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理論物理范文1
1在物理知識方面的要求
(1)掌握分子動理論的三個基本觀點；
(2)理解阿伏伽德羅常數的物理意義，掌握有關微觀量的計算方法
2通過將有關物理知識條理化進行復習，使學生理解相關知識內在的邏輯性，從而在較高的層次上掌握分子動理論的基本知識
3在物理學的方法論上，讓學生懂得任何理論都是建立在一定的觀察和實驗的基礎上的，從實驗中總結的規律才是物理知識的源泉
二、重點、難點分析
1重點：分子動理論的三個基本觀點，阿伏伽德羅常數
2難點：用阿伏伽德羅常數聯系宏觀量與微觀量，進行分子數、分子質量和體積的計算，并要區別固、液和氣態不同的分子模型
三、主要教學過程
(一)引入新課
簡要說明本章(分子動理論，內能)復習方法與過去(力，電)之不同點：理解與記憶并重，掌握估算方法
(二)教學過程設計
1分子動理論的基本內容
引導學生回憶分子動理論的基本內容
(1)物體是由大量分子組成的
提問：從哪些方面證明物體是由大量分子組成的？
證明：①分子直徑的數量級：10-10m
提問：實驗根據？
答：油膜法測分子直徑
指出實驗設計思路巧妙且較易實現
②阿伏伽德羅常數NA=6.0×1023mol-1
提問：怎樣計算NA值？
指出阿伏伽德羅常數的物理意義：1mol任何物質包含的微粒數都是相同的，但不同物質的分子質量和體積不同，所以，1mol不同物質的總質量(摩爾質量)和總體積(摩爾體積)不同
例1求1g鐵(Fe)包含的原子數，已知鐵的分子量為56
提示：指出Fe=56，即鐵的摩爾質量是M=56g/mol
指出：如果知道1g鐵包含幾摩爾物質，便可由阿伏伽德羅常數求出它包含的原子數
解：1g鐵的摩爾數
原子數：
例2求1個鐵原子的質量
例3求1個鐵原子的體積
提示：怎樣求“摩爾體積”？
提示：將固態鐵中的鐵原子看成一個緊挨一個的緊密排列，且看成立方體模型
解：1mol鐵原子的體積(摩爾體積)
1個鐵原子的體積
追問：如果把鐵原子占有的空間看成立方體，則1個鐵原子的直徑有多少米？
例4求1cm3鐵包含的原子數
提示：1mol鐵原子的體積VM=M/D，則1cm3鐵包含的原子數n=1cm3/VM
注意例3、例4互為倒數關系
指出固體和液體分子都是緊密排列的，所以對液體而言，以上計算方法都適用
(2)所有分子都在永不停息地做無規則運動(熱運動)
提問：證明？
證明：布朗運動
說明布朗運動的規律：永不停息、無規則、溫度越高越激烈
說明：由于布朗運動是固體顆粒受到液體分子撞擊造成的，所以布朗運動是液體分子永不停息無規則熱運動的反映
說明：溫度是分子無規則熱運動激烈程度的反映
說明擴散現象也是分子無規則熱運動造成的，但這個現象也說明了分子間有空隙
(3)分子間存在著引力和斥力
指出分子間的相互作用力來源于庫侖力，所以分子間引力和斥力同時存在，分子力是合力
由庫侖定律可知，當兩個分子之間的距離增大時，它們之間的引力和斥力同時減?。划攦蓚€分子之間的距離減小時，它們之間的引力和斥力同時增大
讓學生看書，理解圖1所示分子力f隨分子間距r的關系：
①當r=r0時，f引=f斥，f=0；
②當r＜r0時，f引和f斥隨r減小而增大，f斥增大得比f引快，f表現為斥力為主；
③當r＞r0時，f引和f斥隨r增大而減小，f斥減小得比f引快，f表現為引力為主
④當r＞10r0時，f引和f斥都趨于零(氣體)，f可以忽略，所以理想氣體不考慮分子力
例5一個房間的體積為15×3m3，試估算該房間內空氣的質量已知在標準狀態下空氣的摩爾質量為2.9×10-2kg/mol
提示：由于氣體分子之間的作用力很小而使氣體不能有固定的體積，使氣體分子通過熱運動充滿容器的整個空間，房間的容積就是氣體的體積
提示：先計算房間中空氣的摩爾數
提示：設空氣處于標準狀態(簡化方法)
解：房間中空氣的摩爾數
則空氣質量
m=NM=(2.0×103)×(2.9×10-2)=58kg
講述一個人想買一個名作家故居空氣的故事
例6在標準狀態下，求1個氣體分子占有的空間
理論物理范文2
當作者攻讀博士學位時，粒子物理標準模型剛剛建立，量子場論得到迅速發展，特別是重正化群以及格點規范理論，很快在相對論量子場論與統計物理之間搭建了橋梁。而很多物理學家都覺得神秘的代數拓撲學，不僅對量子場論中的真空有獨特的應用，而且解釋了量子霍爾效應和凝聚態中的集團激發。
上世紀60年代開始出現了第一批旨在克服高能物理、統計力學和凝聚態物理之間文化差異的書，為重正化群對理論物理學的應用帶來的革命做出了很大貢獻。90年代一些作者力圖揭示量子場論機制如何用于凝聚態物理。進入21世紀以來，從凝聚態到弦理論，許多概念和技術做到了共享，以致在單獨一本書中已經不可能涵蓋量子場論在凝聚態中應用的所有論題。相關的書籍數目大量增加，學生面臨如何挑選最合適的書籍的問題。正是在這樣的背景下，作者在瑞士聯邦理工學院（ETHZ）講授“凝聚態物理中的量子場論”的基礎上寫成了這本書。作者的目的是給物理類碩士水平的研究生介紹凝聚態物理中挑選出的非常適合應用場論語言的一些概念。
很多量子場論的書致力于讓學生掌握了量子場論機制之后，用它解一些習題。而作者反其道而行之，在每一章第一時間發展解決一些問題的方法學，不想讓量子場論成為主要興趣，而是讓其保持成為盡可能經濟地解釋凝聚態物理基本原理的工具。作者相信，達到此目的最有效的技術是系統地利用量子力學的路徑積分。在本書中它被到處用到。然而，作者并不要求讀者熟悉比量子力學基礎更多的知識。
全書內容共兩大部分，分成9章。第1部分為玻色子，包括第1-4章：1. 諧波晶體；2. 稀薄玻色氣體的Bogoliubov理論；3. 非線性σ模型；4. KosterlitzThouless相變。第2部分 為費米子，包括第5-9章：5. 無相互作用費米子； 6.固體中電子Jellium模型；7. 平均場和隨機相位近似中的超導電性； 8. 單耗散Josephson結；9.二維時空中的阿貝爾玻色子化。
書末有9個附錄，篇幅幾乎為全書的三分之一，詳細地介紹了書中所涉及的量子力學、量子場論、和一些數學知識。對于本書的使用十分重要。
本書是一部高水平的凝聚態物理中的量子場論專著，它不僅對于凝聚態、高能物理等物理學家而且對于數學家都是極有興趣的。作者選擇的內容盡可能全面和廣泛，概念準確，推導簡潔，闡述足夠細致。而且把豐富的習題及其解答作為每一章內容的有機組成部分，很有特色。對于從事與現代物理各領域相關的教學及研究人員特別是研究生，本書是一本高水平的參考書。
理論物理范文3
一、易學自然觀
