现代量子力学教程精选(九篇)

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第1篇：现代量子力学教程范文

关键词：量子力学；教学改革；物理思想

作者简介：王永强（1980-），男，山西河曲人，郑州轻工业学院技术物理系，讲师。（河南?郑州?450002）

基金项目：本文系郑州轻工业学院第九批教学改革项目“《量子力学》课程体系与教学内容的综合改革和实践”资助的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）20-0070-02

“量子力学”是20世纪物理学对科学研究和人类文明进步的两大标志性贡献之一，已经成为物理学专业及部分工科专业最重要的基础课程之一，是学习“固体物理”、“材料科学”、“材料物理与化学”和“激光原理”等课程的重要基础。通过这门课程的学习，学生能熟练掌握量子力学的基本概念和基本理论，具备利用量子力学理论分析问题和解决问题的能力。同时，这门课程对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。然而，“量子力学”本身是一门非常抽象的课程，众多学生谈“量子”色变，教学效果可想而知。如何激发学生学习本课程的热情，充分调动学生的积极性和主动性，提高量子力学的教学水平和教学质量，已经成为摆在教师面前的重要课题。近年来，笔者在借鉴前人经验的基础上，结合郑州轻工业学院（以下简称“我校”）教学实际，在“量子力学”的教学内容和教学方法方面做了一些有益的改革尝试，取得了较好的效果。

一、“量子力学”教学内容的改革

量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相去甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。因此，在“量子力学”教学中，一方面需要学生摒弃在经典物理学习中形成的固有观念和认识，另一方面在学习某些基本概念和基本理论时又要求学生建立起与经典物理之间的联系以形成较为直观的物理图像，这种思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。针对以上教学中发现的问题，笔者对“量子力学”课程的教学内容作了一些有益的调整。

1.理清脉络，强化知识背景

从经典物理所面临的困难出发，到半经典半量子理论的形成，最终到量子理论的建立，对量子力学的发展脉络进行细致的、实事求是的分析，特别是对量子理论早期的概念发展有一个准确清晰的理解，弄清楚到底哪些概念和原理是已经证明为正确并得到公认的，还存在哪些不完善的地方。这样一方面可使学生对量子力学中基本概念和基本理论的形成和建立的科学历史背景有一深刻了解，有助于学生理清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对这些基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。比如：对于玻尔理论，由于对量子化假设很难用已经成形的经典理论来解释，学生往往会觉得不可思议，难以理解。为此，在讲解这部分内容时，很有必要介绍一下玻尔理论产生的历史背景，告诉学生在玻尔的量子化假设之前就已经出现了普朗克的量子论和爱因斯坦的光量子概念，且大量关于原子光谱的实验数据也已经被掌握，之前卢瑟福提出的简单行星模型却与经典物理理论及实验事实存在严重背离。为了解决这些问题，玻尔理论才应运而生。在用量子力学求解氢原子定态波函数时，还可以通过定态波函数的概率分布图，向学生介绍所谓的玻尔轨道并不是真实存在的，只是电子出现几率比较大的区域。通过这样讲述，学生可以清晰地体会到玻尔理论的承上启下的作用，而又不至于将其与量子力学中的概念混为一谈。

2.重在物理思想，压缩数学推导

在物理学研究中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维线性谐振子问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。这样，学生就不会感到枯燥无味，而能始终保持较高的学习热情。

二、教学方法改革

传统的“填鸭式”教学法把课堂变成了教师的“一言堂”，使得学生在教学活动中始终处于被动接受地位，极大地压制了学生学习的主观能动性，十分不利于知识的获取以及对学生创新能力及科学思维的培养。而且，“量子力学”这门课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取灌输式教学，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。长期以往，学习积极性必然受挫，学习效果自然大打折扣。为了提高学生学习兴趣，激发其学习的积极性，培养其科学探索精神及创新能力，笔者在教学方法上进行了一些有益的探索。

1.发挥学生主体作用

除却必要的教学内容讲解外，每节课都留出一定的师生互动时间。教师通过创设问题情景，引导学生进行研究讨论，或者针对已讲授内容，使学生对已学内容进行复习、总结、辨析，以加深理解；或者针对未讲授内容，激发学生学习新知识的兴趣（比如，在讲授完一维无限深方势阱和一维线性谐振子这两个典型的束缚态问题后就可引导学生思考“非束缚态下微观粒子又将表现出什么样的行为”），[1]这样学生就会积极地预习下节内容；或者选择一些有代表性的习题，让学生提出不同的解决办法，培养学生的创新能力。对于在课堂上不能解决的问题，积极鼓励学生利用图书馆及网络资源等寻求解决，培养学生的科学探索精神。此外，还可使学生自由组合，挑选他们感兴趣的与课程有关的题目进行讨论、调研并完成小组论文，这一方面激发学生的自主学习积极性，另一方面使其接受初步的科研训练，一举两得。

2.注重构建物理图像

在实际教学中着重注意物理图像的构建，使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。例如：借助电子束衍射实验，通过三个不同的实验过程（强电子束、弱电子束及弱电子束长时间曝光），即可为实物粒子的波粒二象性构建出一幅清晰的物理图像；借助电子束衍射实验图像，再以光波类比电子波，即可凝练出波函数的统计解释；[2]借助电子双缝衍射实验图像，可使学生更易接受和理解态叠加原理；借助解析几何中的坐标系，可很好地为学生建立起表象的物理图像。尽管这其中光波和电子波、坐标系和表象这些概念之间有本质上的区别，但借助这些学生已经熟知和深刻理解的概念，可使学生非常容易地接受和理解量子力学中难以言明的概念和理论，同时，也可使学生掌握这种物理图像的构建能力，对培养学生的创新思维具有非常积极地作用。

三、教学手段和考核方式改革

1.课程教学采用多种先进的教学方式

如安排小组讨论课，对难于理解的概念和规律进行讨论。先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正。例如，在讲到微观粒子的波函数时，有的学生认为是全部粒子组成波函数，有的学生认为是经典物理学的波。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，从而进一步激发了学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。另外课程作业布置小论文，邀请国内外专家开展系列量子力学讲座等都是不错的方式。

2.坚持研究型教学方式[3]

把课程教学和科研相结合，在教学过程中针对教学内容，吸取科研中的研究成果，通过结合最新的科研动态，向学生讲授在相关领域的应用以培养学生学习兴趣。在量子力学诞生后，作为现代物理学的两大支柱之一的现代物理学的每一个分支及相关的边缘学科都离不开量子力学这个基础，量子理论与其他学科的交叉越来越多。例如：基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物理到中子星、黑洞各个层次的研究以量子力学为基础；量子力学在通信和纳米技术中的应用；量子理论在生物学中的应用；量子力学与正在研究的量子计算机的关系等，在教学中适当地穿插这些知识，扩大学生的知识面，消除学生对量子力学的片面认识，提高学生学习兴趣和主动性。

