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@qiusir:受教育研究院王秀明教研员的委托,上午(2013.8.28)在24中五楼讲堂和参加研修活动的高一高二物理教师就从教心得进行了近一个小时的分享。
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@qiusir:少有大块时间也少有耐心(大多的热情在准备过程中被思考消耗了)去整理详细的文字版,不过相信听过讲座的凭着这里的只言片语就能回忆起感兴趣的部分了(节选了部分PPT,有些本小站里提供过的就不再赘述,可通过检索查阅)。
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@qiusir:关二代的关是山海关的关,也是关心的关;发才的才最初是财富的财,现在是人才的才。参加沈阳市高中物理教师研修活动,咱有个“教育中的感性悟理”的发炎~
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@qiusir:昨天参加了高三物理的集体备课...以前有高三学生模考成绩不理想,回家和狗撒气。一觉醒来心情好转,见狗围其左右如故而感慨起狗之度量。孩子妈妈偷偷告诉我那狗眼睛都上火了...考生伤不起呀。
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@qiusir:关于加速度,前N秒位移,第N秒位移的处理,也可以采用数字实验的方法。常识学习方式的转换,常识研究者的心态,更多满足学生的好奇心。
@qiusir:要知道我们的教学不仅仅是教学生如何解题,是如何教会学生物理知识,更是教会学生学习并一起提高的过程。
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@qiusir:关于矢量(数学上向量,台湾就统一到数学上的说法,对标量的成为是纯量)原本很简单的事非得跨界,隔行如隔山?而向量运算,加速度是整个经典物理基础之基础。
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@qiusir:匀变速直线运动和匀变速曲线运动是强化基础的很好机会,如果能够把抛物线的数学知识以及简单的导数引入...
@qiusir:公认全世界最成功的科学教育计划的2061计划,1985年就提到提早介绍微积分在科学教育中的重要性...
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@qiusir:对两个点电荷的研究,借助电脑技术的可以让学生研究场和电势的问题,甚至可以更深入到圆周运动的可能。
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@qiusir:我们的教育内容不仅仅是局限于大纲,而是根据认知的规律,我们的教学方法不应该局限在求解某个人的出题特点,应该遵循人对知识的好奇心。
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@qiusir:有时我反观自己的工作,我是育才的,与其说我育人,更像是看孩子的?!与其说我是教书的,不如说我是提考分的?!
@qiusir:比如电学的实验题中滑动变阻器选择,尽管仅仅记忆一些结论应试很有效,但那样不长久,也没有乐趣...
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@qiusir:“世界是复杂的,也是简单的,但归根结底是复杂的,因为复杂导致多样性,希望寄托在复杂性上。”
@qiusir:说起教材中的错误,有些很好笑:
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作为真正大牛的牛顿(Sir Isaac Newton )教科书上把Isaac印成Issac...
居里夫妇是1935年诺贝尔化学奖,不是3-5中提到的物理学奖。1932年错过中子和正电子,1935年1936年两届的诺贝尔物理学奖,哈恩是1944年诺贝尔化学奖。
如果说《选修3-5》上(P65)“玛丽·居里和他的丈夫...”的错误只是一时粗心,可《选修3-4》上(P69)“白光的单缝衍射条纹”的图片完全是拷贝了前面(P67)白光的双缝干涉条纹的图片则属知识的硬伤,不明白“经全国中小学教材审定委员会2005年初审通过”后的N年都干什么去了:(
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@qiusir:约里奥·居里夫妇因发现人工放射性获得诺贝尔化学奖,但他们错过的诺贝尔奖更多:最先发现新的中性射线却没意识到是中子,卢瑟福(曾预言中子的存在)的学生查德威克获得物理学奖;最先获得云室照片却没有认出是正电子轨迹,安德森获得物理学奖;预见了核裂变也走到了铀裂变的大门口,哈恩获得化学奖。
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@qiusir:我们的教育已现实到无以复加的程度,但我们的教学却很少直面现实的问题。
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@qiusir:误理是物理认知过程的一个过程,甚至是必然的一个过程;尊敬尊重是教学过程的一部分,获得学生的信任也是...
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@qiusir:明代王心斋写过《乐学歌》,“...乐是乐此学,学是学此乐。不乐不是学,不学不是乐。”对教师来说,这话可以改成“不学不是教,不教不是学。”
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方励之:“天为什么是蓝色的”一百年

“天空为什么是蓝色?”正确的物理解释完成于1910年,迄今整一百年。“天蓝”物理学的一个重要应用,是光纤通讯,即高锟(曾任香港中文大学校长,2009年获诺贝尔物理学奖一半奖项)先生去年获得物理诺贝尔奖的项目。
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“天蓝”物理学似乎很普及。凡是看过“十万个为什么”的初中生,都能说出它的“标准 答案”: “空气中会有许多微小的尘埃、水滴、冰晶等物质,当太阳光通过空气时,波长较短的蓝、紫、靛等色光,很容易被悬浮在空气中的微粒阻挡,从而使光线散射向四方,使天空呈现出蔚蓝色。”

