对物理学和物理教学的几点认识

杜祥琬中国工程院中国工程院CHINESEACADEMYofENGINEERING对物理学和物理教学的几点认识

一、对物理学的五点认识1、物理学是对物质世界的构成和运动规律

进行研究的科学物理学是科学之基，是人类认识世界的基础科学。杜甫：“细推物理须行乐，何须浮名绊此身。”体会：物理不是一切，但一切都离不开物理学。物理学技术工程产业作为各个科学的根基基础科学多种技术为了达成某种目的的一种集成电网例人们的日常生活中，到处可见物理学，少不了物理元素。学好物理学，不管是做不做物理学都非常有益：这里不仅包括物理学的一些具体知识，也包括重要的一些概念。它是对于物质世界的一些基本的理解和认识。2、物理学是充满了认识论和方法论哲学内涵

的一门学科物理学是对物质世界的刨根究底，不仅要知其然，而且要知其所以然。唯物的认识论辩证的方法论物理学思维习惯经典的牛顿力学到量子力学；材料，从宏观的材料到微观的材料，到纳米尺度；对立统一论，正物质、反物质，正电极、负电极。辩证法从量变到质变要全面认识一个世界，就离不开这个辩证关系、对立统一的关系。能源（否定之否定）原始利用化石能源现代化的工业方式可再生能源物理学发展开放的头脑批判的态度怀疑的精神“对自己的结论要留有被质疑的余地。”美国物理学家理查德·费曼

体会：学好物理学，容易适应各种工作。因为它既是基础性的科学知识，又是理解各种问题的一种比较科学的方法，一种思维方式、一种思维的习惯，这对我们的成长，培养创新型人才都是很基础的一点。3、物理学既老又新，是不断发展的科学物理学确实很老，因为从科学一开始，大家就开始研究物理学，然后才是其他的科学。但是它又非常的新，不断有新的内容注入进来，是一个不断发展的科学。正是因为有人类“无尽的追问”物理学永无止境未知多于已知公元前13世纪时，中国以甲骨文记录的世界最早的超新星爆发事件。“基本”粒子

反粒子

夸克世界上到底什么“最小”？世界上“最大”的是什么？宇宙、空间有边界吗？时间为什么不会倒流？

为什么时间不对称？反物质离我们有多远？更多的未知:暗物质、暗能量、宇宙起源…人类目前还不理解暗能量和暗物质的本质宇宙的组成重元素0.03%中微子0.3%星系物质0.5%自由氢和氦3.17%暗物质23%暗能量73%物理学跟其他学科发生交叉，创造了许多新的科学前沿。

生理物理学：DNA双螺旋结构的发现发现DNA双螺旋结构的四位科学家：

一位是生物学家（美，Watson）两位是物理学家（英，Crick

英，Wilkins）一位是化学家（女，Franklin）地球物理学：关于气候变化的争议2100年，气温上升：6℃or0.6℃宏观和微观交叉：日内瓦的大型强子对撞机（ＬＨＣ）地球外有生命吗？有第二个地球吗？左图：欧洲南方天文台计划建造透镜直径42米的世界最大天文望远镜，可用来探测地球外的生命信息。人类到外星上生活？火星极端物理学：极高的温度或者极低的温度极高的场强极高的压力极快的过程，如微秒、飞秒……量子密匙和量子密码量子纠缠、量子态研究太赫兹技术太赫兹波透视成像恩格斯说过：

我们差不多还处在人类历史的开端，将来会纠正我们错误的后代大概比我们纠正其错误的前代要多得多。费曼：“作为一名科学家我感到一种责任，

我认识到，承认我们无知的思想所

具有的的巨大价值。”

承认我们无知是一种思想，这种思想是一种巨大价值，正是因为有这样一种观念，使得科学和人类社会的进步成为可能。科学家有这样的认识是非常科学的。4、物理学是实验科学，但它又是理论与实验