《周易》包括《易經》和《易傳》兩部分，實際上是上古巫文化化出的符號、周初時期占筮驗詞集錦和戰國末年理性詮釋的統合。作為《易傳》的十篇釋文已經完全脫離卜筮，建立起一套以陰陽為綱闡釋變化的理論體系。漢興，《周易》作為官學傳習和研究的對象，被尊稱為“五經”之首；漢易已經納入陰陽五行學說，隋唐時期易學即以其理性向科學領域滲透；進而逐漸形成以符號系統與以陰陽為綱紀相結合的范疇體系和理論結構。
易學對宇宙的基本觀點是：陰陽相涵相因、流變會通，構成一個合諧互補的有機整體。
張立文教授在《王船山易學思想略論》〔1-191〕中指出：船山的本體哲學，統體會通于和合。所謂和合者，就是“陰陽未分，二氣合一，氤氳太和之真體”?！兑讉鳌酚醒浴靶味险咧^之道，形而下者謂之器”，作者認定道器是虛實范疇，虛與實的主要差異在于隱與顯?！靶味险呤请[也”，隱不是無，而是潛在，是形而下所以存在的根據。“形而下者是顯也”，指有形質的東西，“即形之成乎物而可見可循者也”。即此可知，顯指可見可循的事物和現象，隱指寓于“器”而起作用的現象背后更本質的東西；而隱又不是虛無，“道不虛生，則凡道皆實也”。從而推定道乃實存之體，得出道器交與為體、相涵相因、流變會通的兩系統結構論。
道和器的關系究竟如何？就邏輯上講，“形上者乃形之所自生”，因為凡器皆有形，由“形”邏輯上得出對應于“形下”必然存在著“形上”。就二者的主從關系講，“當其未形而隱然有不可喻之天則，天以之化”，依此概括二者的關系為：道是器存在的依據；道通過器而表現自己，一切顯性的運動變化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度講，是“理不先而氣不后”，二者既不存在先后、本末之別，也就從根本上排除了天理、神創的觀念。
張教授立足于人文（兼及自然）闡述問題，認為“王船山道器、氣關系，充分體現和貫徹了《周易》和合人文的精神”，本文專門討論自然而不涉及人文。依據形上學本體哲學，自然界的物理客體應該分兩類，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本質區別在于形下之“顯”和形上之“隱”。
小結：易學自然觀是兩系統結構論。從靜態角度講，“萬物（包括宇宙自身）負陰而抱陽，沖氣以為和”；從動態角度講，“陰變陽，陽變陰，其變無窮”。所謂的易，就是講陰陽變化之理的學問，即“易以道陰陽”。
二、兩種物理學理論
物理學作為一門學術的名稱，是從亞里士多德的希臘文著作延續下來的，這個希臘詞的意思是探討自然的秩序和原理的“自然學”，亞氏又稱其為自然哲學。大約到18世紀中葉，由于學科內容的分化，自然史和化學從物理學中獨立出來，18世紀后半葉法國討論過留下的物理學意味著什么，結果是把物理學分為一般物理學和特殊物理學。前者指牛頓力學或由《自然哲學的數學原理》導出的以數學描述質點運動的傳統，后者包括聲、光、電、磁等廣泛領域。通常都把這種劃分說成是數學科學傳統和實驗物理學的分離。
1829年，泊松把當時法國物理學的思想傾向歸為兩類：物理力學和解析力學。他把前者的特征描述為“它的唯一的原理是把一切還原為分子運動，而這些分子是把力的效果從一點傳到另一點并保持這些力之平衡作用的核心”，即期望用天體運動的牛頓平方反比定律數學格式，精密地描述宇宙一切現象，稱牛頓范式；而后者則強調現象的解析格式，輕視對物理原因進行討論，稱非牛頓范式。1840年以后，牛頓范式的地位被非牛頓范式所取代；與之同時，拉格朗日原理被泊松和哈密頓予以發展，使力學成為完全分析的形式，并且以能量取代力的概念體系。本應該由之意識到“根本不存在純粹的力學現象，實際上運動總是結合著熱和電磁的變化，它們也規定運動”〔2-9〕，從而結束牛頓的“力學神話”，可惜的是西方哲學沒有能夠為物理學提供合適的自然觀，以后的物理學就在迷茫中走了許多彎路。對兩種范式的本質差異，一般都視為用幾何法還是用解析法的數學問題。
19世紀30年代之后，隨著實驗物理學的成熟，出現了實驗物理學和理論物理學之區分；物理學的理論又分原理理論和構造理論兩類。前者是先使用分析法在經驗中發現自然過程的普遍特征（即原理），然后給出各種過程必須滿足的數學形式的判據，比如牛頓力學；后者又叫“假說—演繹”法，即先確立“想象的原理”（即“假說”），然后采用反證法通過由原理導出的結論對原理進行證明，給出的內容與經驗所顯示的現象吻合得愈多愈一致，特別是能夠從假說來預言現象并得到證實，這種構造理論就愈成功。依據這種分類方法，一般都承認17世紀牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》就分別代表了原理理論和構造理論。對這兩種理論劃分的依據主要在于思維方式，即前者采用分析法而后者采用綜合法。
三、兩類物理客體
牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》，從近代物理學奠基開始，兩種截然不同的理論分別傳承為兩種體系，即牛頓范式——原理理論，惠更斯范式——構造理論，其本質差異不在思維方式和數學形式之不同，也不在是采用數學方法還是實驗方法之別，而在于研究的客體分屬于根本不同的兩類。
以質量對物體進行計量，并假定質量都集中在一個質點，以相互傳遞力的作用描述運動，是牛頓范式的核心觀念；非牛頓范式研究的光、熱、電、磁等現象，都不能以質量進行計量，最終認識到了這種現象都與“能量”直接相關，并且以能量取代了力學概念體系。
而今首當其沖應該明確的是物理學根本就不直覺研究“物質”，正象無法品嘗水果一樣，因為二者都是抽象的類概念。物理學只研究質量、能量、電量、時間和空間之間的關系，兩種理論的適用范圍不同，前者是關于質量系統的理論，后者則適用于能量系統。以往不適當地把能量說成是物質運動的形式（如“能即運動”）〔3-526〕，是產生混亂的肇端?，F代物理學已經確認物理客體分兩類：宇觀上有分立的天球和連續輻射，微觀上分粒子和場，粒子物理學分費米子和玻色子，理論物理學稱其為物質粒子和相互作用；物理學理論也分用質量計量和時空描述、用能量計量和位形描述兩個系統?！拔覀兪紫劝延钪娴奈镔|內容分成兩個部分：“物質”即諸如夸克、電子和繆介子等粒子，以及“相互作用”諸如引力和電磁力等等”〔4-38〕。當代著名物理學家霍金居然會說出如此不合邏輯的荒唐話，不難看出“物質”這個誤用概念帶來的混亂是何等嚴重。
物理客體不能用“物質”這個概念進行抽象和概括，而應該分為質量和能量兩個系統，二者的本質差異有3：1、分立和連續；2、有無靜質量；3、量傳遞時物理客體僅只振動而不發生運動方向的位移。確認能量系統存在的依據有5：1、德西特從廣義相對論場方程得出沒有物質的宇宙時空解；2、無限的（負能電子）海的發現；3、愛因斯坦說：“依據廣義相對論沒有以太的空間是不可思議的”；4、3K微波背景輻射證明“空間”不空；5、粒子物理學的實驗發現，絕大多數粒子為瞬息億變的動態網絡。
