四川省中小学教师三新一德全员培训考试辅导材料之《中学物理教学研究》Word格式.docx
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①教育理念的更新，特别需要学习先进的教育思想，教育教学理论。
②物理知识的更新，特别是前沿知识和高新技术的应用。
③教学手段和教学方法的更新，要掌握现代化的教育信息技术和网络技术。
4、物理教学与物理教育的关系：
物理教育是物理教学在理论功能、应用功能和教育功能方面的深入和延伸，物理教育是更高层次上的物理教学。
第二节物理教育正在成为物理学的子学科
2.1物理学对人类未来的进步起着关键作用
1、物理发展早、成熟快、系统完整、成果丰富。
2、是其它学科乃至新兴学科，交叉学科的形成和发展的基础。
3、对社会的进步和人类的贡献大。
2.2物理学是当代人类文化的重要组成部分
1、物理学的价值：
①物质价值——它的成果可以转化为推动科学发展的强大动力。
②精神价值——它为人们展示出一幅大自然的美妙画卷，并深刻地影响着人类的科学思维方式。
2、物理学对人类的影响
2.3时代赋予物理教育基础性的新内涵
1、为什么物理教育将体现时代性，并赋予新内涵？
第一，物理教育课程要为人们在科学素质上的提高和将来的发展提供必要的，与时代进步和需要相适应的物理学基础知识。
（1）对科学课程的要求：
①应该是自成体系的，为学生提供一个基础，即终身学习的基础；
一个准备，即在现代化社会中生活的准备。
②结构必须明确把提高能力而设计的要素和作为对一个科学家在研究早期训练阶段而设计的课程要素区分开来。
③必须开宗明义说明达成的课程目标，目标必须是现实的，可以达到的。
④课程呈现的形式必须是清晰的、简单的，内容必须服从于目标。
⑤应该探讨为提高学生能力而设置的内容，如何体现高新科学技术在各个领域中的应用。
⑥应该向学生提供科学思想和科学方法的认识。
⑦应该鼓励教师运用各种教学方法和进行教学探究。
（2）对中学物理课程的要求：
①密切联系日常生活，使学生对周围的事物能作出解释。
②提供对科学方法进行实践的机会，使学生对周围的问题作出批判性的研究。
③应该对学生世界观的形成和发展产生影响。
④应该发展学生科学阅读和写作能力。
⑤应该发展学生的实验技能。
⑥应该发展学生获取信息和交换信息的能力。
⑦应该发展学生用数学方法解决问题的能力。
第二，物理课程是一种适应终身学习的基础知识，基本能力和基本方法。
应该把物理学家认识世界的模式和科学思想方法贯穿在教学过程中，使学生学习前人所创造积累的知识基础上能创造性地去开拓前人没有涉及的知识领域。
（1）物理学家认知模式和方法的特点：
①物理学家具有高度组织化的，在解决问题过程中行之有效的广泛知识。
②物理学家的知识结构是一个分层次的“金字塔”式的组织在塔的顶端是物理学家所从事的领域中的主要原理和概念，而辅助的概念，相关的事实和等式则处于塔的中层和下层。
③一个专家和一个新手解决问题的方式是完全不同的。
（2）学习知识的过程就是使知识结构化的过程，使知识结构化是一个终身和持久努力的过程。
（3）“超认识的策略”可以改进学生的迁移能力，可以使学生作为学习者更加了解他们自己，通过自我调整来检查理解能力，在适当的时机做出计划，检查学习的进展和纠正学习上的错误，为高水平的学习行为所作的充分准备工作做出自我评价。
反思自己的学习行为是“超认识”的一个主要组成部分。
2.4加强基础性与体现现代性
1、基础性不仅是指物理学科知识上的基础，而更重要的是指物理教育要为学生全面提高科学素质提供一个发展的基础。