3.利用量子力学课程将人文教育与专业教学相结合

量子力学从诞生到发展的物理学史所包含的创新思维是迄今为止哪一门学科都难以比拟的。在19世纪末至20世纪初，经典物理学晴空万里，然而黑体辐射、光电效应、原子光谱等物理现象的实验结果严重冲击经典物理学理论，让经典物理学陷入危机四伏的境地。1900年，德国物理学家普朗克创造性地引入了能量子的概念，成功地解释了黑体辐射现象，量子概念诞生。1905年，爱因斯坦进一步完善了量子化观念，指出能量不仅在吸收和辐射时是不连续的（普朗克假设），而且在物质相互作用中也是不连续的。1913年，玻尔将量子化概念引入到原子中，成功解释了有近30年历史的巴尔末经验光谱公式。泡利突破玻尔半经典、半量子论的局限，给予了令玻尔理论不安的反常塞曼效应以合理解释。1924年，德布罗意突破普朗克能量子观念提出微观粒子具有波粒二象性，开始与经典理论分庭抗礼。[4]和学生一起重温量子力学史的发展之路，在教学过程中展现量子力学数学形式之美，使学生在科学海洋中得到美的享受，从精神上熏陶他们的创新精神。

4.考试方式改革

在本课程的教学中采用了教考分离，通过小考题的形式复习章节内容，根据学生的实际水平适当辅导答疑，注重学生对量子力学基础知识理解的考核。对于评价系统的建立，其中平时成绩（包括作业、讨论、综合表现等）占30％，期末考试占70％。从实施的效果来看，督促了学生的学习，收到了较好的效果，受到学生的欢迎。

四、结论

通过近年来的改革尝试，我校的“量子力学”教学水平稳步提高，加速了专业建设。2009年，我校“量子力学”被评为校级精品课程，教学改革成果初现。然而，关于这门课程的教学仍存在不少问题，如教学手段单一、与生产实践结合不够紧密等等，这些都需要教师在今后教学中进一步改进。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]吕增建.从量子力学的建立看类比思维的创新作用[J].力学与实践,

2009,(4).

第2篇：现代量子力学教程范文

本书名为现代电动力学，它以希望深化对电磁学的理解而数学水平又不太低的研究生为读者对象。考虑到它既可作为课堂教学用书，又可作为对广泛读者有用的参考书，作者认为，它与专著相反，应该涵盖学生们必须知道的一切，而不是作者应当知道的一切。但物理学家们对于“学生们必须知道的一切”极少有共识，一般来讲，除了大学教程中所出现的一些核心内容之外，对于研究生课程的讲义的内容往往依赖于作者的研究工作背景。本书作者打算在适当的篇幅下使本书包含有远远超过两个学期课程所需的材料，以适应根据不同的要求选择教学内容。

本书书名中的“现代”并不意味着使用特殊的“现代”数学方法，而是指它包括了近几十年来引人关注的新发展起来的一些重要论题，为此不惜忽略掉或者仅仅略微提及一般教科书中一些熟悉的论题。为了帮助读者学习，本书提供大约120个完全解出的例题。此外，各章后面总共有近600个课后作业题，这些题目中有一些属于大学生水平的技巧性题目，而有一些是直接取自研究文献中具有挑战性的问题。

学生在读懂课文的帮助下积极地完成这些习题能为自己打下良好的基础。

全书内容共分成24章：1.数学预备知识； 2.麦克斯韦方程；3.静电学； 4.电多极矩； 5.导体； 6.电介质； 7.拉普拉斯方程； 8.泊松方程；9， 稳恒电流； 10.静磁学；11.磁多极距；12.磁力和磁能；13.磁性物质； 14.动力学的和准静态场； 15.一般电磁场； 16.真空中的波；17.简单物质中的波；18.色散物质中的波； 19.导波和约束波；20.推迟和辐射； 21.散射和衍射； 22.狭义相对论；23.运动电荷的场； 24.拉格朗日和哈密顿方法。

书末有4个附录： A.重要的符号表； B.高斯单位； C.特殊函数；D.狭义相对论中负号的处理。

本书的写作风格和丰富的内容以及作者深刻的理解力和洞察力使得本书出版后立即得到了许多相关专家、学者的好评，认为这是一部难得的研究生用教科书，而且必将成为一部经典电动力学新的、优秀的经典教材。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

第3篇：现代量子力学教程范文

关键词：美丽的美学艺术摹仿、表现、反映

在历史上，什么是艺术也是一个老大难问题，人们关于艺术的定义也是多得无法统计。鉴于这种情况，我们在正式给出美丽美学的艺术的定义之前，先来结合几种影响很大的艺术定义或关于艺术本质的看法，看看艺术不是什么。

要判定艺术不是什么，有一个方法很简单也很方便，这个方法就是可逆性方法。什么是可逆性方法呢？给艺术下定义就是规定艺术是什么。如果用数学语言来表示，给艺术下定义就是把艺术规定为x。所谓用可逆性方法来判定艺术不是什么，就是反过来看x能不能作为艺术，如果x不能作为艺术，我们也就可以确定艺术不是x，即使人们还不知道艺术的定义到底是什么，而只凭直觉来判定。

一、美丽的美学要否定的第一个艺术定义是艺术是一种摹仿

在二千多年以前，柏拉图与亚里士多德就提出艺术的摹仿说了，“直至今天，在人们的意识深处还常常持这种看法。”1但是不同意这种看法的人也是大有人在的，这里试举几例。

丹纳曾经举过很多例子来说明艺术不是摹仿，“就拿雕塑来说，复制实物最准确最逼真的办法是用模子浇铸，可是，一件浇铸品虽好，却肯定比不上一个好的雕塑。又如另一艺术门类的摄影，它也是艺术，它能依靠线条和光影的浓淡把实物的轮廓与形体在平面上复制出来，这个复制品与实物完全相同，分毫不差。毫无疑问，对绘画而言，摄影是很好的助手，但是，绝不会有人把摄影与绘画相提并论。再举一个例子，如果我们肯定正确的模仿就是艺术的最高目的，那么，你们知道什么是最好的悲剧吗？最好的悲剧应该是重罪庭上的速记，因为，重罪庭上的速记把所有的话都一句不漏地记录下来了。可是事情很清楚，即使在法院的速记中偶尔能发现一些带有感彩的语言词汇，那也是屈指可数。速记能给作家提供材料，但速记本身并不是艺术品。”2

黑格尔也反对艺术的摹仿说，他说，艺术“既以摹仿为目的，问题就不在于所应摹仿的东西有怎样的性质，而在于它摹仿得是否正确。美的对象和内容就被看成毫不重要了。”3“我们如果看一看各门艺术，我们就会发见绘画和雕刻所表现的对象虽然象是逼肖自然的或是基本上是从自然假借来的，而建筑（这也属于美的艺术）和诗却都很难看作自然的摹仿，因为这两种艺术都不限于单纯的描写。”4“因此，艺术的目的一定不在对现实的单纯的形式的摹仿，这种摹仿在一切情况下都只能产生技巧方面的巧戏法，而不能产生艺术作品。……尽管自然现实的外在形态也是艺术的一个基本因素，我们却仍不能把逼肖自然作为艺术的标准，也不能把对外在现象的单纯摹仿作为艺术的目的。”5“摹仿自然虽然象是一个普遍的原则而且是许多伟大权威人士拥护的原则，却至少是不能就它的这样一般的完全抽象的形式来接受的。”6“靠单纯的摹仿，艺术总不能和自然竞争，它和自然竞争，那就象一只小虫爬着去追大象。”7