紧密结合的科学物理学

实验物理实验是基础、检验物理学进展真伪的标准

理论物理把认识上升到理性、规律

计算物理理论模拟手段、计算机的实验手段

物理学是一个求实、求是的科学，是一个老老实

实的科学；“三老四严”要遵守实验、实践的检验，这是科学的实证性，

要经过实践的证实。邓稼先追求真理、造福人类以物理学为代表的科学精神、科学价值：

实证精神

理性精神科学的规范

有利于社会而不能有害社会凡事要经过实践的检验

我们要培养创新型人才，必须得先守住一个底线。我们要教会学生，要想创新：

底线是不要违背这些科学的基本精神和科学的基本规范。不要去搞那些学术不端，那就谈不上任何创新了。5、物理学是支撑国家和人类社会可持续发展

的强有力的应用科学体会：在应用当中，这个基础学科十分重要。物理学是支撑国家和人类社会可持续发展以及科学发展的强有力的应用科学。除了认识世界的很多未知之外，要让同学们理解物理学的现实价值。地球上的人类活动：增长有极限吗？

环境有容量吗？

能源可支撑持续发展吗？能源—广义太阳能太阳能热利用还比较好：热水器太阳能电池（原创性的竞赛）物理学技术与材料、产业效益结合，创新新兴产业各国处在差不多相同的起跑线上竞争，谁有了原始创新，就能引领21世纪的能源产业。能源—核能：比较长远的可持续发展能源秦山核电站全景我国核能三部曲

以压水堆为基本堆型的热中子堆核电站（铀235裂变）

以快堆为代表的快中子堆核电站（可利用铀238）受控热核聚变电站实验堆受控核聚变研究的发展分为3步走完这3步约需50年（保守100年）

演示堆

商用堆ITER装置示意图

气候变化首先是物理学问题国防—武器装备武器不断的发展，导致了战争观念的一些变化，甚至出现了非常规战争。基础物理学跟应用物理学之间辩证的联系:基础物理的革命性的突破，能够引领新的方向，能够开辟新的领域。从核裂变、核聚变的发现，到原子弹、氢弹的发明，这个转换非常快；应用科学又反哺了基础科学的发展。核电站、核能、核武器的发展，推动了基础物理的发展（高能量密度物理）。

激光

—强场物理受激辐射原理齐奥尔科夫斯基：

三个宇宙速度

航空、航天

—新的课题神舟系列宇航飞船发射应用科学和工程为基础性的科学提供了强有力的技术手段。大型强子对撞机、紫外探测等。工程技术本身创造生产力，同时它又反哺物理学，它能提出新的课题，创造新的环境。它们共同推动了人类社会的进步和发展。2000年的时候，中国工程院组织了几百位专家评选了20世纪中国25项工程科技成就，这里面多半都跟物理学有关。体会：物理学是饶有趣味的科学认识世界的先锋，改造世界、造福人类的宝库。

“细推科学日复日，

疑难得解乐上乐”李政道二、对物理教学的四点认识1.物理学重在打好基础

知识的基础:首先是概念，要有清晰的物理概念；对物理规律的理解（因果关系、逻辑关系）；知识的系统性。能力的培养解方程模拟计算的能力能够动手做实验善于阅读、总结分析Introduction、Conclusion数理方法训练实验动手能力阅读、分析、总结写文章的能力思维能力包括物理学和哲学两个方面的思维

物理学中举一反三的能力联想的能力逆向思维的能力批判精神怀疑的思维提出问题的能力学问学问，不仅要学，还要能够提出问题。MariaGoeppert-Mayer

“存在轨道和自旋耦合的相互作用？”费米讲“弹塑性”粗估彭桓武激光核聚变（1964年）朝鲜战争“原子弹”王淦昌钱学森航天导弹卫星实验周光召最大功原理估算敲定一个参数于敏计算机现场分析带头突破氢弹原理2.要培养学生创新素养使学生理解物理学的意义、物理学的作用、物理学的趣味及物理学引人入胜的魅力，以培养创新的素质。让他们理解物理学不仅在历史上，而且在未来它的重要作用。物理学任重而道远物理学引人入胜之处，比如说未知物理学。

使人类能够展开想象力的翅膀来欣赏大自然的美妙和神奇，来提供智慧和思辨的享受。