2、物理教育应着眼于提高学生的四种基本学习能力：
①学知，掌握认识世界的工具。
②学做，学会在一定的环境下工作。
③学会共同生活，培养在人类活动中的参与与合作精神。
④学会发展，以适应和改造自己的环境。
3、基础性和现代性是一个既相对稳定又不断发展的动态概念。
4、现代性不仅是指经典物理学的内容和方法的现代性——指新内容和新方法对原有内容和方法的替代和更新；
而且指对经典物理学的内容的现代理解和认识。
2.5适应社会需求性与尊重学生选择性
1、“学科中心”课程观——①物理教育的内容体系以物理学科的内容体系为主干。
②物理学科研究的是指物质的基本结构和它们的运动规律。
③物理教学内容的安排是从宏观到微观，从静力学到动力学，从静电、静磁到动电、动磁。
④以最有逻辑、最经济、最实用、最真实以及最易消化的形式来阐述知识。
2、“学科中心”的弊端：
重知识，轻能力；
重接受，轻创造；
重智力，轻情感；
重共性，轻个性。
3、杜威的“学习者中心”课程观——主张课程应该在学习者的一系列活动中。
教师的任务不再是系统的传授知识，而是发现学生的兴趣和指导学生的活动。
在内容上不以学科内容体系组织教学，而是以学生的兴趣、需要为出发点展开教育活动。
4、“问题设计中心”课程观——它把人类生活和生产需要解决的重大问题放在课程的核心地位，把学科内容置于具体的情景之中，把内容的整合作为教材呈现的主要形式，S-T-S（科学——技术——社会）课程是一个突出的代表。
5、物理教育应该为培养三个方面的人才打好基础：
①物理学以及与物理学相关的高新技术的后备人才队伍。
②社会和经济建设需要的人才大军。
③职前和在职教育各个阶段需要的物理学科师资。
6、物理课程按功能可分为：
基础性课程、拓展性课程、研究性课程。
①基础性课程——突出生活和自然界丰富多彩的物理现象，学习物理学的基本概念、规律、原理和理论等。
②拓展性课程——突出物理学的概念、规律、原理和理论体系，强化物理知识的形成过程和设计应用过程以及渗透在课程内容中的科学精神和科学方法教育，重视物理学与人文科学和其他科学技术知识的交叉和拓宽。
③研究性课程——从生活、生产和自然界中的学习和问题出发，加深对科学、技术、社会三者之间关系的认识，突出物理学思想、方法在物理研究中的实际应用。
2.6保持必要的系统性与发军学生的创新性
1、物理学是一门系统性逻辑性非常严密的学科。
①在学科体系和结构上，依据运动的形式由低级到高级，由简单到复杂，从宏观到微观的主线，有系统的逐步展开。
②在定律的定理的表述上，遵循从条件到结果，从现象到本质，从分析到综合的逻辑表达方式，语言简练明确，自洽完备。
③在科学的方法上，从发现问题，提出问题到研究和解决问题，在发展中形成了新的物理学方法。
2、创新是科学发展的必然，也是科学本身所具备的基本品质。
3、未来物理教育改革的发展趋势——实现两个“最优化”。
①怎样在适合不同年龄学生认知规律的基础上对科学内容和严密的逻辑进行简化，达到教育内容和学生认知水平之间的最优化。
②怎样在学生学习接受传统的物理思维方法和进行物理创新思维、实践活动之间到最优化。
4、从物理教育课程发展的趋势看，构建物理教育课程有三个原则：
①物理教育的内容既要具有扎实的基础性，又要体现明显的现代性。
②物理教育的内容既要适应社会发展的需要，又要尊重学生学习的选择。
③物理教育的内容既要保持必要的系统性，又要着力发挥学生的创新性。
第二章重视科学思想和科学方法的教育
第一节进行科学思想、科学方法的教育是物理教育的重要功能
