教育促进工程的可持续发展——一名大学的物理老师谈大学的工程教育

正2021年3月4日,是第二个"世界工程日"。这个活动日是世界工程组织联合会(WFEO)倡议设立的,目标是帮助实现联合国的可持续发展目标,口号是"工程促进世界可持续发展"。每年一个主题,今年的主题是"为了健康的地球"。我们经常说,科学技术是第一生产力。最近几年,工程这个词越来越多地进入普通人的视野。在我的理解里,科学是理解世界的基础,技术是改造世界的工具,而工程则是利用科学和技术,     

从对称性看世界

 对称是美的,因为它和谐;和谐是美的,因为它对称。大自然是美的,因为它如此和谐和对称。美的概念可分两种,一种是外在的即表观的美,一种是内涵的即素质的美。对称性也可以分为两类,一类是比较直观的时间或空间配置上的对称性,叫时空对称性,一类是指比较抽象的内在的和谐和协调,叫内部对称性。     

电磁振荡演示仪设计的理论依据

电磁振荡演示仪是用电流计来显示振荡电流的,其基本电路如图1所示。图中E是电源电动势,C是电容器的电容,L是振荡线圈的自感系数,R_L是振荡线圈的电阻,R_(?)是电流计的内阻。电流计的线圈自感系数与L相比甚小,略而不计。     

以质量为例剖析学生的认知策略

 学生的认知过程是一个由浅入深、由易到难的过程。学习是累积性的,较复杂、较高级的学习是建立在基础性学习基础上的,每一类学习都是以前一类学习为前提的,迁移是累积学习模式的一个重要特征。纵向迁移是其中的一种,指的是在某种理智技能的基础上学习更高一级的理智技能。著名心理学家皮亚杰勾画的认识的螺旋图,是一个倒置的圆锥,认识的螺旋沿圆锥内壁不断上升,它是开放性的,而且开口越来越大。但是在教学中我们发现,当学生所学的知识技能不断趋向复杂时,认识的螺旋不再那么理想,甚至会出现断点,特别是当学生由高中进入大学学习时,这种现象尤为明显。     

“宇宙与生命”讲座之五――生命之难

莫大的宇宙中,居然有生命。物理规律的本质是对称的统一,物理世界的实现是对称的破缺。对称破缺的方式是多种多样的,因此物理世界的实现不会是唯一的。物理规律不会只产生一个宇宙。众多的荒芜宇宙中,能产生生命的宇宙是个奇迹。前四讲提到,我们的宇宙是为将来有生命而诞生的。     

世界何处没有磁

 在一般人看来,磁是一种少见的现象,似乎只有磁石吸铁和指南针指南等少数现象才同磁有关,其他许多现象都与磁无关,看作是无磁的或非磁的。实际上,这样的看法是不对的。因为现代科学的发展,已经认识到,磁是普遍存在的,磁与我们的关系是十分密切的。为什么这样说?因为所谓磁,是指物质的磁性和空间的磁场。磁性是指物质在磁场中会受到力或力矩作用的性质,磁场是指运动的电荷在其中会受到力作用的物理场。从这样的意义看,任何物质都是具有磁性的,只有强弱的差别;任何空间都是存在磁场的,只有高低的不同。现在让我们来看一看,世界何处没有磁?     

激发课堂活力 提高课堂效率

 实施素质教育是当前教育改革的中心任务,学校教育中的素质教育是通过学科教学来完成的,其主阵地是课堂教学,课堂教学也是物理教学的主要形式和中心环节之一。20世纪60年代,当代著名的教育家、教学论专家巴班斯基提出了教学过程最优化理论,其主旨是“高效能、低消耗,发挥课堂教学的巨大可能性。”所以说,切实提高课堂教学效率是一切教学活动的永恒主题,也是新课程改革开展的动因之一。     

走近天文之一 揭开黑洞的神秘面纱

<正>1引言于我们,黑洞是个既陌生又熟悉的话题。熟悉的是,它经常出现在科幻作品中,被描述成拥有着吸尘器般巨大吸引力、隐身的贪婪怪兽。陌生的是,黑洞究竟是什么,天文学家们如何"看"到黑洞,为什么要研究黑洞。请随笔者一起揭开黑洞的神秘面纱。2黑洞是什么?最简单的黑洞模型是个不带电也不转动的黑洞。这个模型最早是     

DomeA冰盖获取全球信息的驱动力

 地球的南北两极,是全球变化的驱动器,是全球气候变化的冷源,也是人类居住的地球与外界联系的重要窗口。尤其是南极,是地球上至今未被开发、未被污染的洁净大陆,那里蕴藏着无数的科学之谜和信息。在全球变化,特别是全球气候变化研究中,起着不可替代的关键作用。对南极科考是当前各国争相进行的热点课题。在南极,尤其是在DomeA冰盖中蕴藏着无数科学之谜和全球气候、环境变化的信息,这些信息是如何由地球的不同地区汇聚到DomeA冰盖的?下面就从DomeA冰盖的地理特征、大气的壳层结构和大气环流等方面进行简要介绍。     

梦幻般的显示技术

更新一代的照明和显示技术OLED是英文Organic Light Emitting Diode的缩写,即有机发光二极管,是指有机材料在电场作用下发光的技术。而LED所采用的是无极材料,OLED与LED的相同之处在于两者都可以用在显示和照明领域。不同的是,在照明领域,受结构限制,LED是点光源,而OLED是平面光源：在显示领域,LED显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件。无法显示高分辨率的图像,而OLED是由光刻电极基板与有机发光材料结合组成的显示器件,     

