高中文理贯通教育的思考

高中文理贯通教育的思考第1页，共94页，2023年，2月20日，星期四高中文理贯通教育的思考1问题的提出2解决问题的思路3我们要进行的研究第2页，共94页，2023年，2月20日，星期四1问题的提出

1.1从一次谈判说起第3页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.2物理教学的现状1.2.1脱离实际第4页，共94页，2023年，2月20日，星期四脱离实际有一个倔强系数为8×103N/m的弹簧放置在光滑的水平桌面上，将它的一端固定，它的自由端系上一块质量为4.99kg的木块。一颗质量为10g的子弹，以1000m/s的速度水平射入这块静止的木块并嵌在其中，弹簧被压缩从而做简谐振动。求弹簧的振动周期。第5页，共94页，2023年，2月20日，星期四有一个氧气钢瓶，放在室温是27C房间里，钢瓶里氧气的压强是15atm，现在把它放到温度是57C的地方，钢瓶中的氧气的压强是多大？用销钉固定活塞把水平放置的容器分隔成AB两部分，其体积之比∶=2∶1，如图2所示，起初A中有温度为127℃压强为1.8×Pa的空气，B中有温度为27℃压强为1.2×Pa的空气，拔出销钉，使活塞可以无摩擦地移动（不漏气），由于容器壁缓慢导热，最后气体都变到室温27℃，活塞也停止运动，求最后气体的压强。AB图2第6页，共94页，2023年，2月20日，星期四如图所示,质量为m的物体在恒力F的作用下沿天花板匀速滑动，F与水平方向的夹角为θ，物体与天花板之间的动摩擦因数为μ，则物体受到的摩擦力大小是()（A）Fcosθ（B）Fsinθ（C）μ(Fsinθ-mg)（D）μ(mg-Fsinθ)图6-15第7页，共94页，2023年，2月20日，星期四国外物理教育一个小孩重364N，坐在重41N的凳子上，已知凳腿与地面接触的总面积为19.3cm3，问该小孩与凳子施加在地面上的平均压强为多少？第8页，共94页，2023年，2月20日，星期四宇航员与月球登陆舱都对月球表面产生压强。如果月球舱的质量约为7300kg，并且以直径均为91cm的四个缓冲器座作为支撑，那么它施加在月球表面上的压强是多少？你如何估计宇航员所产生的压强？第9页，共94页，2023年，2月20日，星期四要建造一座功率输出容量为1000MW的太阳能发电厂，如果太阳收集器是效率为90%的光电池和反射镜。它们产生的蒸汽供给涡轮发电机，效率为30%，问：收集器必须占多大面积的土地？第10页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.2.2省略过程实验?过程?故事?趣味?第11页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.2.3轻视人文关于科学事件关于科学结论关于科学价值观第12页，共94页，2023年，2月20日，星期四关于脱离实际省略过程轻视人文第13页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.3物理教学效果理科生理论解题结论第14页，共94页，2023年，2月20日，星期四问题的症结在哪里？应试教育问题成才观念问题社会、文化问题第15页，共94页，2023年，2月20日，星期四知识结构的片面性问题是一个实际存在的问题，这个问题可能跟我们的基础教育是有关的，应试教育可能是一个因素。第16页，共94页，2023年，2月20日，星期四2解决问题的思路第17页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.1取消文理分科现在行得通吗？第18页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.2改革教材教材改革之路省版教材试用本甲、乙种本必修加选修较高要求和基本要求新课程必修加选修多年改革的效果如何？第19页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.3改革课程全方位的改革教材内容课程结构教学方式评价体系组织形式我们可以做什么？第20页，共94页，2023年，2月20日，星期四多少年来的教材改革没有解决学生的知识结构问题，多少年来的教育改革没有解决学生学业负担过重的问题，当前的新课程改革又一次给我们带来了一些希望。第21页，共94页，2023年，2月20日，星期四3我们要进行的研究3.1总体目标选修课的教材研究和教学实践第22页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.1.1课程性质形式校本选修内容以物理学为中心的文理贯通知识目的有效改善学生的知识结构树立科学精神和人文精神第23页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.1.2研究的基础前期我们已经做了有关的研究：对科学和哲学进行了研究对科学和文化进行了研究