我国的彭锋则说：“显然，我们很容易找到将艺术定义为摹仿的反证。一方面，存在许多毫无摹仿的艺术作品，如许多音乐片段、无对象的绘画和抒情诗歌等等，很难说它们摹仿了什么。另一方面，许多摹仿的东西又不是艺术作品，如我们日常生活中的许多摹仿行为，很少有人把它们作为艺术作品来欣赏。因此，把摹仿当作艺术的惟一的规定性是不够严谨的。摹仿既不是定义艺术的必要条件，更不是定义艺术的充分条件。”8

在人类的科学体系中，有一门科学叫仿生学，这门学科专门研究生物的特殊功能与原理，以便把这些功能与原理应用于其它人造设备上，使这些设备也具有与生物相同的功能。如蝙蝠借助于超声波可以在充满障碍物的空间里自由穿梭，借助于这个原理，人们制成了声纳等设备。再如，我们知道，轮船在水中航行时会受到很大的阻力，因此，为了减少轮船在航行中所受到的阻力，提高轮船的速度，人们就把轮船的外形设计成与鱼类外形相似的流线型等等。仿生学中的摹仿可以说是最科学、最本质的了，然而，仿生学难道可以称为一门特殊的艺术吗？恐怕从来就没有人这么认为过。

二、美丽的美学要否定的第二个艺术定义是艺术是情感的表现

这一说的代表人物也很多，如托尔斯泰、科林伍德等，但是，正如我国的彭锋所说的：“同将艺术界定为对现实的摹仿一样，将艺术界定为情感的表现也是一个极不完善的定义。我们也可以轻而易举地找到反证。许多艺术作品并不表现情感，而更多的情感表现不是艺术作品。”9他还说：“将艺术定义为情感表现还会带来一个棘手的难题：假使一个作品表现了情感，我们能说这种情感就是作者的情感吗？我们能够确定作者在创作时就处在这种情感状态之中吗？如果我们不能确定作者在创作时正处在作品所表现的情感之中，那么将艺术定义为情感的表现就是十分荒谬的。”10这个分析是十分有道理的。

苏珊•朗格也曾对情感的自我表现说予以有力的反驳，她说：“我现在已经确信，艺术品的情感表现——使艺术品成为表现性形式的机制——根本就不是症兆性的。……一个嚎啕大哭的儿童所释放出来的情感要比一个音乐家释放出来的个人情感多得多，然而当人们步入音乐厅的时候，决没有想到要去听一种类似于孩子的嚎啕的声音。假如有人把这样一个嚎啕的孩子领进音乐厅，观众就会离场，因为人们不需要自我表现。”11

三、美丽的美学要否定的第三个艺术定义是艺术是对世界的反映

我国当代著名的文艺理论家钱谷融在《当代文艺问题十讲》一书中，就文学这门艺术说道：“文学当然是能够，而且也是必须反映现实的。但我反对把反映现实当作文学的直接的、首要的任务，尤其反对把描写人仅仅当作是反映现实的一种工具，一种手段。我认为这样来理解文学的任务，是把文学和一般社会科学等同起来了，是违反文学的性质、特点的。”12“把文艺的意义、作用，局限在反映生活这一点上，就等于是否定了文艺的存在的必要。因为，如果我们所要求于文艺的只是在于概括地反映现实现象，揭示现实生活的本质的话，那么，科学会把这些作得更精确、更可靠的。这样，文艺就失却了它作为人类精神活动的一个特殊领域而存在的意义了。然而，人们却并不因为有了科学就不需要文艺，而文艺也并没有因为科学的日益发达而渐趋衰落，可见文艺一定是有它的特殊的、不是科学所能代替的任务的（这种任务，在高尔基看来，就是影响人，教育人，就是鼓舞人们去改造现实，改造世界，使人们生活得更好）。而且，假如我们把反映现实当作文学的首要任务，那么，对于那些杰出的抒情诗篇，以及从个人主观的热情与理想出发的伟大的浪漫主义作品之如此为人喜爱，如此受人重视，就很难解释了。”13

那么，“形象地反映现实”能不能作为艺术的定义呢？首先让我们反过来来看这个问题。众所周知，我国已经能够用火箭把人送上太空，火箭那庞大的身躯、在发射时所发出的震耳欲聋的声音、耀眼的火焰、巨大的水气团以及它那令人不可思议的速度等都无不给人以形象的体验，同时，中国人用火箭把人送上太空这个事件也反映了许多现实的内容，如中国的科技水平、中国科学家们的智慧、中国科学家赶超世界先进科技水平的信心与雄心等。然而火箭是一件艺术品吗？或者说用火箭把人送上太空这件事件是一件艺术品吗？显然我们不能这样认为。

其次，如果说用火箭把杨利伟等人送上太空，不是人“主动地用形象来反映现实”，而只是用于科学研究，因而，火箭或用火箭把人送上太空不是艺术，那么，人“主动地用形象来反映现实”是不是就一定能作为艺术的定义呢？让我们来看一看音乐这种特殊的艺术。

在张前所主编的《音乐美学教程》一书中，我们可以看到周海宏对视觉形象在音乐中的表现情况的说明：“‘形象’的概念在我国以往的音乐美学中已经被过分地扩大了”14，“并非任何视觉对象都可以在音乐中得到表现。音乐与视觉空间感虽然有三个纬度上的联觉关系（音高与上下——纵向空间高低、深浅的联觉，音长与长短——水平空间延展的联觉，音强与远近——深度空间远近的联觉），但音乐的时间感所对应的空间的延展感是单向的——只能从一个方向到另一个方向（如从左到右），而不是双向的。因此所有带双向空间延展的形状均不能与音响构成联觉关系。”15“声音的音高、强弱、节奏与速度、紧张度及发音状态等五种要素，与视觉感受中颜色的亮度、形状的大小、重量的轻重、力量或能量的大小、运动与变化程度的强弱、运动与变化的节奏及速度等具有联觉对应关系。凡是要用音乐来表现的视觉对象，必须在以上所说的一个或几个方面与音乐音响具有联觉对应关系。对于视觉对象的识别来说，最重要的两个信息，即对象的轮廓和颜色的色调不能在音乐中得到表现”16，“由于音乐不能直接描摹视觉对象的形状轮廓，而形状轮廓是视觉对象识别中最重要的信息，因此，音乐对视觉对象的表现是很模糊的”17。

如果说绘画、雕刻、建筑等视觉艺术能直接通过形象来反映客观现实的情况，而文学也能够通过创建形象来反映客观现实的情况，那么鉴于有音乐这种特殊的艺术形式，因此说所有的艺术都是通过形象来反映客观现实的情况就不妥当了。音乐塑造形象的能力是很差的，而音乐却被许多人认为是一种伟大的艺术，这种巨大的反差是很难让人接受“艺术是形象地反映现实”或者是“主动用形象来反映现实”这些定义的，这些定义是不能通过音乐艺术这一关口的。其实，即使是对文学这种艺术，也还是有许多人对艺术的这些定义是表示怀疑的，如童庆炳就说过这样的话：“对于‘文学的根本特征就是用形象来反映生活’这一类说法，我一直怀疑它的正确性。”18

实际上，任何人工制品（不仅仅是艺术品）都能形象地反映客观现实的许多情况，甚至包括过去的与未来的情况，如一件文物就可以形象地反映过去的许多情况，而且不仅包括物质方面的情况，还包括制作人精神方面的情况，因此文物有重大的历史价值与研究价值，然而，我们知道，并不是所有的文物都是艺术品。许多教师在教学过程中，还经常要用到一些挂图、模型和演示实验，以便学生能够认识和理解其中的原理与过程，这些挂图、模型与演示实验都能够形象地反映许多科学的原理与过程，而谁都知道，谁也不会把这些挂图、模型与演示实验称为艺术。因此，总之，一般地把艺术定义为某种内容的反映或是形象的反映是不正确的。