“全〖ZZ(〗空間〖ZZ)〗充滿著相互作用著的各種不同的場”〔2-387〕，這種分布著某種物理量的空間，不同于經典物理學中作為參量的空間。“場從數學上表述了能量局域性概念”，“是一個具有無窮多自由度的動力系統”〔2-353〕。即此可知，一切自然現象雖表現為質量系統單元個體的運動和變化，動變之因卻源于能量系統的作用；而能量系統本身不通過作用于質量系統的效應也根本就無法觀測。物理學早已將物理客體分為彌散態粒子和凝聚態物體，3K微波輻射發現之后，就應該從分類學的角度再增添一種連續態網絡；進而將彌散態粒子分為質量子和能量子，如此一來，物理世界圖象就會變得非常清晰。
物理客體分物體、粒子、網絡三類，分別用質量、電量（或荷質比）、能量計量；人類生活的現實世界屬于質量系統（從天球到原子乃至質子、電子），能量系統則是一切運動變化的動力之源；所有的共振態、復合態粒子均屬于能量系統的動態網絡，只有那些穩定的能量子才有現實意義；不同能量子的有序組合構成信息（從質量系統講，傳遞信息必須有載體，而對能量系統，信息和載體則合而為一，于此無暇展開討論），可以用于操作質量系統的變化和存儲一切自然現象。
小結：物理客體分兩個系統三種態。質量系統和能量系統確實屬于“負陰而抱陽，沖氣以為和”的狀態；作為兩系統“中介”的彌散態，是演繹世間萬象的“大舞臺”；何以產生質量和電量，是現實世界存在的最根本機制。
四、時間和空間
無論哲學還是物理學，時間和空間都是一對非常重要的范疇，同時又是亙古至今爭論最多直到今天還沒有取得共識的兩個概念。16世紀之前，基本上沒有留下多少值得關注的重要論點；牛頓為了創立完整的力學體系，不得不提出人類歷史上第一個時空構架。他認為物質是在絕對空間中運動，時間不跟任何物質對象相關、自身等速地在那里流；時間和空間各自獨立互不相關。亦即是說時間和空間僅只是描述運動的參量。
現代物理學的發現則是：“廣義相對論用空時結構的幾何性質來表示引力場”〔2-328〕，場不但“是某種物理量的空間分布”，還是“一個具有無窮多自由度的動力系統”〔2-353〕。很顯然，時空結構應該被理解為改變物體或帶電粒子運動狀態的作用量。
依據質能兩系統結構論看待，即使在牛頓力學體系中，時空結構也是作用量而不是描述運動的參量。比如牛頓力學的第一號自然力——重力G=mg，如果沒有g作用于m，物體就不會自由下落，很顯然g是使m自由下落的作用量。如果用電磁作用相類比，g可以被稱為引力場強，其作用效應跟電場作用于電量沒什么兩樣。自從發現了動量和能量守恒之后，牛頓力學方程基本上已經不再使用，足以說明牛頓力學非常片面，能夠溝通三個領域最基本的物理量只有動量和動能，根本就不需要力這個概念。
時間和空間究竟指什么？答曰：二者分別是對能量系統單元個體持續性和廣延性的計量，恰如用質量計量物體、用電量計量帶電粒子那樣。
“空間一時間未必是一種可以認為離開物理實在的實際客體而獨立存在的東西。物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延性”〔5-112〕。愛因斯坦如果對中國古典哲學稍有理解，就會再說一句：這些客體還有著時間的持續性。這種“物理實在的實際客體”即指能量系統而言。
能量系統雖是連續態，探究其具體作用時卻需要量子化。假定其最小單元為h，由ε＝hν＝h/T可知，只要測出周期T，即可以知道具體的能量值，同理測出波長即可知動量。故而可以說時間和空間是對能量系統兩種屬性的計量。
董光璧教授猜想對于不同的相互作用，應該“各有其時空結構”，是有道理的。用于電動力學的時空結構已經非常成功，“對于電磁相互作用，相對論提供的時空結構和量子論提供的能量結構，既在邏輯上自洽又與經驗相符”〔2-429〕；而對于質量，發揮作用的時空結構有ι2t-2和ιt-1兩種，對行星的運行則有R3/T2＝K。
小結：時空不是獨立的存在，而是用于計量能量系統屬性的概念構架。對于物體或帶電粒子，不同的時空結構作用于質量和電量可得能量和動量；對于能量系統，只需要用T和λ對基本單元個體計量，即是能量和動量。
五、兩種運動
討論過物理學不應該使用“物質”這個哲學范疇，明確了物理客體分質量、能量兩個系統，確立了質量、電量、能量和時空是基本的物理量，并且弄清了時（T）空（λ）可以直接作為計量能量和動量的基本量，不同時空結構又分別是驅動質量或電量的基本作用量之后，還應該討論一下運動形式問題。
亞里士多德很早就提出自然運動和強迫運動區分之必要，物理學界至今都沒有認真對待。所謂自然運動，應該是不受人的干預，不準附加任何人為條件的運動，比如自由落體、自組織系統的變化和行星運轉等（下文稱絕對運動）；所謂的強迫運動當指人為增添了特設條件的運動，比如將物體抬高、擺鐘和日常生活中經常發生的許多運動。
牛頓力學除自由落體之外，幾乎都有附加條件，將運動定義為一個物體對另一個物體的位移，運動的基點建立在物體對物體的作用（即力）之上，并將物體看作一個質點等，基本上都屬于質量系統的相對運動。現代物理學發現的因果關系被破壞，基本上都產生于對絕對運動和相對運動的作用機制之混淆。
“一個鐘所處的引力勢越低（深），它走得越慢，而那里發出的光在引力勢較高處去接收就會發生紅移”〔5-92〕，亦即是說原子鐘在那里發出的光頻率較小，周期變大。如果是擺鐘，依據T＝2πL/g，由于g變大，周期就必然變小。兩種鐘的結果居然完全相反，基于什么原因呢？這就恰好能夠說明相對運動和絕對運動的作用機制不同，顯示的結果就必然會適得其反。由于原子鐘的頻率直接決定于能量子的頻率，屬于絕對運動；而擺鐘的周期則由作用量g與彈性勢的平衡決定，屬于相對運動，g變大時相對而言等于固定不變的彈性勢變小，故而鐘的周期亦隨之變小。“量子理論和每一種合理的真實世界觀念都沖突”〔6-127〕；“量子力學改變了古典物理學的因果觀和實在論”〔2-328〕。這些觀念產生于發現了絕對運動和相對運動效果迥異，感到困惑的原因是沒有樹立起時間和空間“不再是事件在其中發生的被動的背景”，“相反的，它們現在成為動力學的量”〔4-53〕，根源在于沒有突破“物質”一元論的樊籬。
問起廣義相對論場方程的意義，通常的回答是：“物質和能量要使時空向其自身彎曲”〔4-60〕，反過來彎曲時空的曲率又決定著物體運動的路徑。這種表述本來存在一個因果互易的邏輯循環，只需要將誤用概念“物質”去掉，就變成了非常明晰的單因（能量）決定單果（質量運動路徑）的關系。再如“勢函數V表示質量系統對空間任意點的引力作用”〔2-361〕，實質上則是勢函數表示任意時空點對質量的趨動作用。作用和被作用的因果關系弄顛倒的原因，許多都出在用相對運動的觀念去解釋絕對運動；產生這種觀念的根源又非常久遠和牢固，先是哲學上把物質說成第一性，繼而近代科學一開始就決定只研究屬于第一性的質量和重量，外加擔心宗教神學找麻煩，所有物理學理論就都必須把物質或質量說成是運動變化的起因。依據兩系統結構論，動因僅來源于能量系統。
