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复旦大学通识教育核心课程教学大纲物理与文化课程代码: PHYS119001课程名称:物理与文化 (Physics and cultures )学分数: 2学分周学时: 2学时主讲教师:物理学系马世红教授，现代物理研究所王炎森教授，孔青副教授预修课程:高中物理和数学课程性质:是一门文理交融, 重视科学教育与人文教育融合的通识教育课程。
教学目的:本课程是以物理基础知识为载体, 突出物理学的文化内涵, 展现物理思想和人文精神的融合, 有利学生科学素养和终身学习能力的培养。
基本内容简介: 本课程是在较系统介绍(以定性介绍为主)物理学的一些基本知识(从宏观、微观到宇观)的基础上, 着重通过对物理学发展史上的一些具有里程碑意义的重大发现过程和一些著名物理学家的重大贡献的介绍，向学生展示物理学发展过程中所体现的丰富的科学思想、科学方法和科学精神, 以及著名物理学家的创新思维、高尚道德和人格魅力。
同时也对与物理学有关的一些社会性论题及这些重大发现在高科技中生动、有趣的应用作了适当介绍。
教材和教学参考资料:教材:倪光炯、王炎森《文科物理 --- 物理思想与人文精神的融合》高等教育出版社 2005年主要参考资料:倪光炯、王炎森、钱景华、方小敏《改变世界的物理学》(第二版)复旦大学出版社, 1999年阿特·霍布森《物理学:基本概念及其与方方面面的联系》秦克诚等译上海科学技术出版社, 2001年埃米里奧·赛格雷,《从落体到无线电波 --- 经典物理学家和他们的发现》上海科学技术文献出版社, 1984年《从X射线到夸克 --- 近代物理学家和他们的发现》上海科学技术文献出版社, 1984年基本要求: 要求学生了解: 本课程中所介绍的物理学中一些最基本的知识, 物理学发展史中一些重大发现的内容和意义, 一些著名物理学家的创新思维和突出贡献。
以及自然科学的一些研究方法。
在上述基础上深入思考“科学教育与人文教育融合”的重要意义，人文思想对科学发展的作用,自然科学中的研究方法在人文科学研究中的参考价值, 体会对真、善、美的追求是科学文化和人文文化的共同目标, 消除两种文化隔阂的重要性。
第六单元现代世界的科技与文化第25课现代科学革命[课标要求]知道相对论、量子论的主要内容，生疏其意义。
一、经典物理学的危机1．经典物理学的成就(1)在经典力学的基础上，19世纪物理学领域取得了长足的进步，把人类对自然界的生疏推动到前所未有的深度和广度。
(2)人们把以牛顿力学为代表的经典物理学看做确定权威的理论。
2．经典物理学的危机(1)19世纪末，物理学上消灭的一系列新的发觉，无法用经典物理学来解释，这使得经典物理学陷入了危机，面临着挑战。
(2)物理学面临危机的同时，也迎来了一场宏大的革命。
二、爱因斯坦与相对论1．提出：20世纪初，爱因斯坦提出的相对论为物理学的进展带来了革命性的变化，爱因斯坦成为继牛顿之后最宏大的科学家。
2．内容：相对性原理和光速不变原理：时间、空间、运动、质量是相对的，可以相互转化。
3．意义：相对论的提出是物理学领域最宏大的革命。
(1)它在很大程度上解决了19世纪末消灭的经典物理学的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物质，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域。
(2)相对论也打破了经典物理学确定化的思维模式，为人们供应了辩证地看待世界的途径。
[温馨提示]爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿的确定时空观，并没有否定整个牛顿力学。
牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。
三、量子理论中微观世界1．诞生：1900年，普朗克提出了量子假说。
2．进展：爱因斯坦提出了光的量子理论，丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论。
3．影响(1)量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的基本生疏有了革命性的进步。
(2)量子力学对化学、生物学、医学、考古学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大影响，带来了很多划时代的技术创新，这直接推动了社会生产力的进展，从根本上转变了人类的物质生活。