1、物理学是由物理学科的知识和物理学的方法论组成的，物理学思想和方法论是伴随着物理学的发展而建立起来的，而物理学的知识和体系则是体现和学习物理学思想和方法论的最好载体。
2、渗透在物理学内容中并在物理学中体现出来的科学思想的方法就是物理学思想和物理学方法。
3、为什么说物理学是自然科学的基础学科？
物理学提供了人们对物质结构和物质运动形式及其相互转化的最基本认识，用文字和公式表现的基本定理、定律，集中反映了人类对自然界不断深化的认识，对物质世界的基本观念和理解，反映的是人类对自然界图景的描绘方式和领悟，体现了一种深刻的物理学思想。
4、推进本质教育的途径——加强物理学思想，物理学方法和科学探索创新精神的教育。
第二节物理教育要贯串对“时空”和“物质”的基本认识
一、物理学的时空观
（一）时间和空间是物理学中的最基本的思想概念
1、什么是时间？
时间是物质运动持续性和顺序性的表现。
2、什么是空间？
空间是物质存在广延性和伸张性的表现。
3、时间和空间在物理学和物理教学中有着重要的地位，时间和空间是物质存在的两种基本形式。
4、不同的时空表征的维度不同（如：
二维、三维、四维）。
如：
物体作直线运动（路程——时间）——二维。
物体在平面内运动（横坐标—纵坐标——时间）——三维
物体在空间运动（空间坐标x、y、z、t）——四维
5、人们认识时空的基本途径——物理测量
（二）时间和空间的相对性和统一性是爱因斯坦狭义相对论的核心思想
1、绝对——指无条件的、不变的、普遍的含义。
在物理学中表现为物质及其运动的不灭性和不变性。
与不灭性相联系的物理量为“守恒量”，与不变性相联系的物理量为“绝对量”。
2、相对——指有条件的、可变的、特殊的含义。
3、牛顿的绝对时空观——时间和空间是绝对的，它们既与物质无关，与运动无关，也是相互独立的和不相干的。
（是经典物理学的基础）
4、爱因斯坦的相对时空观——时间和空间不存在绝对的、孤立的。
（是相对论的基础）
（三）重力和加速度之间的等效原理是广义相对论的基础
1、爱因斯坦认为：
重力和加速度是等效的。
他证明这个等效原理的实验是思维实验——电梯里的球同时落地。
2、广义相对论与狭义相对论：
狭义相对论以相对时空观取代了牛顿的绝对时空观，认为时空是平直的；
广义相对论认为时空是弯曲的，四维时空不仅弯曲，还可以伸长或缩短。
二、物理学的物质观
（一）对物质本质的认识追溯
（二）物质观的可分原子结构模型
1、汤姆孙发现电子，并提出原子结构模型。
①汤姆孙实验——研究稀薄气体玻璃管的高压放电。
②原子结构模型——原子由带负电的电子和带正电的离子所构成，离子的半径和原子的大小大体相等，而电子是被吸引在离子内部。
（葡萄干蛋糕模型）
2、卢瑟福的原子结构模型
①实验——X粒子对金箔的散射实验。
②原子结构模型——原子的中心存在一个大小约为3×
10-13cm的带正电的核（原子核），而电子绕原子核旋转，其半径约为10-8cm。
（太阳系模型）
③卢瑟福的发现有三点价值：
A、从根本上改革了旧的物质观，打破了原子不可分，不能变化的旧观念。
B、给出了简便而又精确的物质分类方法。
C、发现了质子。
（三）不连续物质观的形成
从揭示原子结构开始建立的物质观构成了一种不连续的物质观，认为物质结构的链条是从夸克轻子→强子→核→原子→分子→各态物质。
（四）从不连续的物质观到连续的物质观。
（五）从连续的物质走向连续与不连续统一的物质观。
1、波粒二象性表明：
物质即不是经典意义上的连续，也不是经典意义上的不连续，而是连续性与不连续性的对立和统一。
