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学科前沿体验课感想物理前沿讨论课小感想薛燕博
(一)有趣的物理学200911141966物理前沿讨论课第一课上,冯世平老师向大家展示了一个妙趣横生的物理学,例如隐身技术、超导材料、磁悬浮列车等等和大家探讨了物理学在日常生活和科技前沿方面的广泛应用与巨大潜力这堂课确实给人很深的触动记得在初二刚接触物理这门学科的时候,就觉得这门学科充满了乐趣,它和生活的联系是如此之紧密,课本上学的知识都是我们日常生活中十分常见的东西和现象,不同的是我们通过物理课堂知道了其中的一些原理并可以用所学的东西解释生活中的现象,这让人觉得十分兴奋,更有好多简单有趣的物理实验,让我们通过自己动手掌握知识可以说初中的物理课是我最爱学习的一门课到了高中,随着物理学习的深入,已经不再是一些简单的感性的对物理现象的认知了,有了很多理论上的计算与推导,不过这反而让人觉得更有收获,能将很多东西定量的计算出来,让人感受到了物理理论的博大精深,在学习过程中也能充分体验到理性思维的魅力总之对物理的兴趣始终不减,也正是因此,在选择大学专业的时候,我毫不犹豫的选择了物理学专业,想继续更深入的了解物理知识,也有志于终身和物理打交道初到大学,依旧对即将到来的物理学习充满了期待不过接下来的的几周课程,却给了我当头一棒,物理学似乎没有以前的那样有趣了,最大的问题是运算特别繁琐,同样的一个问题,大学好像是把简单的东西弄的更复杂了(后来知道实际上是更具普遍性了),尤其是在没有高等数学基础的情况下,算那些物理问题更是无从下手第一学期下来,几乎有点浑浑噩噩,似乎也没闲着,但有点麻木了,对物理更是谈不上什么兴趣第二学期,开了一门普物实验课,可和中学的那种近乎是娱乐活动的实验课大不相同了,实验操作复杂不说,数据处理更是一个极大地挑战似乎我长久来对物理兴趣在不到一年的时间里已经消耗殆尽了还好这学期的前沿讨论课确实给我了很多触动,通过老师们对物理前沿的介绍让人觉得眼前忽然明亮起来,不再是那么茫茫不知所措虽然老师讲的大多数东西我们都还难以理解很深,但透过老师的讲解我们看到了物理的前景与其中的乐趣那些物理推导计算或许繁琐,但正是因为那些繁琐的计算之后往往能得出惊人的发现,那些式子可能蕴藏着或许可以改变世界的伟大能量从研究宇宙的起源,到解决人类所面临的资源环境问题,物理工作者的身影无处不在,他们所关心的并不是一个个公式与实验,而是在寻求人类从哪来又到哪去的终极答案这样看来,我们所学习的物理学是那样的有意义冯老师的讲座,也让人明白了物理发现并不是科学家的专利只要你留心生活,热爱思考,指不定也能做出自己的贡献就想坦桑尼亚的中学三年级学生盘姆巴发现热水比冷水结冰更快,最终这个效应被命名为盘姆巴效应在将近一年的学习中,我似乎又能渐渐地找回差点失去的对物理学的兴趣了而此刻自己对物理的理解也不在单纯的停留在有趣好玩的层面上,学好物理更是一种责任,既然选择了这个领域,就该当一直努力下去
(二)初识相对论爱因斯坦的相对论可谓家喻户晓,我也在很小的时候就听过爱因斯坦其人其事,可真正接触相对论理论却是在上大学以后《力学》课里的初次学习相对论,确实给人极大地冲击,觉得自己所熟悉的时空观被彻底的颠覆了,从中学就知道空间具有相对性,相对论告诉我们时间也是相对的,也就是说在一处观察同时发生的一件事在另一处观察就可能不是同时发生的了这确实让人觉得难以置信,但透过洛伦兹变换的推导,我们知道了这却是无可争辩的事实所以在那段时间人总是心存疑惑,但一时半会又难以想的很明白,只是在按书上的结论做一些计算而已不过相对论深邃的内涵还是时刻吸引着我,我