宇觀上的星體都是絕對運動，很早很早之前就受到許多哲人的關注，他們的不少觀點由于跟相對運動的理論不合，都受到了冷遇。歐拉認為“一切物理過程都是以太與物質相互作用的結果”〔2-180〕，歐多克斯認為“日、月和行星分別固定在想象的勻速轉動的天球上，星體本身不動，它們隨著天球運動”〔2-51〕，笛卡爾的觀點更明確：“宇宙空間充滿媒質的旋渦運動，天體被媒質的旋渦推動”〔2-145〕；最直觀形象的描述莫過于那個陰陽互動的太極圖，那是華夏先民無數代人仰觀俯察智慧的結晶。天空中所有星系或星系團無不都是一個渦旋，其中不少渦旋的中心根本就找不到質量（被稱為質量丟失的暗物質）。很顯然這些渦旋都是能量積累形成的畸變時空，那些特定的R3/2＝K的不同旋線上，都可能會有星體在做自然運動，根本就不需要什么引力作為向心力，自然也就沒有必要去找切線力的源。
易學中雖說沒有“自組織”這個詞，王船山卻早就講清了自組織的作用機制。“陽變陰合，乘機而為動靜”，“二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象”，如果將質量子和能量子類比為陰陽，這種說法還滿有道理的。
小結：運動有相對和絕對之別。因果關系被破壞的原因大都生之于用相對運動的理論去解釋絕對運動，根源在于物質一元論不能作為物理學的哲學基礎。
六、唯物宇宙觀
科學思想作為文化的一部分，在相當長的時間內世界各地都是沿著自己的傳統在發展；從16世紀開始，隨著西方殖民主義的掠奪，希臘傳統的科學逐漸傳播到世界各地。如今所說的近代科學，主要指希臘科學傳統的擴展，其間也不乏阿拉伯、中國和印度等地科學成果的積累。物理學思想的發展在很大程度上跟古希臘哲學有著非常密切的關系，古希臘哲學的自然觀主張人與自然分離。
在古希臘文化傳統中，從公元1世紀基督教創立開始，就出現了理性和信仰、哲學和神學的紛爭，科學思想的發展亦被打上深深的烙印?；浇坛蔀閲讨螅爸R服從信仰”成為教會的基本準則之一，于是就有人提出“學問來源于經驗”與之抗衡。
基督教創立不太久，某些護教派發現那些愚昧貧乏的教義抵抗不住古希臘、羅馬文化，特別是哲學，就開始從古希臘、羅馬哲學中尋找為教義辯護的依據，從而發展出貌似科學的神學，進而宣布真正的哲學和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原則。中世紀的歐洲幾乎一切學術都在宗教神學的桎梏之下，自然科學也不例外，布魯諾被活活燒死，伽利略遭受終生監禁，都因為他們的理論對神學不利。
唯物主義宇宙觀針對信仰先于理性提出物質第一性、意識第二性，自然科學總算找到了哲學基礎。由于近代科學確定只研究屬于第一性的質量和重量，而不研究與感覺有關的第二性，即把意識范疇留給宗教，總算爭得了一席之地。當我們立足于現代科學的成果和困惑，去反思物理學發展的歷史時發現，把物質和意識的關系視為全部、特別是近代哲學重大基本問題的唯物主義哲學，根本就不能作為物理學的理論基礎。為了從神學桎梏下掙脫出來，選擇第一性、第二性之分的哲學雖說必要，終歸總逃不掉為臨時應付而“舉債”付出更高的代價。
物質和意識對立，對立的雙方是自然和人，這是古希臘自然與人分離自然觀的延續。這種哲學適用的范圍應該是人天系統，即探討的中心課題是人與自然的關系；而物理學則屬于純客觀地探討自然界的秩序和原理的學問，亦即是說它只研究物質和物質之間的聯系、相互作用和運動變化規律等問題，絲毫不涉及物質與意識關系的內容。故而我們認為，唯物主義宇宙觀雖說使物理學擺脫了宗教神學的束縛，而成為一門獨立的學科，卻不能做為物理學的哲學基礎。
自然界是一個有機整體，要探討其運動變化的規律，就不應該將所有的物理客體用“物質”一個概念概括。因為變化只能發生在至少兩種客體之間，如MN和NM；而MM則是永遠無法觀測的。
“科學史界越來越多的學者認識到，站在現代科學的立場尋找歷史來龍去脈的做法有誤入歧途的危險，轉而采取從原來的境況中重新闡釋科學思想”〔7-2〕，不少人發現了《周易》中保留著自然學的原初形式，可以為科學發展提供有益的哲學啟迪。本人沿著這條進路摸索多年，學習探尋的心得是，物理學只有依據兩系統結構論的自然觀，才可以討論變與不變。
易以道陰陽；萬物負陰而抱陽，沖氣以為和；陰變陽，陽變陰，其變無窮；陽變陰合，乘機而為動靜；二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象——僅依據上述五句富涵哲理的格言，對物質、時間、空間、運動和因果關系等重要概念做一些簡要的剖析，就可以理出一條新的思路。如果依據兩系統結構論，對物理學的概念和理論進行一次新的整合與梳理，極有可能會將物理學帶出當前的困境。不當之處，敬請各位師長、同仁指正。
參考書目：
1、朱伯昆主編《國際易學研究》第三輯，華夏出版社1997年版
2、董光璧等著《世界物理學史》吉林教育出版社1994年版
3、《馬克思恩格斯選集》第三卷人民出版社1972年版
4、(英)霍金著《霍金講演錄》湖南科技出版社1995年版
理論物理范文4
1.1與專業必修理論課的接軌
本課程所采用的教材很多章節中展示了當年科學家理論推演的部分原始過程(與專業課書本上所講內容道理雖同，所采用的方法卻復雜很多)。比如在第六章第三節《狹義相對論體系的建立》當中多處使用愛因斯坦《論動體的電動力學》原文中的表述內容雖然汁原味，但太過抽象，對于專業課基礎較為薄弱的物理系大學二年級學生來說很難接受。而相對論理論的系統學習是大學四年級開設的《電動力學》專業必修課的任務。筆者在講授本節課程時新課導入采用“鐘慢尺縮”、“雙生子佯謬”和“天上一日，地上一年”等生動有趣的課題引入，淡化和刪除了課本上多處原文中的理論推導。因為這時學生的認知水平所處的階段正是英國教育家懷特海所說的浪漫階段(新奇而生動，浪漫的遐想)，通過這樣的例子和問題激發學生思維的火花，在同學們感知到狹義相對論的有趣事例之后，畫龍點睛一語中的般地指出這些只是狹義相對論的表面現象，而相對性原理———物理定律對于一切慣性系都應具有相同的形式(協變要求)，才是它的本質。學生的認知水平進入了精確階段。愛因斯坦本人在提出狹義相對論時是從電磁學入手的。學生剛剛在大學一年級學習過《電磁學》專業課，并不陌生。為了深化這一點認識，筆者舉出了如下例子，引導學生掌握:一個點電荷所帶電荷量為q，靜止放置在如圖所示的位置，問學生在圖中的靜止的A點處，有無電場和磁場?學生通過電磁學課上所學的“靜止電荷只能產生電場”和“運動電荷既產生電場又產生磁場”的知識很容易判斷A點有電場無磁場。筆者隨即將題設改為，點電荷q依然靜止不動，A點以速率v向右運動，再問同樣的問題，組織學生討論、探究，在筆者的啟發下學生終于認識到若以點電荷q為參考系，A點依然是有電場無磁場，但若以A點自身為參考系，由于電荷q相對于A點向左運動，那就變成了運動的電荷，所以A點既有電場，又有磁場。通過這樣一個簡單的例子使學生感知到專業必修課《電磁學》上所學的經典理論對于不同的參考系竟然得出不同的結果，在此基礎上直接給學生展示相對論電動力學的結果。這樣學生的認知水平便進入了懷特海所說的教育三階段中的綜合應用階段。