黑洞的特征声音

正黑洞是时空中的一个区域,任何东西都不能从这个区域里面跑出来。跑不出来的原因,是因为这一区域存在极强的引力,即使是宇宙中跑得最快的光,也逃脱不了其吸引,这使得该区域在光学上是不可见的,所以称之为黑洞。形象地讲,黑洞像是空气中一个不透明的气泡。气泡的边缘,是黑洞的视界;视界之内,外部是看不见的。与气泡不同的是,黑洞内部存在奇点,接近奇点处,引力变得无限大,人们熟知的物理理论在这里失效。对黑洞更深入的理解,是当今理论     

寻找无中微子双beta衰变

正中微子有3种可能的质量状态,其质量大约是电子的百万分之一。这种巨大的差别意味着中微子质量的起源与所有其他费米子不同,涉及超出标准模型的物理。多数由标准模型推广出来的理论都认为中微子是马约拉纳(Majorana)粒子。就是说,它们是本身的反粒子。如果中微子是马约拉纳粒子,那么就违反了轻子数守恒,轻子数是赋予所有轻子的量子数,对于电子和中微子是1,而它们的反粒子是-1。在双中微子beta衰变(图左)     

ZnS:Cu单晶中交流电致发光线的导电性和成分的研究

本文用电解法证明了,在ZnS:Cu单晶中电致发光线是导电的。晶体中除了有发光的导电线外,还有不发光的导电线。化学分析表明,这些导电线是富铜的。ZnS:Cu单晶交流电致发光的显微观察已表明[1],在晶体中,发光是不均匀的。发光体是分布在晶体内部的一些线,即所谓的发光彗星。关于这种发光线,前人提出了多种模型[2-5]。在这些模型中,一致假设发光线是导电的;而对发光线与Cu的关系则说法不一。但迄今都没有直接用实验加以证明。本工作是用电解法直接证明了交流电致发光线是导电的。化学分析表明,这些导电线是富Cu的。     

动量守恒定律与能量守恒定律的实驗基础和思想渊源

动量守恒定律和能量守恒定律是物理学的两条重要的基本规律。在高中和大学的物理课程里,它们无疑都是属于教学的重点。但是,从实际情况来看,学生对于这两条定律的理解,往往还存在不少问题。一种情况是,学生对于这两条定律是经验规律,是大量实验事实的总结,     

量子力学那30年

20世纪的前30年,是17世纪科学革命之后物理学的又一个黄金时代,是一个需要巨人并且产生了巨人的时代。一位位物理巨擘像雅典卫城帕台农神庙的石柱支撑起了现代物理学的大厦。在大厦的根基处,是两块巨石,一块是相对论,一块是量子力学。相对论的历史是以爱因斯坦为核心的,尤其在与广义相对论厮杀的战场上,他是笑傲群雄的孤胆英雄。量子力学则色彩斑斓、风云际会、大师云集,     

误差、偏差与不确定度——实验教学中亟待澄清的模糊概念

误差、偏差、不确定度是三个完全不同的概念。什么是误差?通常的定义是ε=x-A (1) 式中ε为误差或测量误差,x为给出值或测得值,A为真值。由于测量时随机误差的不可避免,真值是不能得到的。换句话说,误差(这里主要指随机误差,以下同)的数值是求不出的。因为如果求出了误差,真值就得到了,这与实际情况是矛盾的。     

以美启真 以乐启学——高中物理演示实验的教学效应

<正>物理学是美的。物理美是物理规律的真实的、自然的流露,是物理规律本质的映射。爱因斯坦曾说:"照亮我的道路,并不断给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是善、美和真。"物理学家对物理科学的执着探究是一种对美的不懈追求。物理教学也是美的,作为物理教师,对物理教学艺     

伟大变革呼唤科普

 科学技术是推动人类社会前进的最高意义上的革命力量。中国正面临伟大的变革,中国的伟大变革呼唤着科学技术,更呼唤着科学技术的普及。科学是现代技术的发源地,现代科学是推动高技术产生的基础。发展科学事业是科学家的职责。他们从事科学研究,探索自然界的规律,推动人类的文明与进步。同样,科技普及工作也是科学家的职责。     

从量子力学到信息技术

 提到量子力学,现代人们都知道它是现代物理学中重要的基础理论,也是现代科学技术中的两大重要基石之一,它是一门能使人类把握宏观物体的各种性能,并能深入认识物体微观结构的科学。提到信息技术,人们都知道它同样是现代高新技术,也是20世纪五大尖端技术之一。然而,谈到两者是否存在关系、是何种关系时,则鲜为人知。当我们翻开科技发展的史册,对信息技术进行追源探因,就可以发现:量子力学是信息技术的源泉,是信息技术的原创理论基础;信息技术是量子力学理论的技术应用和技术开发。下面我们不妨从科学技术发展的历程中追源探因。     

大脑信息的研究

 人类需要了解自己,尤其是了解自己的大脑活动规律。埃克尔斯认为,大脑是一部机器或计算机,它的程序,由自我进行调节;哈肯认为,大脑是一个以物理学定律为基础的巨大系统,经由不同层次的自组织过程调节与控制。了解大脑之谜的关键问题是要知道信息在大脑内是如何产生、编码、加工和表达的,信息的载体是什么。人脑之所以不同于其他动物的脑,最明显的区别是人脑具有巨大的创造力,“创造力是大脑之谜中最深奥的一个……或许,创造力的本质仍被神秘的面纱掩盖为好。”所有这些问题是分子生物学、脑科学和生物物理学研究的前沿课题,正引起不同领域科学家的兴趣。