中文世界中,大小权威的教育和科学网站,大多仍采用上述“标准答案”,几乎一字不差。

这个“天蓝”解释,基本上是十九世纪中叶的水平。它是英国物理学家丁铎尔(John Tyndall,1820-1893)首创的。常称作丁铎尔散射模型(中学化学似乎讲过丁达尔现象?)。确实,“波长较短的蓝色光,容易被悬浮在空气中的微粒阻挡,...散射向四方”。但它并不是“天蓝”的真正原因。如果天蓝主要是由水滴冰晶等微粒的散射引起的,那末,天空的颜色和深浅,就应随着空气湿度的变化而变化。因为当湿度变化时,空气中水滴冰晶的数目会明显变化。潮湿地区和沙漠地区的湿度差别很大,但天空是一样的蓝。丁铎尔散射模型解释不了。到十九世纪末叶,丁的天蓝解释已被质疑。

1880年代,瑞利(John Rayleigh,1842-1919)注意到,根本不必求助尘埃、水滴、冰晶等空气中的微粒,空气本身的氧和氮等分子对阳光就有散射,而且也是蓝色光容易被散射。所以,空气分子的散射就可以作为“天蓝”的主因。

然而,各个分子有散射,不等于空气整体会有蓝色。如果纯净的空气是极均匀的,分子再多也没有“天蓝”。就像一块极平的镜子,只有折射或反射,而极少散射。在均匀一致的环境中,不同分子的散射相互抵消了。就如在一个集体纪律超强的环境(如监狱)中,每个人的独立和散漫行为被彻底压缩。而“天蓝”靠的就是分子各自的独立和相互不干涉 ,或少干涉。

为此,瑞利假定,空气不是分子的“监狱”。相反,氧和氮等分子,无规行走,随机分布 。瑞利由这个模型算出的定量结果,很好地符合天蓝的性质。1899年,瑞利写了一篇总结式的文章“论天空蓝色之起源”[1],开宗明义就说: “即使没有外来的微粒,我们依旧会有蓝色的天”。 “外来的微粒”即指丁铎尔散射所需要的。从此,丁铎尔的天蓝理论被放弃。瑞利散射成 为“天蓝”理论的主流。

瑞利的天蓝理论虽然很成功,瑞利的分子无规分布假定,也有根据。然而,瑞利实质上还要假定空气是所谓理想气体,这是一个不大的,但也不可忽略的弱点。因为空气不是理想气体。

1910年,爱因斯坦最终解决了这个问题。爱因斯坦用当时刚刚发展的熵(混乱的度量)的统计热力学理论证明:那怕最纯净的空气,也是有涨落起伏的。空气本身的密度涨落 也能散射,也是蓝色光容易被散射。密度涨落的散射,不多也不少,正好能产生我们看到 的蓝天。如果空气是理想气体,爱因斯坦的结果就同瑞利的一样。所以,简单地说,天空蓝色之起因是:“空气中有不可消除的‘杂质’,即空气自身的涨落。密度涨落等对阳光的散射,形成了蓝天。”

“天蓝”起源物理不是爱因斯坦首创,但最完整的理论是爱因斯坦奠定的。所以说,“天蓝”物理学,完成于1910年。 瑞利和爱因斯坦的“天蓝”理论,是普遍适用的。可以用来解释纯净空气中的“蓝天”现象,也可以用来解释纯净的水,纯净的玻璃等液体或固体中的“蓝天”现象。当然,也有该理论不适用的地方。多年前,听到过有人对着“蓝天”发(歌)情,“我爱祖国的蓝天 ”,千万不要误听为“我爱祖国的独立而又无规游荡的分子们”。

高锟先生在他为“光纤通讯”奠基的第一篇论文[3]中引用的第一个物理公式,就是爱因斯坦的“天蓝”瑞利散射公式(即Einstein-Smoluchowski公式)。玻璃是凝固了的液体。即使最理想的玻璃,没有气泡,没有缺陷,玻璃中依旧有不可消除的‘杂质’,即玻璃本身的不可消除的涨落。在光纤中传播的讯号(光波),会被玻璃的涨落散射。“天蓝”机制,是光纤通讯讯号损失的一个物理主因。它是不能用光纤制 造技术消除的。只能选择“不太蓝”的光,减低它的影响。

不少权威的教育和科学(中文)网站上,正在报导高先生是“影响世界的华人”之最。高先生的影响,确实遍及全球。有趣的是,这些网站本身,似乎并不在“被影响”之列。比如,本文开头引用的“天蓝”解释,就还完全没有“被影响”。对青少年来说,那些“标准解释”虽然不算是有毒奶粉,但也是过期一百年的奶粉。

[1]J.Rayleigh,Phil.Mag.XLVII,375,1899
[2]A.Einstein,Ann,Physik,33,1275,1910
[3]C.Kao,Proc.IEE,133,No.7,1966