1.2與專業實驗課的接軌
本課程所采用的教材中詳細描述了許多當年的科學家所做的實驗。學院開設的普通物理實驗課程中的大部分內容正是對這些實驗的重現。筆者結合相關專業基礎課和實驗課的內容，發掘出《物理學史》課程中與普通物理實驗相關的問題(特別側重于科學方法的滲透)，既能激發學生探究問題的熱情，促使其反思實驗課當中處理問題所采用各種方法的深刻含義，又能加強師生互動，提高課堂效率和學生分析問題、解決問題的能力。
2對教材內容順序進行了調整
本課程教學所采用的教材是郭奕玲、沈慧君編著的由清華大學出版社出版的《物理學史》第二版。此教材體系完整，見解獨到，科學家實驗情景描寫細致入微。但僅限于每周兩課時的情況，教師講解不可能面面俱到。為此筆者根據學生專業發展需要，對教材內容進行整合、提煉，不合理的地方加以剔除，必要的知識點加以拓展，以更好地服務教學。本門課程的教學重點內容是前九章，后面幾章屬于介紹、略講范疇。筆者在教學過程中將第十一章《現代光學興起》內容與第三章《經典光學的發展》部分整合，題名《光學的發展》，將第十二章《天體物理學的發展》與第六章最后一節《廣義相對論的建立》內容整合，使學生將前后知識融為一體。例如現階段就學生考研而言，光學專業無論從就業、考研兩個方面來說均屬于相對熱門專業。如此教學法有利于學生深刻認識到光學學科的重要性，不僅促進了《光學》專業課教學，對學生將來的綜合發展也有益處。
3將學科前沿知識和大學生頂崗實習支教教學案例融入課堂教學
筆者在攻讀碩士學位時所學專業是理論物理，具體方向是量子信息和量子光學，畢業以來一直從事這個研究方向。第八章第九節《關于量子力學完備性的爭論》和第十節《量子電動力學》等內容正好與筆者的科研方向相關。故而筆者在講到這里時利用自己的專業優勢補充了大量的前沿知識如“薛定諤貓態”、“壓縮相干光場”、“量子計算”、“量子糾纏”、“EPR佯繆”等等，充實了課堂內容，使學生的視野從課本轉向前沿，做到“搞好科研促教學”。由于物理系屬于師范專業，絕大多數學生無論考研與否終將登臨三尺講臺。中學物理教學中若以物理學故事的形式引入，可以使教學過程更加生動活潑，激發學生的學習興趣。物理學史課堂正好提供了這種資源。另外，物理學史集中體現了人類探索和逐步認識物理世界的現象、特性、規律和本質的歷程，豐富的物理學史素材可以使中學課堂凸顯科學精神，對學生以后從事教學工作帶來益處。近年中考、高考對物理學史相關知識考察日趨增多?？茖W家思考研究問題的很多方法對于即將登臺講課的物理專業師范生來說具有重要意義。例如類比法是最重要的科學研究方法和教學方法之一。科學家拿庫侖定律類比萬有引力定律(平方反比)，拿電力線、磁力線類比流體，拿以太類比彈性介質等等，至為深刻。講到這里筆者結合自己的扶貧頂崗實習支教工作經歷，列舉出實習支教大學生講課的真實案例中“類比”方法使用的例子，使得學生感知到正確使用類比方法可以將抽象的概念和生活中的實際現象聯系起來。這樣的方法不僅是新課導入的關鍵，也是促使中小學生的認知過程由形象到抽象，由浪漫階段轉入到精確階段的重要教學手段之一。
4結語
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一、傳統教學理念分析
以知識為中心的教學設計認為，學習的本質是一個復雜的知識加工處理過程，這個過程包括感知、記憶、比較、分析、綜合等心理操作，教學設計要符合這種知識處理規律。因此，教學設計的重點應放在如何將知識和技能加以分解，使之符合一定的加工順序，同時以一定的媒體形式呈現出來，以利于知識處理，即教學設計的重點是知識的加工與處理。由于這種教學設計理念只關注知識的處理，因而被稱為以知識為中心的教學設計。在這種教學設計中，教師被看作是知識的主要來源，因此，也稱為以“教”為中心的教學設計。自20世紀90年代以來，建構主義理論風靡全球。建構主義理論強調人類的知識不是“純客觀”的，不是他人傳授的，而是在與外部環境的交互過程中自己建構的。因而，建構主義者認為，教學要以學生為中心，要給學生控制和管理自己學習的權利。教師的主要任務是為學生提供學習的環境，學生是學習環境的主人，教師只是學生的輔導者。由于以建構主義理論為基礎的教學設計強調教學要以學生為中心，因此，又被稱為以“學”為中心的教學設計。
以“教”為中心的教學設計只重視教師傳授的知識，沒有將學生的主觀能動性充分發揮出來，其結果是，教師一味傳授，學生被動接受。以“學”為中心的教學設計過度相信學生的自我學習能力，使學生無法獲得較為系統的知識體系，其結果是，學生自我探索，無法得到教師及時有效的知識傳授。即以“教”為中心的教學設計和以“學”為中心的教學設計都存在明顯缺陷，兩者都過分強調教與學的某個方面，而將教與學割裂開來。
二、行為理論的教學體系設計
為了解決上述問題，20世紀90年代末，西方國家開始以行為理論作為教學設計的理論框架。行為理論是在20世紀40年代由Leont’ev根據前蘇聯著名心理學家和教育理論家維果斯基的文化－歷史心理學理論發展而來的。行為理論屬于交叉學科理論，研究特定文化歷史背景下人的行為活動，最早被前蘇聯應用于殘疾兒童的教育和設備控制面板的人性化設計。在20世紀90年代，BonnieNardi等人將行為理論引入美國等西方國家。行為理論的哲學基礎是辯證唯物主義哲學，其基本思想是，人類行為是人與社會和物理環境所造就的事物之間的雙向交互過程，人類行為的產生來自于主觀人與客觀事物之間的普遍聯系和不斷發展之中。行為理論認為，在教學中，應將學生與知識統一起來，實現學生與知識的雙向交互，最終達到主體與客體的辨證統一。
行為理論通過構造行為系統來實現，行為系統包含三個核心元素和三個環境元素，三個核心元素是主體、團體和客體，三個環境元素是工具、規則和勞動分工。環境元素為核心元素提供其賴以存在的環境，構成核心元素之間的聯系。在核心元素中，主體是行為的執行者，是行為系統中的個體要素?？腕w是主體加工處理的對象。團體是指行為發生時行為主體所在的群體。行為理論認為，人類的行為必須以工具為媒介，包括現實工具和抽象工具。對于學生來說，現實工具可以是語言、教材、媒體或互聯網等；抽象工具可以是某種思考方法、某種解題規則等。工具將行為主體與客體聯系起來。規則是客體需要依賴和遵循的法律、標準、規范、政策、策略、倫理道德、文化傳統等，是主體與團體之間聯系的紐帶。勞動分工是團體內部為完成某種任務而采取的組織管理策略，通過勞動分工將單個主體、團體和客體聯系起來。