第24页，共94页，2023年，2月20日，星期四连载1怎样看待古希腊哲学《中学物理教学参考》2004年1、2期合刊连载2孩子·哲学·物理学《中学物理教学参考》2004年第3期连载3科学和哲学的分水岭《中学物理教学参考》2004年第4期连载4科学统一世界《中学物理教学参考》2004年第5期连载5理性·实践·信仰《中学物理教学参考》2004年第6期连载6悖论,科学问题的哲学思辨《中学物理教学参考》2004年第7期连载7智慧就是力量《中学物理教学参考》2004年第8期连载8理念的世界《中学物理教学参考》2004年第9期连载9科学规律的形式《中学物理教学参考》2004年第10期连载10存在和变化《中学物理教学参考》2004年第11期连载11一半随缘，一半随机《中学物理教学参考》2004年第12期连载12科学和哲学的汇合《中学物理教学参考》2005年1、2期合刊连载13从物质、运动不灭思想到守恒定律《中学物理教学参考》2005年第3期连载14人择原理《中学物理教学参考》2005年第4期连载15永恒的魅力《中学物理教学参考》2005年第5期第25页，共94页，2023年，2月20日，星期四连载1东方文化的魅力《物理教师》2007年第3期连载2灿烂的古希腊文化《物理教师》

2007年第4期连载3科学的兴起《物理教师》

2007年第5期连载4科学改变了世界《物理教师》

2007年第6期连载5人类的交通变革《物理教师》

2007年第7期连载6从结绳记事到互联网《物理教师》

2007年第8期连载7娱乐的意义《物理教师》

2007年第9期连载8战争文化的变迁《物理教师》

2007年第10期连载9凝固的音乐《物理教师》

2007年第11期连载10文明的两翼《物理教师》

2007年第12期连载11科学精神《物理教师》

2008年第1期连载12科学美《物理教师》

2008年第2期连载13科学的文化背景《物理教师》

2008年第3期连载14科学的社会建制《物理教师》

2008年第4期连载15从蒙难到和谐《物理教师》

2008年第5期连载16法的科学背景《物理教师》

2008年第6期连载17文化的载波《物理教师》

2008年第8期连载18理性的呼唤《物理教师》

2008年第9期连载19时代精神的精华《物理教师》

2008年第10期第26页，共94页，2023年，2月20日，星期四对当前教育界课题立项的两点困惑：1.研究期限为2年？2.研究结果一定成功？这项研究做过了！这项研究成功了？第27页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.1.3课程的实施

我们在思考的问题：教材具有怎样的面貌？授课模式会有变化吗？怎样促进学生的发展？第28页，共94页，2023年，2月20日，星期四以校本课程的形式进行这项改革，具有灵活性。如果这项改革失败了，那么就转向别的方向。如果这项改革能成功，那么逐步把这门选修课变成必修课。第29页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.2本课程内容介绍3.2.1四个板块古希腊文明科学的文化背景历史上最美丽的实验科学家的思维第30页，共94页，2023年，2月20日，星期四文理贯通与古希腊文明关于西方文化的源头关于科学文化的源头古希腊文明本身是文理贯通的第31页，共94页，2023年，2月20日，星期四文理贯通与科学的文化背景科学是一种文化科学的形式和内容跟文化有关第32页，共94页，2023年，2月20日，星期四文理贯通与科学史上的重要实验实验不仅仅属于科学的范畴实验是人做的、是在一定的历史条件下做的科学实验本身是文理贯通的第33页，共94页，2023年，2月20日，星期四文理贯通与科学家的思维科学家的思维不仅是科学的也是一定的历史的、社会条件形成的科学家的思维内容本身也是文理贯通的第34页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.2.2三条线索历史诗歌哲学第35页，共94页，2023年，2月20日，星期四第1条线索：科学史教育关于科学史的认识必然性和偶然性问题关于科学史教学的做法引入简单化割裂第36页，共94页，2023年，2月20日，星期四下面列举的事例中，正确的是（）。（A）居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现了正电子（B）卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象（C）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予证实（D）玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象第37页，共94页，2023年，2月20日，星期四把科学家和科学成就进行连线