艺术不能定义为一种反映，我们还有一种充分的理由。科学就其目的和本质来说可以定义为一种反映，而艺术哪怕只就常识来看也都不能被看作一门科学，因为常识告诉我们，艺术中充满了夸张与虚构，如艺术中可以有李白“飞流直下三千丈，疑是银河落九天”式的夸张，也可以有斯威夫特关于小人国、大人国的虚构，甚至还可以有物体速度超过光速这种违背科学常识式的虚构。然而这些夸张与虚构在科学中却是绝对不允许的，是违背科学的精神与道德的，这正如在著名的《实践论》一文中曾经所说的：“知识的问题是一个科学问题，来不得半点的虚伪和骄傲，决定地需要的倒是其反面——诚实和谦逊的态度。”19如果艺术可以定义为一种反映，那么这些夸张和虚构是不应该出现在艺术中的，因为这些夸张与虚构严格来说是不准确的，甚至可以说是错误的，是会误导人的。

关于艺术与科学的区别，上田敏从另外一个角度也说得非常肯定：“科学与艺术是不同的。其差别，前者用理来分析，后者则用情来综合地味得。”20

也许有人会用亚里士多德的理论来论述和证明艺术的反映说：“诗人的职责不在于描述已发生的事，而在于描述可能发生的事，即按照可然律或必然律可能发生的事。”21在二千多年以前，亚里士多德得出这种思想与观点确实很伟大，但在二千多年以后的今天，这种观点就值得推敲了，因为在今天的自然科学领域，决定论已经受到了绝对有力的挑战。在量子力学中，有许多经典的概念和观点都得到了修正，如电子的轨道概念就被几率概念所代替等。在量子力学中，还有一个著名的原理叫测不准原理，即位置与动量是不能同时被测准的，为此，上个世纪上半叶物理学史上还发生了一次著名的论战，一方以爱因斯坦为代表，坚持决定论，另一方以丹麦著名的物理学家玻尔为代表，坚持量子力学的非决定论。最后的胜利者是谁呢？不是爱因斯坦，而是玻尔！因此，尽管二千多年以前亚里士多德就教导人们要按照“可然律或必然律”来创作艺术，然而艺术中却仍然充满了夸张与虚构，充满了偶然性的内容。实际上，艺术之所以能够突破可然律或必然律，能够充满夸张与虚构，原因不是别的，这是因为人有无限的想象力和理解力，而人的想象力和理解力可以突破可然律或必然律，可以允许夸张与虚构，可以允许偶然性的内容存在，仅此而已。例如，在我国著名小说《西游记》中，孙悟空是一只猴子，然而这只猴子却会说人话，有七十二种变化，一个筋斗能翻一万八千里等等，很显然，这些都是明显的虚构，是不现实的，也是不可能的，然而有谁会因为这些虚构而拒绝阅读这部小说呢？当我们被这部小说所吸引的时候，我们会因为这些虚构而终止阅读吗？不会。为什么？就是因为我们的想象力与理解力完全允许这些虚构，仅此而已。

不把艺术的定义为一种反映，这是否违背辩证唯物主义关于物质与意识的关系原理呢？辩证唯物主义认为，物质或存在决定意识，意识是对物质或存在的反映，而艺术是人有意识创造的产品，那么说艺术是一种反映又有什么错呢？在这里，笔者首先要声明的是，美丽的美学并不违背辩证唯物主义关于物质（或存在）与意识的关系原理。美丽的美学认为，艺术能够反映客观现实的一些情况，因为唯物辩证法告诉我们，事物总是互相联系的。另外，一个人造事物总是含有人的目的的，而且总是用一定的物质构成的，因此任何一件人造事物包括艺术品就总是反映着制作人的一些情况以及与制作材料有关的情况如技术水平、时代背景等。但“能够反映一些客观情况”与“把反映客观情况作为艺术的定义”却是两回事（后者要求反映必须是艺术的本质属性，而前者就没有这个要求了）。辩证唯物主义关于物质或存在与意识的关系原理是从哲学的高度及最一般的角度所概括出来的一个原理，这个原理概括地说明了所有人造事物都有一个共性——反映性，这是完全正确的，但如果我们据此把所有的人造事物都说成是一种反映就不妥当了，因为任何事物都不仅仅是只有一个性质，而是有多方面的性质的，其中有的性质是本质的属性，而有的性质却是次要的性质，是非本质的属性。在所有的人造事物中，唯有科学才有资格被称为“反映”，因为只有科学才能胜任“反映”这一任务和职责，反映性可说是科学最本质的属性，而这一性质对于艺术来说就是次要的性质了，是非本质的属性了，如果把反映性当作是艺术的本质属性，把艺术定义为一种反映，那么这就是把艺术当作科学了，就是要用艺术来代替科学了，然而这是根本不现实的。另外，如果我们把艺术定义为一种反映，那么，因为一切人造事物都反映着许多内容，因此一切人造事物就都有理由申请成为艺术，而这是多么荒谬啊。总之，美丽的美学认为，艺术能够反映客观世界的一些情况，但反映性仅仅是艺术的一个次要的、非本质的属性，艺术不能笼统地被称为一种反映，我们也不能把艺术定义为一种反映。美丽的美学仍然遵循辩证唯物主义的基本原理，只是不会从辩证唯物主义关于物质或存在与意识的关系原理直接推论出艺术的定义。至于美丽的美学关于艺术的定义是什么以及“反映”这个概念在艺术中的作用与地位是什么，美丽的美学在后文中对这些问题都会有明确的交代，读者应该马上就能够看到。

那么不把艺术定义为一种反映与一种科学，这是否会减弱艺术的功能与价值呢？不会！科学因为能够反映事物的本质属性与事物的运动、变化、发展的规律，因而科学对于人类来说有着极大的功能与价值，但艺术不必仰仗科学来提高自己的地位从而来获得人们的尊重（当然，艺术可以利用科学，正如科学可以利用艺术一样）。在下一节我们将看到，艺术有其独特的与伟大的功能与价值，虽然艺术的功能与价值和科学不同，但与科学相比，艺术对于人类来说，其功能与价值是毫不逊色的。

注释：

1彭锋著：《美学的感染力》，中国人民大学出版社2004年10月第1版，第209页。

2丹纳著：《艺术哲学》缩译彩图本，曾令先李群编译，重庆出版社2006年8月第1版，第11页。

3、4、5、6、7黑格尔著：《美学》第一卷，朱光潜译，商务印书馆1979年1月第2版，第55、56、56—57、56、54页。

8、9、10彭锋著：《美学的感染力》，中国人民大学出版社2004年10月第1版，第210、211、211页。

11苏珊•朗格著：《艺术问题》，滕守尧译，南京出版社2006年1月第1版，第28页。

12、13钱谷融著：《当代文艺问题十讲》，复旦大学出版社2004年5月第一版，第86、90—91页。

14、15、16、17张前主编：《音乐美学教程》，上海音乐出版社2002年2月第1版，第124、124、124、125页。

18、童庆炳著：《文学审美特征论》，华中师范大学出版社2000年6月第1版，第3页。

19著：《实践论》，《选集》第一卷，人民出版社1966年7月横排本，第264页。

第4篇：现代量子力学教程范文

[摘要]物理学是自然科学的重要组成部分，整个物理学的发展史就是一部美学的发展史。它充分展现了物理公式和规律、表达形式、时间和空间、研究问题的手段和方法探究过程的简单、对称、和谐、统一美。在高中物理教学中，适时给学生进行物理学史的教育，使学生在美的感受中爱学、乐学物理知识，对其健全的人格的形成，更好地实现新课程提出的三维目标，很有意义。