2、玻尔理论——电子围绕原子核做的圆周运动本身是量子化的，即电子只能在分立的不连续的固定轨道上运动，电子在不同轨道之间的跃迁就导致了发射具有一定频率的电子。
第三节物理教育要突出科学发现和科学创新的基本方法
一、物理学方法论是科学方法论的重要组成部分
1、科学——由科学知识、科学史和科学方法论构成。
物理学的方法论是整个科学方法论的重要组成部分。
2、为什么在物理教学中要突出物理学史、物理思想和物理方法论的教育？
①物理学史和方法论是人类探索物理世界奥秘的科学思想和科学方法的结晶。
②物理学史和方法论始终渗透物理教学的全过程中。
A、物理学本身的发展给人们提出了许多物理学方法论的新课题。
B、物理学本身的改革需要在教学中渗透和融入新的物理学方法论。
③物理学方法论是介于哲学方法和物理学本身的学科研究方法之间的中间层次方法。
其特征是概括程度高，表达形式抽象，内涵丰富，对提高人的科学素质具有重要作用。
3、怎样进行物理学方法论的教育？
①以宣传教育为主——对教师。
②以隐性教育为主——对学生。
教师要通过自己对教学内容的理解和再创造，从物理学的内容中挖掘出发展过程和科学方法，并以学生能够接受的方式展示，启发学生思考和领悟。
二、牛顿和他的科学发现方法论
1、牛顿的方法：
①观察和实验。
②分析法：
从实验和观察出发，用归纳法找出普遍结论和一般规律。
其要点是实验——归纳——演绎相结合。
③综合法：
一是根据已发现的一般规律，运用公理法和教学演绎法建立理论；
二是理论的定理——一般定理的推论做实验检验。
其要点是演绎——发现——证实相结合。
2、牛顿发现方法论的四大原则：
①简单性原则。
②因果性原则。
③普遍性原则。
④正确性原则。
3、牛顿采用的方式：
演绎推理和归纳相结合。
一是归纳“发现”在前，演绎“论证”在后；
二是“演绎”发现在前，归纳“论证”在后。
4、牛顿“实验哲学”的综合法：
假定原因已找到，并把它们定为原理，再用这些原理去解释现象，并证明解释正确。
这种方法包括三个方面的内容：
一是“确立原理”；
二是“进行解释”；
三是“理论评价”。
三、爱因斯坦和他的科学方法论
1、爱因斯坦科学方法论的两个重要特点：
①物理概念和经验的关系：
认为物理学的公理基础不是从经验中得来，而是必须通过自由想象创造出来。
②数学和经验的关系：
经验可以启示采用哪种数学形式，但数学的想法不可能来自经验。
2、科学的认识是在概念的运动中发展起来的。
3、概念的形成和发展有两条途径：
①有意识的方面，即是通过逻辑的思维的自由创造。
②无意识的方面，即通过非逻辑的直觉和思维想象。
4、概念的形成和发展的逻辑机制经过五个阶段：
①从分析概念入手。
②对广泛事实进行考察。
③注重建立概念之间的联系。
④运用数学工具加以表达。
⑤形成和发展概念体系。
5、心理活动在概念的形成和发展中的作用：
爱因斯坦认为科学发展不仅是一种理性思维活动，也是一种心理活动。
①信念是科学家理智品质的重要因素。
②直觉是科学研究最可贵的因素。
③形象思维是自由创造的内部因素。
④想象是科学研究中的实在因素。
⑤科学美是对美的认识的更高层次。
⑥内心自由是大自然难得赋予人类的礼物。
四、物理教育要体现以综合性和复杂性为特征的现代系统科学方法
1、科学技术发展的特征：
①人们对劳动对象的作用方式发生了新的变革。
②人们对科学研究对象的认识发生了新的变化。
A、研究的层次越来越深入。
B、研究对象越来越复杂。
C、研究的主体和客体越来越融洽。
2、科学技术的发展产生出许多新兴学科、边缘学科和横截学科。
在信息论、系统论、控制论等研究系统的理论和技术上逐渐形成了一门新的学科——系统科学。