牛顿万有引力定律法拉第电磁感应定律爱因斯坦相对论玻尔量子理论第38页，共94页，2023年，2月20日，星期四第39页，共94页，2023年，2月20日，星期四历史故事给人以贯通的脉络牛顿的少年时代伦敦的瘟疫剑桥的放假牛顿的研究第40页，共94页，2023年，2月20日，星期四第41页，共94页，2023年，2月20日，星期四三句名言，三个故事尤里卡给我一个支点，我就能撬动地球不要动我的图第42页，共94页，2023年，2月20日，星期四后续的故事——羊皮书的故事阿基米德的著作在中世纪有3个副本第43页，共94页，2023年，2月20日，星期四10世纪抄在羊皮纸上（希腊文）12世纪一名僧侣得到羊皮书洗净墨迹抄写祈祷文1906年哥本哈根大学教授发现给书上有阿基米德著作1919~1922年发生希土战争该书失踪1998年该书现身，被拍卖后送巴尔的摩华特斯美术馆古文物复原专家复原阿基米德著作恢复了80%华特斯美术馆善本书籍部主任：“这犹如从公元前3世纪收到一份传真。真是令人兴奋不已。”第44页，共94页，2023年，2月20日，星期四科学史教育不仅是我们物理教学的内容而且也是进行素质教育的方法科学史教育科学知识与技能的传授科学过程与科学方法的教学，科学情感、科学态度和价值观的教育。第45页，共94页，2023年，2月20日，星期四第2条线索：诗歌诗歌给人以联想的意象第46页，共94页，2023年，2月20日，星期四丘成桐描述陈省身的陈氏类的研究：采菊东篱下悠然见南山

丘成桐描述自己的超对称的引力场结构的研究：落花人独立微雨燕双飞第47页，共94页，2023年，2月20日，星期四朱夏院士：红岩百丈英雄岭，捻指油砂自在香。似挽流光酬寂寞，格孜湖水拥斜阳。第48页，共94页，2023年，2月20日，星期四关于牛顿的评价关于牛顿的传记牛顿自己的语录都没有诗歌浪漫，给人以联想第49页，共94页，2023年，2月20日，星期四

墓志铭这儿安睡着伊萨克·牛顿爵士。他以超乎常人的智力，用他所发明的数学方式，第一次证明了行星的运动和图像，彗星的轨道和大海的潮汐；他研究了各种不同的光线，以及由此所产生的颜色的性质，而这些都是别人连想都没想到的；对于自然、历史和圣经，他是一个勤奋、敏锐而忠实的铨释者。他用他的哲学证明了上帝的威严；他渡过了新教徒式的简朴的一生。所有活着的人都为有他这样一位伟人而感到幸福。第50页，共94页，2023年，2月20日，星期四（蒲柏为牛顿写的墓志铭）Natureandnature’slawlayhidinnight.Godsaid,letNewtonbe!Andallwaslight.第51页，共94页，2023年，2月20日，星期四（蒲柏为牛顿写的墓志铭）大自然及其规律在黑暗中。上帝说让牛顿去吧！于是一片光明。第52页，共94页，2023年，2月20日，星期四（给牛顿建立科学理论附一首诗）一往伦敦抱敬思，剑河桥影断肠时。千般落木见无数，万物相引梦有知。昨念平抛随归雁，今看星箭走西寺。今朝留影功勋树，再访英伦会有期。

第53页，共94页，2023年，2月20日，星期四（给牛顿建立科学理论附一首诗）夜幕下的沃斯索普村四周如梦，一片蛙声回味着苹果落地的瞬间追思着太阳色彩的光影那是大自然表演的精彩一幕引无数学子求索一生第54页，共94页，2023年，2月20日，星期四（给阿基米德开创科学研究附一首诗）先贤希腊哲如林，独立科学第一人。起举地球施无力，计量王冠浴有盆。千人持镜镜焚舰，一剑刺君君断魂。我为奇才长叹息，羊皮书里读传真。