[关键词]物理学史 物理学美 价值

中学物理教育不仅要对学生进行物理知识的教育，还应在教学过程中对学生进行审美教育。物理学的发展史集中体现了人类探索和认识客观世界的现象、特性、规律和本质的历程。物理学史告诉人们，每一个物理概念和规律的形成，都是汇集着许多人艰辛的努力，常常需要几十年乃至上百年的努力，才能迈出有意义的几步。物理学美不仅体现在物理知识的形式上、内容上、结构上、物理学的研究方法上，而且体现在科学探索的过程中，体现在物理学家们的非凡的想象力，探索精神和高尚的思想品德上;通过物理学史展示物理学家求真、求美的过程，让学生感受科学家探索未知世界的过程，感受他们尊重自然、尊重客观意志的“真”，体会他们推动发展的动机的“善”，不屈不饶的科学精神，高尚的人格，坚强的毅力等，达到以美感人，以美育人的目的，引导学生自己去追求和创造物理美，并将美的认识转化为追求美的自觉行动。

一、通过物理学史，感受经典实验的美妙，体会科学方法美

科学方法是人类智慧的结晶，是人们在认识和改造世界的实践活动中总结出来的正确思维和行动方式。物理学史证明科学理论的重大突破，必然伴随着新的科学方法的诞生。在物理学史上有很多精美的物理实验，不但在实验设计上极具创造性，而且实验装置设计上非常具有新颖性和实验技术上具有艺术性，经过艰辛的过程，通过长时间的努力，克服无数困难，才做出物理学上的重大发现或技术上的伟大发明。在教学中充分展示这些精湛优美的实验可以使学生发现和体验物理实验的精彩和美妙。例如:引力常数的测量，在牛顿发现万有引力定律一百年后，卡文笛许设计出扭秤实验，通过三次巧妙放大，将力的测量变换为力矩的测量;又将力矩的测量转变为石英丝转动角度的测量;再将转动角度的测量转变为光点移动距离的测量。这一精妙设计终于获得了历史性的突破，测出了这一微小的引力常量。著名的伽利略“斜面圆球滚动实验”，就给人一种简洁的美，它的美体现在对实物形态实验的超越，使实验条件、实验过程在思维中以理想化的方式表现出来，通过猜想、设计、推理，由有限个实验归纳出一般的结论，没有考证所有可能的情况。讲述这段物理学史，使学生了解到伽利略开创了把物理实验与科学思维相结合的物理学研究方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。伽里略在物理学史上占有重要地位。被后世誉为“近代科学之父”，这不仅与他在科学上的伟大成就有关、而且与他在科学方法上的革命性转变分不开。正是由于他在科学方法上的创新、引导自然科学走上了正确的道路。

二、通过物理学史，感受科学家的精神美、人格美、毅力美

在物理教材中涉及到许多中外著名物理学家。他们生平大量动人的事迹，尤其是不怕挫折的拼搏精神、爱国奉献的敬业精神和相互协作的精神都是—部绝好的美育教才，能激起学生心灵的震动。教学过程中，若能让学生了解物理学家勇于探索，实事求是的科学精神;以苦为乐，顽强拼搏的不屈精神;只图贡献，不求索取的奉献精神;坚持真理，并为捍卫真理不怕牺牲的献身精神等。这无疑是最理想、最成功的情感教育。

物理学史表明，物理学大厦并不都是成功者创造的，它是成功者与失败者共同创造的。焦耳为准确测得各种情况下热功当量值，历经40年，进行了400多次实验。法拉第“磁生电”经过十年的研究;居里夫人为了从沥青铀矿中提炼出纯净的镭，经过近一千三百五十个日日夜夜的奋战，从8吨铀沥青矿渣中提炼出0. 12克纯氯化镭，开普勒在困境中还是坚持对行星运动的研究，从大量的观测数据中，花了近十年的时间，计算出了行星运动的三大定律等等;爱迪生为了寻找一种合适的灯丝，试用了一千六百多种材料。所以爱迪生说:“失败也有我需要的……”。还有许许多多的物理学家，他们坚持不懈地探索的科学精神和献身科学、捍卫真理的感人事迹，光辉的言行和高尚的品格，为人处世和爱国主义的热情，无不显示了物理学家的精神美。因此在教学中引入物理学史的实例，通过讲述这些物理学史来培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和锐意进取、百折不挠、不断创新的科学精神，激励学生以科学家在创造伟大业绩所表现的人格力量为楷模，树立科学的世界观和人生观，确立为科学真理而献身的崇高品质。

三、通过物理学史，激发学生科学审美情趣和提高对科学美的审美能力

自然界本身是一个简单、和谐、统一的整体，作为描述和揭示自然现象和规律的物理科学也应是简单、和谐和统一的。“多样统一”是人类追求的永恒主题。整个物理学史，在某种程度上也可以说是物理学大师们为建立统一的物理理论的奋斗史，也是物理学家追求美的历史。牛顿为追求天体运动和地面物体运动的完美统一发现了万有引力定律;焦耳为追求热与功的完美统一测出了热功当量;法拉第为追求电和磁的完美统一发现了电磁感应现象;爱因斯坦为追求时间与空间的完美统一发现了相对论、为追求质量与能量的完美统一发现了质能方程等等。作为支撑经典物理大厦的牛顿运动定律，在宏观低速领域，实实在在地展现其简洁和完美;而作为现代物理大厦支柱的相对论和量子力学，又从更广阔领域描绘了一幅极其简洁的物质组构和运动的生动图像。科学的美，还体现在科学技术的巨大进步上，海王星与冥王星的发现、人造卫星的升空、原子弹的制造等等，这些无不叫人惊叹科学的伟大。在物理教学中渗透科学家追求科学完美的典型事例能促进学生对科学美的认识转化为对科学美的追求。

四、利用物理学史，激发学生的爱国热情

物理学史是一部科学文明的发展史，在物理教学中，结合教学内容介绍我国古代在物理学方面对世界的卓越贡献和我国现代物理学相关技术的飞速发展及成就，这既能使学生了解祖国灿烂辉煌的文化，培养学生民族自尊心和自豪感，又能增强学生的民族自信心，激发学生爱祖国爱民族的热情;介绍物理学的前沿知识，了解当前我国现代物理学相关技术与世界科技发展存在的差距，这样不仅能使学生开阔眼界，领略了知识的巨大力量和科学技术的日新月异，还能使学生感受物理学美和人类智慧美。从而激发学生的求知欲，唤起学生的时代责任感与使命感，有勇气肩负祖国赋予的使命，树立为提高我国科技水平而勤奋学习、刻苦钻研、勇于探索、献身科学的信念。