觉得随着时间的推移与学习的深入,这个问题总有一天能理解的更到位的这学期的前沿课上,刘文彪老师和马永革老师都向我们介绍了相对论的有关知识马老师比较系统的介绍了相对论的发展过程,我觉得通过了解前人走过的探寻足迹,我对相对论的理解又加深了一步,最起码觉得它不再那么神秘莫测,而是一个甚至堪称明显的事实相对论从无到有确实经历了一个漫长的过程牛顿力学的建立为物理学科的发展做出了划时代的贡献,甚至改变了人们长久来对自然的认识,从此人们知道了自然界中的现象都是有规律支配着的(而不是上帝),而人们是可以探知期中的规律的牛顿力学最基本的运动规律都是建立在绝对空间和绝对时间基础上的,也就是说两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态没有关系,两点的空间距离与测量距离所用的尺的运动状态无关这种观点和我们日常生活经验十分相符,似乎是没有什么课疑问的可是到了十九世纪末随着电磁理论的发展,人们就发现了其中所存在某些矛盾,电磁波是以光速传播的,但那是相对与什么而言呢为了解释这个事实,科学家们试图引入以太的概念,认为空间中存在静止的以太,电磁波在以太中传播,通过光行差实验科学家们发现以太是相对于太阳静止的,“”“”可是迈克尔逊莫雷的实验又与此结论矛盾相对性原理的提出,又和通过实验所验“”“”证的光速不变性产生了不可调和的矛盾在二十世纪初,整个物理学陷入了巨大的矛盾之中,也预示着大变革即将到来经过反复的推理之后爱因斯坦创造性的提出了狭义相对,他觉得要使相对性原理和光速不变性得以共存,就必须摒弃经典力学的绝对时空观,一旦抛开这个人们多年来相信不疑的观念,一切就变得明了起来,时间不是绝对的了,物理学的新时代宣告来临广义相对论也在随后被爱因斯坦提出,二十世纪中期,爱因斯坦的相对论原理也接收住了时间的考验虽然我们当今的物理学已经取得了巨大的成就,但科学家也不得不面对一个事实,就是当今已经比较成熟且经过实践验证的两大理论广义相对论和量子力学存在着难以调和得矛盾,而人们始终相信这个世界时受一个终极理论所约束的,这个理——论可以解决自然界中的所有问题,也就是说这两个理论至少有一个是不完善甚至是错误的,如何寻找一个统一的理论,正是物理界当今乃至以后相当长一段时间的努力方向
(三)前景广阔的超导材料中科院物理所的靳常青老师给我们介绍了现在超导材料的研究进展通过这节课,我们知道了高温超导的广阔前景自从年荷兰物理学家昂尼斯发现超导现象以来,超导以其神奇的物理特性,例如零电阻、抗磁性等就吸引着无数物理工作者的目光因为如果有一天人们能找1911到在室温下呈现超导特性的物质,毫无疑问,将会对这个社会产生革命性地影响想想现在那些因为电力传输而损耗掉的电能,那些发热的发动机,还有此时手中滚烫的笔记本,很容易想起如果高温超导在生活中得以应用,对我们来说意味着什么这也只是超导一个性能的应用,超导的抗磁性在磁悬浮列车上面更是十分有价值利用超导的磁悬浮列车不仅节约能源,甚至不用担心列车会滑出轨道,依靠磁性就可以将列车悬浮并束缚于轨道之上我曾在物理楼演示实验室观看过超导小火车的演示实验,在液氮的冷却下火车呈现出超导特性,只需轻轻一推,火车便可以在圆形轨道上平稳运行很长时间,如果有一天这种技术能运用在我们日常的交通之中,人们一定会为他的高效节能,舒适平稳而惊异超导材料虽然具有这么广阔的应用前景,但寻找超导材料却不是一件容易的事超导材料的研究从年超导现象被发现到年年期间,超导材料的临界温度才从提高到年,高温超导体的研究取得了重大的突破掀1911198675起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象,以寻找高临界温度超导体为目标的超导