第55页，共94页，2023年，2月20日，星期四（给阿基米德开创科学研究附一首诗）浴盆、杠杆、支点你是科学史上第一人，机器、镜子、阳光你在保卫战中敌万人，圆规、树干、沙盘你的生命定格在研究的瞬间啊！阿基米德你的智慧跨越关山万里，你的精神穿透宇宙永恒。第56页，共94页，2023年，2月20日，星期四第3条线索：哲学哲学给人以深刻的思想科学知识中认识论上关于价值观方面第57页，共94页，2023年，2月20日，星期四牛顿的发现是必然的还是偶然的？牛顿的世界观是怎样的？欧氏平直空间、均匀时间与运动无关的时空机械决定论第一推动第58页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.2.3作业与考核开放性作业实验制作的作业学生喜欢作业吗？怎样考核？第59页，共94页，2023年，2月20日，星期四文理贯通从内容上来说是古希腊文明、科学的文化背景、科学实验、科学家思维四个板块。从形式上来说是科学史、诗歌、哲学三条路径。第60页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.3文理贯通教学的实践3.3.1已经进行的实践（2项）古希腊文明科学的文化背景第61页，共94页，2023年，2月20日，星期四古希腊文明内容提要第一部分科学的起源（第一、二讲）一、古希腊的神话二、古希腊的自然哲学三、古希腊的理性精神四、古希腊的天文学第二部分希腊三贤（第三、四、五讲）一、苏格拉底二、柏拉图三、亚里士多德第三部分传播至今的科学成就（第六、七讲）一、欧几里得几何二．阿基米德第四部分古希腊与现代文明（第八讲）一、希腊文化的流传二、希腊的学术、民主制度、艺术对现代的影响三、对现代文明的思考第62页，共94页，2023年，2月20日，星期四苏格拉底之死罪名服从审判我去死，你们去活，究竟谁过得更幸福，唯有神知道。第63页，共94页，2023年，2月20日，星期四第64页，共94页，2023年，2月20日，星期四科学的文化背景内容提要第1课中国古代科学的特点第2课西方文化的源头第3课东西方文化的对比第4课科学诞生的文化背景

第5课科学改变世界

第6课科学发展的动力

第7课科学和理性第8课时代的旗帜第65页，共94页，2023年，2月20日，星期四博弈：点线行棋和空间行棋第66页，共94页，2023年，2月20日，星期四科学表述

乙丙丁甲

第67页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.3.2实践的反思坚持方向（学生的需要）改善形式（学生的向往）作业是问题（学生要吗？）第68页，共94页，2023年，2月20日，星期四本项研究的实施既有有利条件，也有不利条件。有利条件是有一部分学生对文理贯通课程有兴趣；不利条件是课程要求的落实有相当的难度。第69页，共94页，2023年，2月20日，星期四举例片断第70页，共94页，2023年，2月20日，星期四第71页，共94页，2023年，2月20日，星期四1.电子双缝干涉实验最美丽的物理实验第72页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、实验背景1.物质波理论的创立

法国物理学家德布罗意，原来学历史，第一次世界大战期间曾在军队服役从事无线电工作。平时爱读彭加勒、洛仑兹和朗之万的科学著作。后对普朗克、爱因斯坦和玻尔的工作发生了兴趣，转而研究物理学。退伍后随朗之万攻读物理学博土学位。他的兄长莫里斯·德布罗意是一位研究X射线的专家，曾在1911年第一届索尔威会议上担任秘书，负责整理文件。那次会议的主题是关于辐射和量子论。会议文件对路易斯有很大启发。莫里斯和另一位X射线专家布拉格联系密切。布拉格曾主张过X射线的粒子性。这个观点对莫里斯很有影响，所以他经常跟弟弟讨论波和粒子的关系。路易斯·德布罗意（1892-1987）第73页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.三篇重要的论文

1923年9-10月间，德布罗意连续在《法国科学院通报》上发表了三篇有关波和量子的论文。第一篇是《辐射——波与量子》，提出了实物粒子也有波粒二象性，认为与运动粒子相应的还有一正弦波，两者总保持相同的位相。后来他把这种假想的非物质波称为相波。第二篇题为《光学——光量子、衍射和干涉》的论文中，德布罗意提出如下设想：“在一定情形中，任一运动质点能够被衍射。穿过一个相当小的开孔的电子群会表现出衍射现象。正是在这一方面，有可能寻得我们观点的实验验证。”第三篇题为《量子气体运动理论以及费马原理》的论文中他进一步提出，“只有满足位相波谐振，才是稳定的轨道”。在第二年的博士论文中，他更明确地写下了：“谐振条件是，即电子轨道的周长是位相波波长的整数倍。”