3、信息论和信息科学方法
（1）①什么是信息？
信息是两次不确定性之差。
②信息研究的创始人——玻尔慈曼。
③信息量有多、有少、有正、有负。
④信息是由信息源提供的，可发射，可传递，可接收。
⑤信息具有五个特征：
A、信息的普遍性。
B、信息的价值性。
C信息的有序性。
D、信息的时效性。
E、信息的转化性。
（2）信息科学方法——把信息概念作为分析问题和处理问题的基础，把系统向预定目标的演化和发展抽象为信息的获取、传递、加工、处理、输出和信息反馈等信号变换的过程。
（3）信息科学方法的特点：
①不计系统的具体运动形式，把具体运动看成是抽象的信息运动和变化过程。
②不再用孤立、静止和局部的观点研究事物，把系统的运动看成各部分互相联系、互相转化的整体运动。
4、系统论和系统科学方法
（1）什么叫系统？
一个由许多相互联系、相互作用又相互依赖的要素按一定规则构成的，具有一定结构和功能的有机整体。
（2）系统按组织性（有序和无序）和复杂性（简单和复杂）分类，整体世界可分为四类系统：
①有组织复杂系统。
如一个国家、一个单位、一个工程等。
②无组织复杂系统。
目前科学家尚未研究出物质运动和发展的规律。
③无组织简单系统。
分子物理学、统计物理学就是无组织简单系统。
④有组织简单系统。
经典力学所研究的就是有组织简单系统。
（3）什么是系统论方法？
用系统的观点把自然界、社会和人类的认识活动作为研究对象，并放在系统的形式之中，从整体和部分、结构和功能、系统与环境之间的相互关系、相互作用和相互依赖中进行考察和分析，达到最优化的一种研究方法。
（4）系统论方法的特点是：
①整体性。
②动态性。
③结构性。
④最优化。
⑤有序性。
（5）系统科学方法论的意义：
系统方法是一种认识复杂系统的有效方法，提供了从整体上考虑问题和解决问题的方法，提供了制定系统最佳方案以实行最优化组合和最优化管理的手段。
（6）系统科学的三个基本原理：
①反馈原理。
系统必须通过信息反馈，才能实现有效的控制，达到预期的目的。
反馈有正反馈、负反馈和前反馈。
②有序原理。
有序就是一种优化的组合方式，它包括空间有序，时间有序和功能有序。
有序是一种突变，从一个低级结构走向高级的结构。
非平衡是有序之源，只有通过涨落才可能形成有序。
③整体性原理。
一切系统一定具有一个由各部分构成，且存在互相联系的整体结构，这个结构可以发挥出“部分”所没有的功能。
5、控制论和控制论方法
（1）什么是控制论？
就是关于生物系统和机器系统中控制和通讯的科学。
控制——通过把系统的输出转变为输入的反馈过程实现的有目的的活动。
控制论的创立者是美国数学家维纳。
（2）控制的基本特征：
不仅在静态中进行控制，而且在发展和运动中考察和控制。
（3）控制论的主要方法——功能模拟法。
（4）模拟法——用模型实验代替真实的研究客体的方法。
（5）一个系统可以成为模型的条件：
①类比性。
②代表性。
③外推性。
（6）模型的分类：
①实体模型。
②形象和符号模型。
（7）模拟法在物理教学中具有重要地位。
①物理学探索的空间、时间范围大。
②有些现象无法直接显示物理对象的属性，只能用人工实验代替。
（8）控制论的模拟法与物理学的模拟法的区别：
控制模拟的重点在系统的行为上，而不在外表上、结构上，也不在相互作用的具体方式上。
（9）人工智能：
研究人脑，模拟人脑。
6、确定论的线性思维方法和不同确定论的非线性思维方法。
（1）经典物理学的确定论线性思维方法。
①经典物理学把自然界所有事物和各种现象及其变化的原因归结为力，把事物的发生和发展的原因和结果列成确定性的正比例关系。
