40%40%X总评K=30%X+30%Y+40%Z1.课程实验评价物理课程的实验成绩由实验过程成绩和实验报告成绩构成，在每次实验结束前，评出实验过程成绩，如下表：表三：物理课程学生实验过程评价表姓名：填表日期：学生自评小组评价教师评价评语操作技能668工作态度668协作情况668探究精神668创新能力668评分303040合计总分100分表四：物理课程学生实验成绩汇总表姓名：填表日期：实际分数所占比例折合分数评语实验过程成绩X60%60%X实验报告成绩Y40%40%X总分L=60%X+40%Y3.课程的研究性学习评价（1）开题报告与评价学生在教师的指导下，确立研究主题，并填题报告与评价表:表五：开题报告与评价表姓名：填表日期：研究课题名称课题组成员主要负责人指导教师课题的现状（课题的背景和价值、对将要研究的对象的看法和认识）课题研究方案（课题研究的目的，意义，研究的具体内容，采用的研究方法，研究时间安排和主要的环节、步骤，记录数据或实施调查必需的表格等。）预期成果及展示形式（成果的最终形式可以是研究论文、实验报告、课件、作品、模型等各种形式。）可行性分析（包括自己的优势和可能遇到的困难）导师意见（教师是否认可学生的开题报告，是否同意学生开始进行课题研究。）在开题报告完成后，要求每位学生对课题确立过程进行自我评价。以书面形式简要介绍自己从选题开始到完成开题报告这一过程经历的波折，以及从中获得的体验。（2）研究过程记录与自我评价。这是为记录研究活动的全过程而设计的表格，要求课题组每位成员在每次活动后认真填写。表六：活动记录和自我评价表姓名：填表日期：课题名称活动时间活动次序地点参加人员活动内容自我评价本表的主要内容有两部分：活动内容和自我评价。指导教师要指导学生在活动中进行同步的、实事求是的记录。包括小组同学之间、同学与老师之间的集体活动、个人进行的研究活动都要进行记录。这些记录对于及时反映学生课题研究的进展，了解学生对课题认识的提升，了解学生研究方法使用的情况，了解学生情感、态度的变化等都是十分重要的。（3）课题报告(论文)和评价研究过程结束由课题组成员合作完成课题报告，论文内容包括研究的问题、研究方法、探究方式、主要观点及研究结论、参考资料等。并完成以下评价材料：①个人鉴定。要求从研究全过程的角度(自选题开始到论文结题结束)，将自己对研究型课程的认识，研究过程中态度、观念的变化，对研究方法的理解，与平时学科学习的区别与联系，独立、合作学习的感受和体会等表述出来；并将自己与同组的几个同学比较，从态度、能力、方法的角度给自己一个相对的定位。②小组鉴定。在课题小组成员各自交流自己的"个人鉴定"的基础上，小组成员集体讨论，对每位同学在课题研究中的作用和工作成绩进行实事求是的评价，形成评价的意见．指出不足，并由课题小组的组长将评价意见形成书面材料。③教师评价。教师对学生在课题研究的全过程中的态度、能力、方法以及最终的成果进行定性的评价。以评语的形式给出。（4）建立学生成长记录袋学生成长记录袋评价（也称挡案袋评价）作为一种新的评价方法，正逐渐被人们接受，并成为当代研究性学习质的评价的重要方式之一，所谓学生的成长记录袋是指用以显示有关学生学习成就或持续进步信息的一连串表现、作品、评价结果以及相关记录和资料的汇集。学生成长记录袋评价则是通过对学生成长记录袋的制作过程和最终结果的分析而进行的对学生发展状况的评价。是一种在自然情境中的动态评价。它主张在真实的任务中评价学生的综合能力，强调评价主体多元化，并且重视学生的自我评价在整个评价中的作用。档案袋的内容，可以记录学生参与研究性学习的时间、次数、内容和行为结果，它包括观察日记、访谈记录、开题报告、活动记录、社会调查表、实验记录、各种原始数据、学习体会、结题报告等与课题研究有关的各种信息资料。档案材料的积累为学生获得研究性学习的成功感和满足感，对研究性学习进行调整和反思提供依据。档案评价的目的，在于真实地反映学生的学习方法、效果和收获，档案袋内的各种资料实际上是某一时期内学生学习上所付出的努力、情感体验及获得的学习结果的"缩影"。在最后阶段，我们集中一段时间进行展示，将这些"缩影""回放"给学生，通过这种"回放"，引导学生找到自身的闪光点和需要改进的地方，帮助学生了解自身成长的过程，增强其继续学习的信息和勇气。