三、財務管理案例教學的核心元素設計
在財務管理案例教學中，核心元素包括主體、客體和團體三個部分。其中，主體是參與案例教學的學生，客體是教學案例，團體是主體學生所在的學習小組。
（一）主體的設計學生是行為系統中的主體，教師主要起引導和控制作用。在財務管理案例教學中，尤其要強調學生的主觀能動性，這是由財務管理課程的特點所決定的。
其一，與其他課程相比，財務管理課程理論在許多方面都與我國現實存在顯著差異。如籌資理論認為，股權籌資方式籌資成本最高，但在現實中，我國絕大多數公司會首選股權籌資。這種理論與現實的差異，與我國上市公司股權結構不合理、公司治理不完善、法律制度不健全等有密切關系。僅僅依靠教師講授書本知識和案例，學生不充分發揮主觀能動性，很難理解這種差異。
其二，很多財務管理教學案例沒有唯一的答案，站在不同利益人的角度，會作出不同的財務管理決策。如對于公司利潤分配，站在股東的角度，當公司有好的投資機會時，股東希望盡量不分配現金股利；當股東自身有好的投資機會或者希望盡早收回投資降低風險時，會要求公司盡可能多地分配現金股利。站在債權人的角度，則不希望公司分配現金股利，因為公司現金流出會降低債務的保障倍數。對于此類問題的學習，僅僅通過教師的講授，學生很難真正掌握問題的本質。將學生分為不同小組，扮演不同利益人，使學生像相關決策者一樣身臨其境地思考問題，有利于充分發揮學生的主觀能動性，真正實現教學目標。
（二）客體的設計對案例教學來說，案例設計要遵循時效性、廣泛性、親和性原則。時效性強調通過電視、網絡、報刊等信息媒體掌握當前的熱點經濟問題和經濟事件，用最新事件作為教學案例，這樣有利于激發學生參與案例討論的熱情。同時，財務管理的理論和內容也在不斷發展，過于陳舊的案例不利于學生理解和掌握財務管理理論和實務。廣泛性強調案例來源要廣泛，包括來源范圍廣泛和來源途徑廣泛。來源范圍廣泛，指從古、今、中、外全部空間和時間范圍尋找教學案例；來源途徑廣泛，指不僅可以通過互聯網、報紙、專業期刊和一般雜志尋找教學案例，還可以將學生經歷的經濟事件作為教學案例，如對MBA學生所在單位發生的經濟事件進行適當修改，作為財務管理教學案例。從長遠來看，學校可以考慮建立校內共享的財務管理案例庫，并制定一些鼓勵政策，支持教師參與企業合作，實行產、學、研相結合，企業為學校教學工作提供案例，學校為企業經濟管理工作提供解決問題的思路和方案。親和性指財務管理教學案例要盡量來自學生所能接觸到的現實問題，讓學生對案例有親切感，認為案例有實際意義，從而有興趣了解和分析它。如在進行資金時間價值教學時，可以用購房者按揭貸款作為案例，讓學生運用復利和年金知識計算購房者在全部還款期內實際還款額的現值，與直接用現金購房方案相比較，對兩種購房方案進行比較分析。
（三）團體的設計教學中，可以將學生所在的班級作為一個學習團體，也可以將班級劃分為若干個小組作為學習團體。對于案例教學來說，將班級劃分為若干小組作為學習團體會更有效率。因為小組討論是一個集思廣益的過程，既有利于分工協作，又有利于督促和帶動學習積極性不高的學生主動參與，培養學生的團隊精神。為了提高課堂效率，可以在各小組內部初步討論后，要求各小組選派代表發言，并要求學生在課后以小組為單位撰寫案例分析報告，使學生通過對案例的進一步思考和總結，加深對所學知識的理解和掌握。至于小組人數，可根據課時多少、案例大小、具體分工來確定。既可以讓學生自由組合，也可以按照學生的學習成績、性格特點搭配，或者按照住宿相近、方便學習的原則劃分學習小組。教師在分組時要注意各小組學生之間的能力差別不能過大，每個小組都有能力對案例進行深入分析，人員的安排要有利于對案例的學習和討論。
四、財務管理案例教學的環境元素設計
環境元素包括規則、工具和分工。環境元素的任務是根據主體的需要，提供主體搜集和加工客體的工具，對團體進行恰當的分工，并為整個案例教學順利進行提供規則支持。
（一）工具的設計案例教學過程需要借助工具來完成，根據對學習者所能夠提供的支持，工具可以分為效能工具、認知工具和交流工具三類。效能工具可以幫助學習者提高學習效率，如字處理軟件、作圖工具、搜索引擎、教學多媒體等。認知工具可以幫助學習者發展思維能力，如語義網絡工具、數據庫、專家系統等。交流工具可以支持師生之間和學生之間的溝通，如基于internet的email和聊天工具等。財務管理課程與宏觀經濟和行業經濟的變化、與微觀企業的行為關系甚為密切。進入21世紀以來，經濟全球化進程加速，特別是在我國加入WTO后，各行業都發生了重大變革，使財務管理領域不斷出現新事物和新問題。在這種情況下，需要從國內、國際全面有效地發掘更新、更有說服力的財務管理教學案例。因此，基于互聯網的工具在財務管理案例教學中顯得尤為重要。
（二）分工的設計在財務管理案例教學中，課堂討論和發言通常以小組為單位進行，容易滋生某些學生的“搭便車”行為。為了盡可能減少這種情況，可以采取合理安排小組成員、制定相應檢查和處罰規則等監督和約束措施。如檢查小組每個成員的筆記，要求每個成員都要在課堂討論時發言，對課下討論要求有記錄，對偷懶行為給予懲處等。這樣，通過小組間的合理安排、小組內部的合理分工，以及有效的規則來消除學生“搭便車”行為。
（三）規則的設計教師在案例教學中應制定一定的規則，來對學生的行為進行引導、激勵和約束。這種規則既包括針對個人或者團體的行為規范，也包括案例教學的激勵考核制度。教師可以將學生成績與其所在小組成績和個人表現掛鉤，分別賦予小組成績和個人表現一定的權重，計算學生成績。增加小組成績的權重，有利于鼓勵學生的團隊合作；增加個人表現的權重，有利于激勵學生在課堂上自我表現的積極性。因此，教師應根據學生特點制定規則，引導學生行為。
在案例教學中，教師通過人際交往來影響和引導學生管理自己的學習活動，并且可以參與到學習活動中，成為小組學習的參與者。同時，教師在案例教學中，對學生進行分組，幫助小組實現內部分工，為案例教學提供規則，并向學生傳授使用工具的方法。這樣，教師就完全融入到案例教學的行為理論體系之中。
參考文獻：
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理論物理范文6
有人可能認為培養優秀學生主要靠課外小組和個別輔導，與課堂教學關系不大，這種看法是片面的，實際上課堂教學也是至關重要的．本文著重從高中物理課堂教學這一側面來總結取得這些成果的經驗．