②确定论和线性思维的三个典型表现：
A、运动的因果观。
B强化的——观。
C、结构的组成观。
（2）物理教学中确定论线性思维的方法的若干表现。
①提高教学质量和增加教学时间的关系。
②参加教学工作的时间和提高教学水平的关系。
③进行常规教学和展开教学科研的关系。
（3）现代物理教学的不确定非线性思维方法
①不确定原理是量子力学的一个基本原理——微观客体的某些成对的物理量是不可能同时被测得精确的。
②不确定论非线思维的主要表现：
A、运动的因果观：
原因和结果之间并不存在动力学确定性的因果关系，更不是线性的比例关系，数学关系或是y=ax2+bx+c，其图象是一根曲线。
B、演化的突变观：
原因的微小变化仅在一定条件下会引起结果产生相应的微小变化，而更多、更普遍的是原因的微小变化，可以引起结果的很大偏差。
C、结构的组织观：
在整体结构和部分结构的关系上，整体不是由部分简单相加组成的，部分之和可以大于整体。
其数学表达式是非线性微分方程的通解不能表示为特解的线性组合。
（4）非线性思维在物理教学中的若干思考
①在物理教学的过程中，要注重物理知识的积累，更要注重物理学思想、方法的渗透和点拨。
②在物理教育课程设置上，要保持物理学科作为分科教育的优势，更要注重物理学科与其他学科的交叉，以及在其他学科中的应用。
③在物理教学手段的使用上，以发挥现代教育技术与物理教学的整合作用代替传统媒体的单一作用。
④在教育功能上，充分发挥物理教学的德育、智育和美育相统一的功能。
⑤在学习方式上，以模拟形成结果的发现过程代替只重视在解题中获得标准答案的反复操练过程。
A、研究性学习——是学生在教师的指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。
B研究性课程的组织形式有：
小组合作研究、个人独立研究和全班集体讨论相结合。
C、研究性学习一般有三个阶段：
进入问题情景阶段、实践体验阶段、表达交流阶段。
⑥在教材的编写和使用上，以貌似无序的有序状态代替严格有序的状态。
⑦在教师的角色上，从只会教物理的“教书匠”到“会学、会教、会研究、会指导”的“物理学科教育专家”。
⑧在教育思想上，学校教育将作为终身教育的一个新起点，而分流、分层次的终身教育将取代“一次性”的“正规教育”。
第三章体现物理教育的人文素养价值
第一节物理教育与人文教育是相通的
一、科学教育与人文教育相融的发展趋势
1、为什么要加强人文教育？
①教育方针（德、智、体、美）各方面全面发展。
②科学是一把“双刃剑”。
③目前的教育现状与构建和谐社会的差距。
2、科学教育与人文教育相融合的必要性
二、物理教育与人文教育相融的可能性
1、科学教育和人文教育都是教育的一部分，在教育功能上有相通之处。
2、物理教育以“物”为主要对象，人文教育以“人”为主要对象，在教育功能上相通。
表现在：
①物理学科的知识体系是前人在不同空间和时间层次上对“物”的认识的积累和总结，这种认识过程就是人和自然关系，人和社会关系的一种反映。
②物理教育是教育者与受教育者两者之间在认识上、感性上和行动上的交流与探讨。
3、在物理教育中进行人文教育的途径是什么？
从分析物理学课程的内在属性上寻找科学教育和人文教育的相融的可能性，进而探究在具体教学中实施科学教育和人文教育的结合点。
4、物理教育的目的是什么？
①谋求人对自然的伦理精神，审美体验和求真意志的统一，通过直观和感官体验自然内部的秩序性和神秘性。
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