例如，我们讲述“声波”时，就要讲讲北京天坛绝妙建筑;在学习“原子和原子核”时，就应提到在现代物理前沿领域所作的巨大成就的李政道、杨振宁、丁肇中等科学家;在讲“超导”时，应介绍我国在超导材料方面所做出的巨大贡献;我们在讲述“天体运动”时，不能不介绍“神五”、“神六”、“神七”“嫦娥一号”的发射，介绍我国航天技术的现状和发展，介绍平均年龄只有三十岁的航天人。学生会为自己的祖国感到自豪，为这样一群年轻人而感到自豪。这不但能激起学生的学习兴趣、民族自豪感、使命感和责任感，还能激发学生爱国热情，报国之心。

五、通过物理学史，渗透概念形成的历史背景和过程，挖掘美育因素

在物理学史上，每一个科学上的新发现，都为后继者提供了宝贵的经验和启迪。中学物理中一些概念、定律和理论建立的过程凝练、升华了科学思维方式和科学研究方法，也包含了丰富的育人因素，展示这些科学过程有利于学生对知识全面正确的理解和建构，让学生得到前辈科学家科学思维和研究方法滋养，认识到物理学每前进一小步，都伴随深刻的物理思想和观念的变革。使学生受到生动的情感、态度、价值观的熏陶和感染，有利于健全人格的培养。例如:人们对原子结构的认识，就经历了一个发现、认识、否认、再认识过程。J·J·汤姆生发现电子后，曾提出关于原子的“枣糕式模型”。 1910年，卢瑟福建议用a粒子轰击金箔片。实验表明a粒子能穿透很薄的金箔片。这一实验事实使汤姆生枣糕模型遇到了无法解决的矛盾。因a粒子是失去两个电子的氦原子，犹如一块掉落两颗枣子的小枣糕，小枣糕打在大枣糕上，氦原子无论速度多么大，也很难想像它能穿透出去。但是1908年卢瑟福用a粒子轰击原子时，有大约八千分之一的几率被反射回来。这一事实使卢瑟福惊奇，他说:“这是我一生中最不可想像的事，真如用一枚重型炮弹轰击一张卷烟纸，而炮弹竟然被卷烟纸弹回来又打中了我自己一样的不可思议。”。卢瑟福用不同金属箔片进行了多次实验，并经过三个多星期的认真思考，指出汤姆生的原子模型不会使a粒子发生大角度偏转。卢瑟福以丰富的想象力提出，原子是一个很“空”的，中间是一个很小但质量很大的硬核。卢瑟福在实验的基础上经过严谨的推理，提出了原子的“核式结构模型”。 转贴于

在物理教学中应该反映这种迭起波澜壮阔的发展过程，使学生的科学思维和科学方法得到启迪，让学生从知识的完善和演变中认识它的条件性和局限性，使凝固的物理知识变得生动，学习仿佛是一次与科学创造者的对话;适当分析科学家的成功和失误，体会科学探索者的困惑、沉思、试探和创新智慧之光，让学生用发展的观点，辩证地看问题，认识到物理学知识的相对性，有效地消除学生对物理学知识来源的神秘感，消除对已有知识的僵化认识，为今后的学习和生活树立信心。

参考文献

[1]李艳平，申先平.物理学史教程[M].北京:科技出版社，2003. 103.

[2]邹纪常.物理学的美学价值[J]，广西物理2000.3.

[3]郭奕玲、沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社2000.

第5篇：现代量子力学教程范文

二、中学生创新教育的内涵和内容：1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。2、培养创新能力，主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。3、培养学生创新人格和协同合作的精神。

三、创新教育的探索与实践：1、教学中培养学生创新精神。2、挖掘学科特点，培养创新能力。3、培养学生创新人格和协作精神

【关键词】创新探索实践

一、创新教育在新世纪教育中的重要意义

现代社会是知识经济社会，而知识经济的核心是创新。当今世界的科技竞争、综合国力竞争越来越表现为创新型人才的水平和数量的竞争。创新教育是当今世界许多国家教育改革的焦点和核心，中华民族要实现伟大复兴，要矗立于世界优秀民族之林，必须要有全民族整体素质、科学水平的提高。学校教育是培养民族创新精神、创新能力的主渠道。教师要明确创新教育思想、创新教育培养目标和实施方案，在教学过程中才能唤醒学生的创新意识，培养学生的创新精神，提高学生的创新能力，使他们想创新、敢创新、会创新。

二、中学生创新教育的内涵和内容

创新是民族的灵魂，创新是科学发展的动力，是技术革命的生命。中学生创新教育的内涵应是：通过创新教育使学生对已有的经验和知识进行分解与组合后，产生某种新的、独特的思想观点、思路设计、途径方法……的活动过程。

1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。要千方百计培养学生形成推崇创新、追求创新的观点和意识。只有在强烈的创新意识的引导下，学生才可能产生强烈的创新动机，树立创新目标，充分发挥创新潜力，释放创新激情。创新的产品是独出心裁、前所未有的。因此创新是超越，而不是跟随。只有大胆向传统挑战，才可能创新。

2、培养创新能力，主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。

创新思维的主要形式有：①联想思维。②直觉思维。③灵感思维。

物理实验是人类研究自然现象和规律的重要途径，也是人类发明创造的重要手段。物理实验教学，可以验证书本知识，然而更重要的是重温前人创造的思维的过程，从中受到启发，同时也培养学生的动手实践能力。

3、培养学生创新人格和协同合作的精神。健全的人格是个体顺利发展的内在因素，是个人创新能力得以发挥的支柱，主要包括爱国主义情感、献身科学的精神、勇于面对失败，百折不挠的意志，求实勤奋的治学态度和较强的自信心。

协同合作精神是新世纪对人材的基本要求。新技术革命，使人类在已经到来的21世纪相互影响，相互依存。重大的发明创造，需要众多人才共同去探索、开发、创造。因此我们必须培养学生的协同合作精神，以满足未来社会对人材的需求。

三、创新教育的探索与实践

1、教学中培养学生创新精神

创新精神包括：创新的意识、热情、进取心、自信心、创新的胆略；敢于质疑坚韧不拔的毅力等等。在教学中，我们一方面要培养学生推崇创新、追求创新的观念和意识，鼓励学生解放思想、独立思考；另一方面要根据不同的教学内容启发、培养学生敢于质疑、善于质疑的创新精神。

首先，教师的教学过程要具有创新意识，为学生树立创新的表率。无论教材提供的知识多么完整，由于各种原因总会留下缝隙，只要我们积极思考，善于“钻空子”，就会有所发现，有所创新。例如，在动量守恒的验证实验中，落点为什么会有较大的离散，原因应在碰撞的过程中被碰小球所处的支座与等大的入射小球轨道的末端不能严格在一直线上，两球不是对心正碰。要减小误差怎么办？教学过程要引导学生观察这一现象，分析其原因，再由学生提出减小误差的方案，选出最佳的方案表扬。只要事事处处做有心人，善于思考，就会设计出灵活多变的教学方案，培养学生的创新意识。