我們十多年來的課堂教學經驗可以總結成三句話：追根尋源真一點，實驗研究多一點，能力要求高一點，簡稱“三點”教學法，因此我們稱自己的教材為“三點”法教材．
我們的“三點”法教學完全是根據國家教委頒布的高中物理教學大綱編寫的．因為我們面對的是全班學生，不可能而且也不應該把課堂教學變成物理競賽輔導，我們確確實實通過課堂教學明顯提高了學生的素質和能力，為學生在高考和物理競賽中取得優異成績打下了扎實的基礎．
一、追根尋源真一點
一個學生學習物理，首先接觸到的就是物理定律．因此，怎樣搞好物理定律教學，必然是每個物理教師首先要考慮的問題．
在進行某一物理定律教學時，我們有意識補充了大量的與這一定律的建立過程有關的內容，這就是所謂的“溯源”教學．任何一個重要物理定律的建立，都有一個艱辛而漫長的過程．探索定律的工作只所以能成功，這個定律最后只所以能夠確立起來，其中一定有很多科學的研究方法和正確的推理思維方式，這些內容毫無疑問是屬于物理學科中最重要的東西，是人類一筆寶貴的知識財富，也是我們物理教學的寶貴財富．
在講授牛頓萬有引力定律時，我們從第谷對行星進行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起，然后是開普勒在擁有這些數據的基礎上，通過大量計算總結出描寫天體運動的經驗規律（開普勒三定律），最后才是牛頓用定量的動力學原理對這些規律予以解釋，終于發現了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律．在學習牛頓萬有引力定律的過程中，我們還著重向學生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗證”三種科學研究的重要方法．
在學習庫侖定律的過程中，我們糾正了學生由于大多數教科書敘述籠統而形成的錯誤觀念，使他們明白：1．庫侖當年只用扭秤做了兩個同種電荷互相排斥的實驗，而未做兩個異種電荷互相吸引的實驗，因為在后一實驗中的平衡有可能是不穩定的．庫侖是用電擺來完成后一實驗的；2．無論是扭秤還是電擺，精確度都是很有限的，根本無法確定兩電荷之間的作用力與距離的平方成反比，更不是和距離的1．98次方或2．02次方成反比．當年的庫侖（實際上還有更早的卡文迪許），以及后來的麥克斯韋、普林普頓等人都是用另一種實驗方法將指數的精度逐漸提高，直至今天的2±3×10－16，終于使庫侖定律成為當今物理學中最精確的定律之一．結合庫侖定律的建立過程，我們還向學生介紹了“類比”和“演繹驗證”的方法．
在學習歐姆定律的過程中，學生一開始都以為研究通過導體的電流和導體兩端的電壓之間的關系是不困難的，只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可．可是我告訴他們，在歐姆那個年代，非但沒有電流表、電壓表等儀器，連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有，歐姆所面臨的困難之大是可想而知的．他到底是怎樣得到這個電學中最重要的定律的呢？學生頓時產生了濃厚的興趣．在學習歐姆定律誕生過程的同時，我們還結合歐姆的實踐，介紹了用圖線探究新規律的方法．
此外，我們還結合牛頓運動定律介紹了“理想實驗”、“推理”、“實驗研究”等方法，結合氣體定律介紹了“分析法”，結合能量的轉化和守恒定律介紹了“綜合法”．使學生比較系統地掌握了一些重要的科學研究方法．有的同學深有體會地說：物理定律是寶貴的，但研究物理定律的科學方法更寶貴．誰掌握了這些方法，誰就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘．
在物理定律的教學中，我們在課堂上經常采用設問的方法，不是直接告訴學生某個定律是怎樣建立起來的，而是不斷地提出問題讓學生去思考，擺出困難讓學生去克服，提出任務讓學生去完成，制定目標讓學生去實現．這樣可以有效地發展學生的創造性思維和解決問題的能力．
我們要求學生在課外進行大量自學．早在公元前4世紀，古希臘蘇格拉底明確強調過：“好的、正確的教學不是傳遞，而是對學生的自學輔導”．我一貫強調學生要學會自學、討論、研究．我教的優秀學生，學得的物理知識，最多只有一半是在課堂上聽我講的，其它一概由他們自學．到一定階段，我開始指定幾個學得比較好的學生輪流給其他學生上課．每次課分兩部分，前半部分由主講同學講，后半部分由全體同學提問、討論．像王泰然和任宇翔在高二階段就給其他同學作過二十幾次講座，楊亮、謝小林、陳匯鋼等同學也不例外．
我們這種自學討論式教學還延續到學生畢業以后．獲金牌或學有所成的學生進了大學甚至出國留學后，有機會還回來給小同學談自己的體會．例如1994年暑假任宇翔從美國回國探親一個月，來學校給95、96屆學生講了10次課．他向小學友介紹物理學中一些新進展、中美物理教學中的差異以及他們當年學習過程中曾激烈爭論過的問題，使聽課的學生大受裨益．1996年暑假，謝小林和陳匯鋼兩位金牌獲得者又為97、98屆同學講了十多天課．他們既講物理知識，又講國家集訓隊隊員奮發學習的感人事跡，使小同學們大開眼界．
這樣的訓練方法也得到了權威人士的肯定．1992年10月，在上海召開的全國物理特級教師會議上，原中國物理學會副理事長、現全國中學物理競賽委員會主任、北京大學沈克琦教授在他的題為“國際物理奧林匹克競賽與中學物理教學”的報告中說：“我聽到兩名得金牌的上海學生講他們的老師如何培養他們的情況，我認為這個經驗倒很值得推廣．他們說他們的老師不是采取灌輸的辦法，而是啟發引導，要求他們給同學講課，這對他們搞清概念原理和科學地進行表達都非常有幫助．我想這可能是提高優秀學生能力的有效方法之一．”
那么自學為什么會對提高學生的能力起這么大的作用呢？從心理學角度來看，自學與聽課可能有以下兩點不同：
（1）人類的思維活動表現為分析、綜合、比較、抽象、概括等過程．一個學生在自學某一個新的物理內容時，少不了理解、思考、建立正確的物理模型等工作，這里面充滿了分析、綜合、比較等過程．因此相對聽課而言，自學對學生的思維活動提出了更高的要求，從而使他們得到更大的鍛煉．
（2）人們的注意可分為無意注意、有意注意和有意后注意三種．事先沒有預定的目標，也不需要作意志努力的注意叫做無意注意；有預定的目標，在必要時還需作一定的意志努力的注意叫做有意注意．一個學生在自學的時候，他的目的一定是十分明確的，而且需要一定的意志努力（否則難以堅持），因此學生在自學時，可保證在絕大多時間內都處于有意注意的狀態，這一點對提高學習效率和學習能力都是很有好處的．有的學生在自學中往往會十分投入，進入一種旁若無人的境地，而相對來說，這種情況在聽課時就比較少．一個學生堅持自學一段時間之后，便能漸漸地從有意注意轉化到有意后注意，即不需要意志努力也能夠將自己的注意力長期保持在這項工作上．有意后注意是一種高級類型的注意，它既有明確的目的，又不需要用意志努力來維持，是人類從事創造性活動的必需條件．學生一旦進入這種狀態，他們的物理學習效率就會大大提高，學習成績就會有明顯進步．