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23.2k1986热全世界有多个实验小组参加了这场竞赛很快,超导温度被提高到了“以上这对超导的研究来说是个跨越式的进步,因为只要超导温度超过”260,在实验室就可以用液氮来作为冷却材料,比起之前的液氢,实验成本大为降100k低,这也在很大程度上推动了超导的研究工作77k超导材料的研究过程也给了我们很大的启示在年以前,人们总是习惯性的在导体中寻找高温超导材料,认为只有导体在温度降低到一定程度时才会体现出超1986导特性可是这种思路却使人们在年间仅仅将超导温度提高了,直到年有人发现金属氧化物在更高的温度下可以呈现超导特性才极大地开阔了人们的视7519k1986野,在这种思路的指引下人们很快在超导研究方面取得了突破式的成果这就说明在搞科学研究时要能尽量摆脱一些直观感受的影响,敢于挣脱已有知识的束缚,才能取得创造性的成就翻开人类的近代文明史,几乎每一项重要的物理学进步都会带来人类社会的一场变革牛顿力学的建立解放了人们的思维,带动了一系列的科技进步,从而引发了工业革命,使人类进入蒸汽时代;电磁理论的建立使人类步入了更加高效的电气时代;微电子技术的进步是人类进入了信息时代我们有理由相信,超导技术的发展也有这样的潜力改变我们这个时代„„
(四)隐身技术遐想冯世平老师教和张向东老师在做前沿讲座的时候都提到过一个很吸引眼球的课题,那就是隐身技术人类的科技水平发展到现在这个阶段,几乎实现了人类在古代所有的幻想,比如登月,千里眼,顺风耳等等,可人类早就幻想的隐身能力,却还没有一个成熟的技术使其成为现实《西游记》里的孙悟空就具有隐身的能力,闯入妖怪洞府时,他可以使自己隐身起来,就像空气一样,完全不被人所察觉;美国科幻电影《透明人》也幻想了一种可以使人完全隐身药剂,注射体内后就可以使人完全消失不见;各种各样的电脑游戏里也为主人公加上了隐身能力这些现象都体现了长久以来对隐身技术的追求与“”兴趣当今的隐身技术已经取得了巨大的发展,例如在军事方面大家耳熟能详的隐形战斗机、隐形轰炸机等都采用了隐身技术,不过这些隐身技术并不是可以使f-22一个真真切切的物体彻底隐身不可见,而只能使这个物体难以被雷达所探测到,在b-2雷达屏幕上隐身,所以又叫低可探测技术不过就是这种不是真正意义上的隐身技术,就能够使其拥有者在军事上取得巨大的技术优势,如果有朝一日真能实现“”“”完全隐身,那样的军事技术真不知道对人类意味着什么咱们暂且不论隐身技术在军事上的应用可能给人类带来的麻烦,就从人类与生俱来的好奇心来说,对隐身的追求是不可能停止的,何况这种技术对人类来说也未必是弊大于利现在的隐身技术虽然无法在可见光的波段实现隐身,即对我们的肉眼隐身,但对未来隐身技术的发展,却给明了前进的方向例如隐形战机就是利用其雷达发射面积小,且表面涂层可以吸收电磁波,从而减少雷达接受的反射波达到隐身的目的同理,要实现真正意义上的隐身,就要消除自然光照射到物体表面反射进入人眼的光线,而达到这一代点绝非易事张向东老师向我们介绍的光子晶体就显示了在隐身技术方面所具有的潜力利用光子晶体的负折射现象,可以使光线发生特殊的折射,如果将该种材料用在物体表面,就可以使照射的物表面的光线由于折射而绕过物体继续向前传播,这样人眼就无法察觉到物体的存在,不过现在的技术还只能在非可见光的波长范围内应用,要在可见光的范围内使用才能达到真正的隐身这还只是研究隐身技术所面临的一个难题,还有一个巨大的问题是如果要制作隐身衣的话很难解决的因为光路是可逆的,当光线绕过人传播时,处