其次，教学活动要使学生保持旺盛的好奇心和求知欲，脑海中经常出现“为什么”三个字。“月亮为什么不会飞走？”“苹果熟了为什么会从树上掉到地面上”，牛顿对这些自然现象的观察，引发思考研究，得出了十六世纪自然科学最伟大的发现——万有引力定律。教师要在教学过程中，使学生养成多问“为什么”的习惯。例如：物理概念为什么要这样定义？物理规律如何来的？实验为什么要这样设计？做错习题时更要问为什么会错？知识联系实际的“为什么”是创新意识的升华。例如：为什么我们乘车时会看到远处的太阳向前走而近处的树木会向后走？雨后的天空为什么会出现彩虹？为什么彩虹呈圆弧形等等，坚持不懈地寻根问底就会激发创新意识。

然后，在教学中要培养学生的“质疑”精神。人的思维活动起始于问题，有疑问才会去思考。有疑问是学习新知识、产生新思想、发现新观点的起点，教师要营造一个宽松的教学环境，也就要创造一个和谐、平等的教学环境，使学生勇于发现问题，敢于提出问题，渴求解决问题，他们的创新意识就会得到培养和发挥。

①提倡学生向教师的教学过程、教学内容质疑。教师的知识结构和教育教学模式都在迅速地老化，只有不断地“充氧”才能赶上时代的步伐。教师在教学中的言行举止对学生有潜移默化的影响，教师若能实事求是地但陈不足，和学生一起研究问题，就能成为学生培养质疑精神的好榜样、好朋友，好老师。学生敢于质疑的精神非常宝贵，要鼓励和提倡。

②鼓励学生对教材质疑。高中学生对知识、现象、实验等有旺盛的求知欲，对新异的事物，特别感兴趣，他们对学习的知识爱提出一些疑问，例如：在滑动摩擦力的教学中，有学生提出教材上给出的动摩擦因数都小于1，有没有大于1的呢？在演示分子间有空隙的实验中，得到酒精与水混和总体积缩小的现象。有学生提出所有两种液体混和的体积都缩小吗？有增大的吗？在光电效应的教学中，有学生提出入射光的频率增大，光电子数目增加否？在透镜的教学中，有学生提出反射光是在人射光区域相消的，透射光应不变，为什么还会增强呢？等等。说明了学生存着强烈的质疑意识，孕育着可贵的创新精神。

③大力提倡学生争辩。通过争辩活动可以提高学生质疑的敏捷性、灵活性。量子力学中的测不准原理就是海森堡与爱因斯坦等人长期激烈的争论后，在海森堡的脑海骤然出现的。长期引导学生进行争辩、互相质疑无疑会大大增强学生质疑的意识，使学生在质疑辩论中，搞清原来模糊的概念，更重要的是培养学生会持质疑的态度上课，锻炼思维的准确性、开放性，也提高了流畅表达自己的观点的能力。

2、挖掘学科特点，培养创新能力

每个人都具有天生的创造力。对于每个正常人来说，创新能力只有大小之差，没有有无之别。科学家与普通人的差别，不在其大脑聪明与否，而是在其创造潜能能否得到培养与开发。物理课堂教学的重点是培养创新思维，实验教学的重点培养动手创造能力。

⑴、培养学生创新思维能力。创新思维是一种具有主动性、灵活性、求异性、独创性和灵感性的思维方式，它往往能突破习惯思维的束缚，在解决问题的过程中，其观点富有创意。心理学研究表明：中学生热情奔放，充满对新世界、新事物的好奇，不畏艰难，勇于探索，对他们进行创新思维的培养，具备心理发展基础和可能牲。

①在物理教学过程中，从知识的传授、解题的思维等，都要加强联想思维的培养。联想思维主要是指在大量的经验知识的基础上，在创造激情的推动下，通过形象类比联想，把记忆中能反映事物特征的那些映象加以选择、提炼，重新组合成新的映象的过程。威尔逊发明的、被卢瑟福称为“科学史上最新最精彩的仪器”——“云雾室”，是与他在苏格兰群山的最高峰尼维斯峰度过几个星期，对山间云雾缭绕的瑰丽的光学现象的观察、思考分不开的。例如在讲解分子势能、电势能时，应启发学生联想弹簧的弹性势能、重力势能与分子势能、电势能之间的共性，比较它们的异性，从而使“机械”势能——“分子”势能——“电”势能形成一条链。又如：学习玻尔原子能级时，引导学生把核外电子在不同轨道上绕氢核运转的情况与人运地球卫星在不同轨道上绕地球运转的情况类比联想，从而掌握电子绕行的动能、势能、速度、周期等变化规律。应用类比联想将知识系统化是创新思维的基础。

联想思维将抽象的问题形象化，把复杂的问题简单化。卢瑟福在α粒子散射实验的启发下，在数字计算和逻辑推理的基础上，以丰富的想象力提出原子的核式结构模型。卢瑟福的脑海里浮现出这样的图景，反弹回来的粒子如此稀少，而速率又几乎和射击时相等，这不像子弹打在茫茫草原上的核桃上又反弹回来一样吗？这是何等生动的想象力。在教学中培养想象力是联想思维训练的重要方法。如子弹以一定的速度射击固定的相同厚度的木板，其阻力恒定，恰好能射穿五块木板，求子弹穿过各木块的时间比。从匀减速运动来思考这问题较难，可想象成让恒定牵引力作用下汽车从静止开始作匀加速直线运动，在相等位移内的时间比，再将比值关系反向排列为所求。

②直觉思维不遵循一般逻辑规则，不局限于传统的思维模式。因而具有创造性、灵活快捷的特点。直觉思维作为一种心理现象，必有其自身规律，从本质上讲是一种认识的突变，其机理是许多知识因素与思维活动能量积累到一定程度时迅速结合形成认识上的飞跃。这种飞跃产生基础有两个方面，合理而清晰的知识结构，是形成思维的内在因素；娴熟的专项技能是产生直觉思维的外部条件。

直觉思维产生机理告诉我们，结合物理知识与技能教学，追寻思维活动的路径，创设情境，能有效地诱发直觉思维。物理教学中，学生有扎实知识基础，理解各部分知识关系，优化知识结构，使学生对所学内容融会贯通，才能起到居高临下，高瞻远瞩的作用。面临物理问题就能迅速作出取舍，产生直觉。精选习题，系统地培训解决物理问题的专项技能，如整体与隔离法、观察联想、类比法、假设法、等效法、图象法、数列、极限法等，建立合理模式，熟练各项技能，提高思维的快捷性、灵活性，有助于直觉思维能力的发现。在中学物理教学中，要引导学生动手搞小制作、小实验、小发明、写小论文和科幻文章，培养他们的理论联系实际的直觉思维能力和创新意识。例如：学生遥控汽车在一平板小车上“进、停、追”平板车就会退、停、进，演示人在船上行走满足动量守恒定律的现象模似，使抽象的思维直觉化。再如用“超级特技飞行”玩具代替小球在脱离轨道运动，演示圆周运动向心力与速度的关系。用悬挂旋转飞机验证一维圆锥摆运动等，这样既培养了学生的创造思维，又使更多的学生用直觉灵感思维来分析和感知物理现象和规律。

③灵感思维的养成是个逐步积淀的过程，对中学生灵感思维的培养，主要是培养设想、猜想思维能力。布鲁纳说过：“在自然科学和普通生活中，我们常常被迫根据不完善的知识去行动，我们不得不去猜想。”中曾根说：“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现”。物理学史上的大量事例都是揭示科学创新这一本质的历史，让学生了解科学家打破常规思路的科学创新过程，往往会在学生的记忆中留下深刻的印象，久久不会淡忘。这对提高学生的创新能力是非常有益的。