二、實驗研究多一點
物理學是一門實驗科學，物理學中的每一個概念、規律的發現和確立主要依賴于實驗．因此，在高中物理教學中加強學生實驗方面的訓練，無疑是提高物理教學質量的一條必由之路．
目前中學物理教學大綱中安排了相對數量的學生實驗和演示實驗，不難發現，這些實驗存在著某些不足，主要表現在下面幾個方面：
第一，教材中幾乎所有實驗是為配合所學內容而安排的，目的是幫助學生加深對所學內容的理解，因此學生不易通過這些實驗掌握一些重要的實驗方法．
第二，課本中每個實驗的實驗原理及操作步驟都講得十分清楚，學生只需按部就班地完成實驗操作即可．這樣的實驗只能增加學生的感性認識，鍛煉學生的動手操作能力，而對學生創造性思維的訓練是不夠的，也無法培養學生解決問題的能力．
第三，目前課本中的實驗大多是驗證性實驗，學生只要學懂了書上的定律，一般都能輕而易舉地完成實驗．這種安排違反了教育應該走在學生智力發展前面的原則，對培養學生的能力是不利的．
針對以上不足，我們對實驗教學內容和教學方法進行了改革，使實驗教學為發展學生的智力，提高學生的素質服務．在實驗內容的改革方面，我們主要采取了以下三條措施：
（1）增加實驗數量．
不論是在課堂演示實驗，還是在學生實驗或小實驗方面，平均增加了60％的實驗．其中有一部分新實驗，學校沒有現成的儀器，安排學生自己制作，對學生有較高的要求．
（2）重視實驗誤差討論．
物理實驗離不開測量，測量是實驗科學最本質的東西．從某種意義上講，結果準確的實驗就是成功的實驗，反之就是不成功的實驗．因此在培養優秀學生的過程中，應該讓他們掌握一些必要的實驗誤差的基本知識．在設計實驗方案時，要求學生們盡量消除實驗的系統誤差；在選擇實驗器材時要考慮它的精確程度；在處理實驗數據時，要采用盡量科學的方法．
（3）加強重要實驗方法教學．
在實驗領域中有一些重要的方法，比如減小實驗系統誤差的方法、減小實驗偶然誤差的方法、實驗探究規律的方法、迂回測量的方法等，這些方法不是在個別實驗中，而是在許多實驗中都有應用，因此具有一定的普遍意義，這些方法一定要讓學生很好地掌握．在必要時，我們甚至根據實驗方法來安排實驗內容，集中安排幾個某種方法體現比較典型的實驗，這樣便于學生深刻領會和熟練掌握某一種實驗方法．
在實驗教學方法改革方面，我們做了以下嘗試：
（1）在課堂上創設一些實驗問題讓學生研究．
在高中階段，每周至少有4節物理課，充分利用物理課中碰到的各種各樣問題，可設計一些供學生討論的實驗題目，并引導他們一步一步地探索、解決．
我在講功率一節時，設計了這樣一個實驗題目：要求測定一個人騎自行車的功率．在自行車由靜止啟動的過程中，人做的功除了增加人和車的動能之外，還要克服空氣阻力和地面的摩擦力，其中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的？學生根據自己騎自行車的經驗，認為空氣阻力是很明顯的，不能忽略，而地面和車輪之間的滾動摩擦一般比較小，可以忽略．接下來的問題是怎樣測量人克服空氣阻力做的功？學生都有這樣的體會：頂風騎車時，騎得越快風的阻力越大，因此可以設風的阻力和車的速度成正比．車的速度怎樣測？風的阻力和車速成正比的比例因數是多少？問題一個接著一個地出現，被大家一個又一個地解決，終于找到了一個大家都比較滿意的實驗方案．接著全班同學興高采烈地到操場上去做實驗，最后再回到教室里，師生一起處理實驗數據，作出圖象，得出實驗結果．在整個實驗過程中，除了實驗題目是由老師提出的外，實驗方案和解決問題的途徑都是由學生討論研究出來的，因此他們都覺得很有意思，收獲很大．
（2）對課本中一些重要實驗進行深入研究．
物理課本中有大量現成的實驗，有時可以對這些實驗進行一些討論和改進．
在做直流電路的實驗時，我們讓學生對伏安法測量導體的電阻這個實驗進行了深入的研究．用簡單的伏安法電路，不論是采用電流表內接還是電流表外接，都有系統誤差．結合這個問題，我給學生介紹了補償的思想，然后由學生自己設計了電流補償和電壓補償兩種線路．補償法解決了由于實驗電路不完善帶來的系統誤差，但這個矛盾解決了，電流表和電壓表不夠準確的問題上升為主要矛盾．怎么辦？經過進一步研究改進，大家認為可以用準確度高得多的電阻箱來取代電壓表和電流表，再輔以靈敏度很高的電流表，便可以明顯提高實驗結果的準確度，這就是常用的惠斯通電橋．接下來學生分別用簡單伏安法、補償伏安法和惠斯通電橋測量了同一個標準電阻，比較測量結果，可以證實先前的想法．在歷史上，從伏安法到惠斯通電橋是有一個很長的過程的，而在我們這堂實驗課中，學生經歷了這么一個碰到問題、分析問題、解決問題的完整過程．這樣的實驗課對增強學生的能力是很有幫助的．
（1）和（2）實際上都是不斷地給學生提出新的目標，誘導他們提高實驗水平，我們有時稱之為“目的誘導法”．
（3）給特優學生安排一些特殊實驗．
我校有一批進口物理儀器，性能比較好，涉及的實驗內容面也比較廣．這批儀器的說明書是英文或日文的，我指定一名學生準備某一個實驗，要求他先翻譯好說明書，準備好器材，然后帶領其他同學做實驗．這個主講的學生還要準備好一些討論題，在實驗后供同學們討論．學生對這樣的實驗非常感興趣．此類實驗雖然有時和高考、競賽沒有直接的關系，但是這種帶有研究性的實驗對優秀學生很有好處．
三、能力要求高一點
物理習題教學是物理教學的重要組成部分．不論是教師還是學生，都在解習題上花費了大量的時間，因此，習題教學的改革是一個很重要的問題．
就本質來說，物理習題是人們編制的一些假想物理場景．毫無疑問，物理學家是不會去做物理習題的，而他們是在研究那些真實的、尚未發現的物理規律．同樣，發明家也是不會去做物理習題的，他們是在力圖應用已有的物理規律去解決一系列實際問題，那么我們為什么要讓學生做那么多人為假想的物理習題？目的無非是要培養學生的理解、分析、推理等能力．所以物理習題教學應該圍繞這個目標來進行．
我們常用以下兩種方法來進行習題教學：
（1）按照解題方法組織習題教學
一般的習題都是按力、熱、電、光的順序來講授的，但我們比較傾向于按照解題方法來講解物理習題．例如理想化法、整體法和隔離法、等效替代法、小量分析法、疊加法、對稱法、圖象法等，這樣比較有利于學生掌握一些重要的解題方法．到學習的某一階段，集中將一批用解決方法相同的習題安排給學生練習，使他們由不會用到會用這種方法．在以后的學習中，每隔一定階段讓這種方法再出現一次，以加深這種解題方法在大腦中的印象，達到牢固掌握，應用自如的目的．