4．近代物理学兴起的意义量子理论和相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典物理学的不足，描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观粒子世界，大大开阔了人们的视野，转变了人们看世界的角度和方式。
物理思想和人文精神的融合《文科物理》教材的副标题是物理思想和人文精神的融合,这是本教材的主要特色。
在本教材和课堂教学中如何来体现这种“融合”呢? 我们是从十个方面进行考虑的, 下面结合教材内容向读者作具体介绍, 让我们共同思考和讨论, 搞好本课程教学。
1. 兴趣是最好的老师, 有兴趣、有好奇心才能激起学生学习和探索的热情。
(教育需要兴趣和激情)·教育应当使所提供的东西让学生作为一种宝贵的礼物来领受，而不是作为一种艰苦的任务要他去负担。
爱因斯坦文集(3—310—1)·在学校里和在生活中，工作的最重要的动机是工作中的乐趣，以及对这个结果的社会价值的认识。
爱因斯坦文集(3—145—14) ·学生问丁肇中教授:‘您为什么化大力气去探索宇宙中的暗物质? ’丁回答:‘我有兴趣, 为了满足人们的好奇心, 丰富人类知识宝库。
’如何使学生产生兴趣 ?·靠什么培养学生的兴趣? “不是要从物理学之外的东西, 要靠物理学本身的魅力来感动学生。
物理学是非常吸引人的, 可是很多学生感觉物理学非常枯燥, 主要是没有真正体会到物理学的魅力, 或者是他不懂, 只能是背公式, 越学越可恼。
要让学生有兴趣, 需要让学生真正理解物理学的精髓, 这要靠老师用自己的科学激情去点燃学生的热情。
”赵凯华《用物理学的魅力来感动学生》(科学时报, 2005.12.1)2. 介绍科学家的贡献, 要尊重历史,“言必有据”。
具体讲: 要切实了解科学家怎么想、怎么提出问题和怎么解决问题。
要介绍他们的创新思维、研究方法和严谨的科学态度。
要重视他们的哲学思想和高尚道德品质的介绍(见下面4和9两部分)。
(尊重事实,告诉第一手资料和客观评价, 与读者一起分析、思考) ·费曼的话:“我需要的是真实, 未经加工的真实, 由我自己来评判决定”摘自:《爱开玩笑的科学家---费曼》·要了解牛顿想的什么，以及他为什么要干某些事，那是重要的。
由物理思想与人文精神的融合引发的一些思考摘要：科学发展史上有很多的人文精神绽放着耀眼的光芒，而在物理学的发展过程中更是得到了极大的发挥。
这些人文精神与物理思想不断地融合，给物理学的发展注入了一丝人文的气息，使得物理学更好的发展，而人文精神也更加的深刻。
关键词：物理思想；人文精神；融合；物理学家人文精神，顾名思义应该是人类所表现出来的特有的一种精神文化。
在当今社会下，人文精神有很多，涉及到的字眼也是很多的，人文关怀、人文主义、人文素养等等。
但在本文中，我所描述的人文精神和物理学相挂钩，是物理学发展过程中凸显出来的一种可贵的精神，但可称作为“物理型的人文”。
物理学作为最基本的自然学科之一，研究涉及面很广，大至宇宙，小到基本粒子。
它的出现对人类的发展有着至关重要的作用。
然而更多的是在其发展的过程中那些令人称赞的精神，在历史上绽放着永恒的光辉。
下面就以几个例子简单说说这些物理型的人文精神。
艾萨克·牛顿，对于这位伟人，我们不可能不熟悉。
他称得上是“百科全书式的全才”，成就不可谓不高。
一个小小的苹果，就让他发现了万有引力定律。
曾经在网上看到过一些搞笑的段子，大致就是：问“如果你在苹果树下，一个苹果掉下来，你会怎么办”；答“捡起来吃掉”。
说实话，这就是人与人之间的区别。
在这方面无可厚非。
牛顿就是这样一个人，爱思考。
他的第一反应就是思考为什么苹果会掉下来。
他没有气愤、没有恼怒，而是心平气和地思考。
这在科学研究中也是一种可贵的精神。
只有心静了才会有灵感，才会更加深入的思考。
如果一个性子急躁暴躁的人搞科学研究，那么他成功的可能性真的很小。
也不能绝对的说不可能成功。
毕竟还有一些科学狂人的存在。
牛顿的著作《自然哲学的数学原理》一书，对于物理学的发展功不可没。
这是一本关于“一种精确地提出问题并加以演示的科学，旨在研究某种力所产生的运动，以及某种运动所需要的力”的书，牛顿的任务就是“由动现象去研究自然力，再由这些力去推演其它的运动现象”。
第25课现代科学革命目标导航知识点一知识点二解析：相对论超越了牛顿力学中的绝对时空观，使牛顿力学成为相对论在物体低速运动状态下的一个特例，印证了“牛顿观念的破产”；同时，相对论力学也提出了宏观物体的高速运动规律，印证了“宇宙新理论”。
故答案为D。
4．1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。