在隐身衣内部的人也就接收不到任何光线,这就是说身着隐身衣的人不但别人看不见他,他也同样看不见别人除非把人的眼睛留出来,不过这样的话当人身着隐身衣的时候,就会被看见两个眼睛悬浮在空中,这样就有十分点恐怖了人们对隐身衣的研究很大程度上是受好奇心所驱使的,这也再次证明了好奇心对科学研究的重要性相信在不远的将来,隐身衣就会被研发出来,至于是福是祸,就到时候再说吧,总之这不能成为我们停止探索的理由关于物理教学所见所感前沿课上,郭玉英老师和李春密老师都讲到了物理教学的有关问题,这对于我们师范生来说,确实有很多问题值得我们思考在这个应试教育早已被广为诟病的时代,似乎批评者也并不能拿出一个能够替代应试教育的实际可行的教育模式,所以可以想见在未来很长一段时间内应试教育还将作为教育的主要形式而存在但这是不是意味着我们的物理教学就止步不前呢我想答案是否定的先说说我自身对现在物理教学的体会进入大学,我接了一份初二的物理家教,在教学过程中,我发现了很多现在教育方式存在的严重问题在北京这样一个中国的文化中心,海淀又作为一个教育非常强势的地区而闻名全国,但就是在这样一个地区,应试教育的弊端反而体现的淋漓尽致作为一个刚刚接触物理的初二学生,本应是感受物理学科的魅力的最佳阶段,如果这个时候老师能给学生呈现一个精彩的物理世界,在加上孩子们与生俱来的好奇心,毫无疑问会对学生未来整个的物理学习打下坚实的基础但遗憾的是一接触到物理,他们最直接的感受是又有一门课开始了铺天盖地的发卷子了学生完全沉浸在做题当中不能自拔,为什么学生对做题这么热衷呢,不光因为现在学生压力大,自觉性高,还因为每逢大小考试,老师都会在某些场合透露说同学们,这次考试大家把某某某几份卷子弄会,就八九十分了这样学生们肯定充满激情的去做那几份卷子,老师也没说谎,题果真是从“那几份卷子里出的,当学生们尝到甜头以后,这种现象就愈演愈烈了”当我和学生交流的时候,明显发现他们的思维确实存在很大的问题,对物理的理解不够深入,只是会做一些题,而且还喜欢照背已做过的原题,一旦遇到没做过的,便束手无策了我不知道这和咱们的物理教学的初衷差了多远了咱们物理教学的目的是让学生理解物理的本质性东西,更好的理解这个世界,可现在似乎就是为了做题得分而已了没错,在应试教育的大背景下这种教育模式是有生命力的,因为它似乎能够提高学生的考试成绩,但实际上是在扼杀学生的思维能力,榨干学生的潜能其实如果我们改变教学方式,增强一下学生对物理概念的理解,减少一定的作业量就一定会导致学生考试成绩下降吗我觉得也不尽然物理这门学科对学生的思维要求很高,光凭记忆是记不住的,只有正确理解物理规律的本质,才能触类旁通,举一反三我们在实际中会发现,真正物理学的好的学生并不是酷爱做题的学生,一定是那些善于思考,理解问题本质的同学所以在物理教学中要做出思维误区,认为多做题就能提高学生的成绩,这是错误的,因为会做题并不代表学生理解物理知识,但反过来能理解物理知识却一定能够把题做得很好不可否认,这样做并不是物理老师的初衷,但面对激烈的竞争,这也只是无奈之举但也应该看到如果物理老师这样做也是一种不负责任的行为,省去了自己苦思冥去设计一堂堂生动有趣的物理课的过程,而将提高学生成绩的任务强加给学生,让学生陷入题海之中,摧残着一个个幼小的身心如果面对质疑,就满脸无奈,将责任都推给万恶的应试教育,逃避责任“”强调理解的物理课堂和应试教育其实并不矛盾,真正理解物理知识的同学做题自然不会有什么障碍,但要达到让大多数同学都理解知识,对教师却要求很高,需要付出巨大的心血与努力作为未来教育事业的接班人,我们要有更高的责任心与使命感,改变当前物理教育的现状,让物理不再成为很多学生心中永远的痛。