第74页，共94页，2023年，2月20日，星期四第75页，共94页，2023年，2月20日，星期四

德布罗意的论文发表后，当时并没有多大反应，一些人认为他的想法过于玄妙。后来朗之万将论文寄了一份给爱因斯坦。爱因斯坦向来欣赏物理学中的对称性，对德布罗意的想法很感兴趣，竭力支持。爱因斯坦在给朗之万的复信中对德布罗意的工作给于很高的评价，声称这是“揭开了大幕的一角”。同年爱因斯坦写信给洛仑兹，详细地谈到德布罗意的工作：“我们熟知的M·德布罗意的弟弟已经对解释玻尔和索末菲的量子规则作了非常有趣的解释。我相信这对于揭示我们物理学中最难以捉摸的谜，开始露出了一线微弱的光芒。我还发现了支持他的解释的一些东西。”3.爱因斯坦的支持4.两个重要的关系式第76页，共94页，2023年，2月20日，星期四方程的意义：方程把粒子性的特征量与波的特征量有机地统一起来，显示了粒子波粒二象性之间的本质关系。通过方程可实现粒子的特征量与波的特征量之间的相互转换。普朗克常量h成为德布罗意方程是否起实际作用的分水岭。由于普朗克常量h的值很小，与宏观粒子相伴随的物质波长趋近于零。方程对宏观粒子的运动没有实际意义。第77页，共94页，2023年，2月20日，星期四

1925年，戴维逊—革末用具有一定波长(一定能量)的电子，垂直地射向金属镍单晶的平面上，观察散射电子束的强度与散射角的关系。右图中，电子枪K发射电子，电子束在晶体表面上被散射，与入射方向成θ角的散射电子束，被与电流计相连的法拉第圆筒收集。由电流计的读数可以测出散射电子束的强度。当θ

角取某些特定值时，散射电子束的强度有极大值。这与X射线的衍射现象相同，从而很好的证明了电子具有波动性。5.德布罗意波的证实第78页，共94页，2023年，2月20日，星期四第79页，共94页，2023年，2月20日，星期四第80页，共94页，2023年，2月20日，星期四戴维逊和汤姆生因发现电子衍射现象而获得1937年诺贝尔物理学奖。德布罗意提出的物质波思想是一次伟大的综合。完全对立的波和粒子观念，第一次既互相排斥又彼此协调地贯穿于物理现象之中。

1926年，G·P·汤姆生让电子通过金属箔获得了衍射图样。第81页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、电子双缝干涉实验视频：第82页，共94页，2023年，2月20日，星期四

1961年，德国物理学家约恩孙在铜膜上开了缝宽为0.3μm，缝长为50μm，相邻缝间距为1μm的单缝、双缝、三缝、四缝、五缝做实验。实验中采用50kV电压加速电子，利用电磁透镜放大在距狭缝35cm处图像。约恩孙1.实验装置第83页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.实验现象：理查德·费曼：仔细地思考双缝实验的意义，我们就能够一点一滴地了解整个量子力学。透过双缝实验，我们可以明了量子世界的真谛。第84页，共94页，2023年，2月20日，星期四一种看法是“波由粒子组成”。认为实验中的干涉条纹是组成波的电子之间相互作用的结果。事实证明这种看法是错误的，如在电子双缝干涉实验中减小电流的强度，使电子几乎一个一个地从电子枪射出时，实验发现，当通过的电子数比较少时，照相底片上只是一些无规则的点子，但当时间足够长，收集了大量电子以后，底板上显示了与用强度大的电子流做实验时一样的条纹。这说明电子的波动性并不依赖于大量电子在空间聚集和相互作用，既使单个电子也具有波动性。3.历史上的错误解释另一种看法是“粒子由波组成”。把粒子看成是物质波的“波包”。所谓波包是指如图所示那样，其振幅只限于很小的空间范围内出现的波，它是由许多频率连续分布的简谐波合成的。这种观点把一个粒子就看成是一个波包：波包的大小就是粒子的大小。理论证明物质波包必然要扩散，形象地说随着时间的推得粒子将要愈变愈‘胖”。这与实验事实是矛盾的。第85页，共94页，2023年，2月20日，星期四4.

电子的物质波到底是什么？玻恩：单个粒子在空间的位置是不确定的，但有一定的几率分布，这分布是由物质波的强度决定的，在物质波强度大的地方，粒子出现的几率大。薛定谔：可以认为是抹开的电子。费曼：物体之