这样一种对档案袋分析的过程，就是学生自我剖析、自我反省的过程，也是一个学生充分利用资料的过程。（5）三方对话，评定等次①学生个人、研究小组、指导教师三方在平等对话，充分讨论的基础上填写研究性学习成绩量化表，并在相应位置签名，确认表格的性质（自评表、小组评价表、教师评价表）。依次评出学生的量化成绩分别为：X、Y、Z。表七：物理课程研究性学习量化评价表姓名：填表日期：研究项目名称研究者姓名指导教师评价要点评价标准ABCDE得分开题报告1．选题的过程、原则自选、导师推荐实用性、科学性③新颖性④可行性108642202．研究方案①环节清楚②安排合理③方法明确④适切性强108642研究过程1．科学精神①实事求是②探索精神③质疑习惯④合作意识108642602．研究态度①对课题的兴趣程度②研究的动机③研究过程中的行为表现1086423．学习习惯①动脑探究的习惯②学习习惯③爱护自然、社会环境的习惯543214．价值观①有所作为②自尊③责任心④自我调控⑤其他543215．研究方法方法的选择正确方法的使用准确、得体302418126结题报告1．论文结构符合科研论文的基本要求54321202．论文内容结构严谨，逻辑性强研究有新意，有创建1086423．论文拓展有对研究的反思有可进一步拓展延伸的方向54321总评性质：；签名：。②学生最后总评成绩由以下公式计算：M=30%X+30%Y+40%Z4.学生总评成绩计算物理课堂表现成绩、物理实验成绩、研究性学习成绩评定后，师生根椐挡案袋共同展示交流，并填写如下总评表。表八：物理课程评价总评表姓名：填表日期：实际分数所占比例折合分数评语课堂教学成绩K40%40%K课程实验成绩L30%30%L课程的研究性学习M30%30%M总评分数与等级H=40K+30%L+30%M学生成绩表述以等级加鼓励性评语给出。成绩等级分五等：A（90-100分）；B（80-89分）；C（70-79分）；D（60-69分）；E（60分以下）。三、关于评价体系的分析与探讨1.在评价体系中，我们使用量化表以及挡案袋相结合进行评价，目的在于探索量化评价和质性评价的有机结合，使评价体系更科学、全面、真实合理。2.在评价体系的量化评价表中，我们在研究性学习的选题、实施过程和结题三个阶段设置的权重分别为20%、60%和20%。给实施过程60%的权重，目的就是为了突出对实施过程的重视，用评价来监控管理实施过程，并体现课题的设计思想。3.在学生评价成绩的计算中，我们引入学生自评、小组评价、教师评价，符合关于评价多元化的原则。其中，学生自评和小组评价两项相加已达到60%的比例，体现了重视学生自我评价的理念，发挥学生自我反馈、自我调控、自我完善、自我认识的作用，更有利于促进学生素质的全面发展。【参考文献】［1］周卫勇：《走向发展性课程评价—谈新课程的评价改革》北京大学出版社2002年6月第一版［2］汪培清：构建新型评价体系促进学生自主发展［3］刘志军论发展性课程评价的基本理念《河南教育报》2003年6月10日［4］王文静实施发展性评价，促进学生与教师发展［5］广州教研发展性教学评价研究课堂教学发展性评价促进中学数学教师的专业发展上海市普陀区王华内容提要：评价具有甄别、鉴定作用，但更重要的作用是激励、导向。本文通过研究中学数学课堂教学的发展性评价，试图构建中学数学教师专业发展的序列，以此解释发展性评价的主旨是促进教师的专业成长，进而促进学生学习质量的提高。一、课题提出的背景及问题分析1．背景分析上海市中学数学新课程实施已于2006年9月在初高中起始年级全面推开，课程标准、教材已进入全面实施的阶段。广大教师认真学习新课标、实践新课程，将促进学生的发展作为工作的终极目标，将课堂教学改革作为主要任务。关注学生、关注自身的专业发展，必然关注课堂；课程改革从局部走向全局、从一般走向深入，最终落实也在课堂。进而有效教学的研究风起云涌，如何上一节数学“好课”？已成为大家共同关注的主要问题，然而目前中小学数学骨干教师严重青黄不接，学校教师继续教育问题没有得到根本解决，多年来，职后培训始终徘徊在理论学习、教材辅导、师徒带教、自主探索之中，没有教师成长的阶段性标准，对教师的评价滞