科学创新来自于创造性的猜想。因此我们在教学中应重视发掘教材中有效因素。变换常规的教学方法，放开束缚学生思路的枷锁，有意识地引导学生进行合理的猜想。例如：在学习牛顿第二定律时，可引导学生从一些日常生活中的现象提出猜想：物体获得的加速度的大小可能与那些因素有关？是什么关系？然后再进行实验定量研究来得出结论。在讲等温变化的玻意定律时，由学生初中的热现象和生活经验，先猜想一定质量气体，在温度不变的情况下，压强和体积可能是什么关系？再通过实验来验证。又如在“原子核的人工转变”α粒子轰击氮核的教学中，α粒子轰击氮核产生了新的粒子是质子。这一现象发生是α粒子将氮核中的质子打出来的，还是氮核获得α粒子后形成新的原子核，再衰变产生的呢？允许同学们提出猜想，再引导同学们观察分析布拉凯特云雾室拍摄的照片。由照片中得到的三条径迹的事实，论证你的猜想是否正确。教材中有很多知识涉及科学猜想的思维，教师要充分挖掘教材的潜力，培养学生灵感思维，提高创新能力。

⑵、在物理实验教学中培养学生的创新能力。在物理实验教学中，重视实验的创新与探索，设计问题的情境，显示知识获取的过程，实施“实验、启迪、引导”的教学模式，充分发挥物理实验在培养学生创新精神、探究能力、创造能力的特殊功效。

①、由学生自行设计小实验。例如：让学生自行设计不同物体与小木板之间的动摩擦因数的实验。同学们设计了不同的测定动摩擦擦因数的方案，有水平平面滑动，有斜面上滑动；有用橡皮筋伸长量比值法，也有弹簧秤读数法；有匀速平衡法，也有匀加速方法求解。又如：在自由落体运动的教学中，教师可让学生观察一些落体运动后，由学生分析这些运动的共同特征。提出“这些落体是否是重的落的快，轻的落的慢”，由学生设计简单的实验来说明。同学们议论纷纷地设计了很多的方案，最简单的是将质量差异较大的两石块从同一高度，同时释放。听落在桌上的声音是否有先后之差。再提出自由落体是什么性质的运动？你可以设计实验来验证吗？同学们积极思考，共同商量，设计出了用打点的方法来测；有用光电计时方法来测；有用闪光照相方法来测；最有创意而又简单的方法是“外报法”，物体从光滑斜面上加速下滑是匀变速运动，（这是已有的经验事实）增大角度物体的运动性质不变，只是加速度的值增大。当角度增大到90o时，就是自由落体运动，且只有重力作用，运动性质还应是匀变速直线运动。教学中使学生动脑，动手的实践中，感受“创新”成功的滋味，培养创新意识，提高创新能力。

②、学生的心灵深处都存在着使自己成为发现者、研究者、探索者的愿望，如果教师在教学过程中，重视把教学与学生的这种愿望相结合，注意为学生提供发现问题和运用知识的机会、创造解决问题的条件，学生的创新能力就会得到培养和发展，并能在研究过程中亲身体验到人类驾驭知识、改造现实的自豪感，这种内在的情感体验，会反过来激励学生再探索、再创新。例如：测电阻的实验中，给出学生足够的电学器材，让学生测小灯泡伏安特性曲线的实验，要求从零电压开始逐渐到额定电压为止。从器材的选择，电路的设计，测量记录到作出图象，分析图象的意义等都由学生自行设计。最后评比交流，使同学们相互学习，取长补短。再如单摆教学完成后，给出设计题目：提供一定容积的可乐瓶一只（瓶底有一小孔）、细线一根、米尺一把、小石子一块和盛水的桶一只。试估测水从此瓶底小孔连续流出的平均流量。较多的同学开始很茫然，因水的体积和水流时间都有连续性，通过同学们认真思考、观察，将已学的知识结合起来，多数同学能完成这个实验。从标签上读出水的体积。用细线与石子组成单摆测时间。这些实验与知识结合较好，又有较好的创意性，是培养学生创新能力的好方法。

③结合物理知识进行科技制作，如：电学知识学完后，布置学生作一个小型的风力发电机。可以用现成的发电机零件组装，也可用磁铁、线圈等制作发电机，自制风轮，让学生在制作过程中去探索怎样使轮转动得最快，怎样检测发电机的电流的大小等。最后在相同条件下对比发电量大小。再如：讲完全反射教学内容后，安排学生制作蜃景现象的模拟。同学们首先想解决的是有折射梯度的气层，经同学们的讨论研究，认为液体折射梯度容易实现，由不同液体接触面上的分子扩散来实现。学生在科技活动中，做了大量的小制作。如水位报答器，摇控航模，光控和声控继电电路等等。培养了学生的动手能力和解决问题的创新能力。

3、培养学生创新人格和协作精神

人们的价值观念正经历着从重视人的创造物的价值到重视人自身的价值的转变，面对人的品质评价已趋向于提倡人的创造型、开拓型的性格。因此，我们最终应把创新能力的培养落实到学生创新人格的塑造上，凡是有利于创新活动的个性品质，都是创新需要，称为创新个性，创新个性具有相当的完整性和持久性，对学生今后的发展将产生积极的和决定性的影响。

创新人格表现为：良好的思维品质、独立的个性特征。如质疑精神、创新意识；优良的意志品质；强烈的求知欲；不竭的进取精神。为塑造学生的创新人格，在教学中，应保护学生的好奇心，解除学生对错误的恐惧心理，鼓励独创性与多样性，鼓励幻想，鼓励向有创新精神的人学习和接触。

培养学生勇于面对失败的精神。在创造活动中，错误和失败远远多于成功。爱迪生发明电灯，瓦特发明蒸汽机，莱特兄弟把飞机送上天，都是建立在成千上万次失败的基础上的，事实证明，失败会使人聪明，“失败是成功之母”，在物理教学中要将科学家们可歌可泣的百折不挠的意志，献身科学的精神融合在知识传授中，增强学生的爱国主义精神、为人类的进步献身科学的责任心和勇于创新的顽强意志。

物理教师可利用灵活的形式，由学生组合成不同的物理兴趣小组，开展各种科技小制作、小发明、小论文等活动，举办物理知识竞赛，实验创新能手的评比等，办好科技板报、手抄报，使班内形成以创新为核心的班级舆论。教师要经常与学生交流创新体会，鼓励学生之间的适度竞争、相互合作交流相互了解和相互宽容，使全体学生的创造力和每个学生的创新能力相互激励同步增强。

创新教育的探索与实践使我们认识到，二十一世纪创新人材的培养是世界教育发展的主流。创新教育既关系到学生个人的可持续发展，更是国家和民族发展和进步的需要，所以我们必须树立正确的教育观念，真正地从应试教育转变为素质教育。努力提高自身创新能力。明确课堂教学是学生获取知识的主渠道，也是培养学生创新素质的主要途径。教学中贯彻创新意识是先导，创新精神是源头，创新思维是关键，观察、实践是途径，创新能力和创新人及协作为目标的教学原则。坚定方向，不断努力，一定能够培养出优秀的、具有创新能力的栋梁之材。

主要参考文献资料：

1、《创造学教程》：中国建材工业出版社，鲁克成等编著。ISBN7-80090-627-2/G•2；