这是因为他提出了 ( )A．原子论 B．进化论C．量子论 D．相对论答案：D解析：根据所学知识可知，爱因斯坦最突出的成就是他提出了相对论。
故答案为D。
5．有人认为：“……任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度运动着，不管这束光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。
”这位科学家最有可能是( )A．爱因斯坦 B．牛顿C．伽科略 D．普朗克答案：A解析：注意提取题中的信息，根据所学知识可知题中的理论是光速不变理论，而提出这个理论的科学家是爱因斯坦，故选A。
6．菲利普·费尔南德兹·阿迈斯托在评价某科学家时指出：在他的宇宙里，“每一种现象都带有欺骗性。
物质和能量可以相互转换。
双胞胎以不同的速度衰老。
平行线可以交叉。
光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。
”这位科学家是( )A．伽利略 B．达尔文C．牛顿 D．爱因斯坦答案：D解析：本题考查爱因斯坦的相对论，意在考查学生获取信息和调用知识分析问题的能力。
“物质和能量可以相互转换。
双胞胎以不同的速度衰老。
平行线可以交叉。
光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙”都是爱因斯坦相对论揭示的现象，D正确；伽利略、达尔文、牛顿的科学贡献显然与题干材料中的现象无关，A、B、C均可以排除。
7．皇家学会会长汤姆逊致辞说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想。
”爱因斯坦发现的“新科学思想”是指( )A．系统合理地说明自然规律B．发现了热辐射过程中能量分布的规律C．提出了全新的时空观、运动观和物质观D．提出物质波理论、发展了量子论答案：C解析：爱因斯坦的“新科学思想”是指相对论，它否定了牛顿经典力学的绝对时空观，提出了全新的时空观、运动观和物质观。
第25课现代科学革命课程标准：知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。
一、经典物理学的危机1．辉煌(1)17世纪牛顿创立经典力学，经后人不断补充发展，日臻完善。
(2)19世纪，人们把经典力学看作权威的理论，认为物理学已经发展到完整、系统和成熟的阶段。
2．危机19世纪末，物理学上出现了一系列新的发现，无法用经典物理学来解释。
二、相对论与量子理论1．现代物理学诞生的原因(1)随着科技转化为生产力巨大威力的显现，各国政府对科技发展日益重视，科学研究突飞猛进，孕育着新的突破。
(2)19世纪末20世纪初，随着科学研究的不断深入，人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。
(3)经典物理学由于自身的局限性，以牛顿力学为基础的经典物理学无法解释物理学的新发现而陷入危机。
2．爱因斯坦能够取得伟大成就的条件(1)科学发展提供的基础。
(2)科学发展需要提供动力。
(3)个人坚持不懈勤奋追求真理的优秀品质。
(4)科学的工作和研究方法。
3．量子论和量子力学的影响(1)在量子论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。
(2)标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到了微观世界。
(3)相对论和量子力学的确立是物理学革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地理学等学科的理论也都发生了革命性的突破。
(4)量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学，指导制造原子弹、氢弹和建立核电站。
(5)量子力学还为电子技术、半导体技术和激光技术等奠定了理论基础。
[史料探究]材料爱因斯坦与牛顿的对话(虚拟)：爱因斯坦：你真伟大，你建立了牛顿力学框架体系，相对论中存在的问题都被你指了出来。
牛顿：你比我更伟大，相对论在许多学科中有着广泛的应用，它和量子力学一起，已成为近代物理学的两大基础理论，相对论包容了我的三条运动定律及万有引力定律。
爱因斯坦：你我的理论都有瑕疵。
牛顿：哪有十全十美的理论，大家不用我们的理论，他们没有别的理论可用，圣人、神仙也要犯错误，你我都是凡人，你我的身躯已经融入了自然界，但是，你我的灵魂还留在人间。
