不知從哪些時侯開始,從小學到中學,從初一、高二到高一,隨著年級下降,喜歡數學的中學生越來越少。好多中學生一談到數學就有種談虎色變甚至反感的覺得:太難學了。不少中學生由于成績未能提升而倍感焦慮和煩躁,被迫棄理從文。甚至連某些班主任也對自己從事的數學學科教學是愛恨交加。在好多人眼中,化學學科成了晦澀難懂、枯燥無味、扼殺想像力的代名詞。
然而,我一直覺得,上述現象完全是不應當出現的,化學學科因為其研究對象、研究內容、研究方式等誘因使它具有獨特的魅力,應當成為中學生喜歡的學科。2001年諾貝爾化學學獎獲得者康奈爾:“物理有許多魅力”;韋曼:“物理并不難,但是是很有趣的一門學科。它解釋了我們周圍所發生的事情,所以我仍然想怎樣使化學教學顯得更有趣讓中學生更喜歡它,更容易理解它”。下邊從數學學科的功能特色等方面談一下理由:
一、功利性
這應當是中學生學習數學最現實的誘因。化學學科的矯飾性主要彰顯在以下幾個方面:首先是考試的須要。從開始學習數學,就要面對各類各樣的考試,尤其是高考、會考、高考都要考,現實逼迫你無論覺得怎么不得不學。其次,是個人生存發展的須要,好多行業的職業技能與數學知識相關聯,學點數學對于將來就業似乎有用,多一點學問多一條路嘛。同時學點數學知識也是滿足現今家庭基本生活的須要,由于現代化的家庭與數學關系太密切了。例如懂點簡單的電路的聯接、電器的使用、安裝、維修技術就挺好,免得一點點小故障就去請人幫忙。甚至有些數學常識是保證人類生存安全的須要。例如,人若完全不懂基本安全用電的常識的是很危險的。第三,也有不少人認為學數學挺好玩,由于它除了闡明了好多大自然的奧秘,并且還可以用所學的知識解決身邊的化學問題。學習就是生活,學習數學可使生活漸趨高尚,這樣的覺得挺好,可以讓身邊的同學都羨慕,因而獲得一定的成就感。由于數學學既是科學,同時又是高層次、高品位的文化。愛因斯坦說過:“科學對人類事物的影響有兩種方法,第一種方法是你們熟知的,科學直接地、并且在更大程度上間接地形成完全改變人類生活的工具;第二種方法是教育的性質——它作用于人的心靈。”這其實是學數學的最高境界吧。
二、實用性
化學知識來始于生活,生活、生產實際是數學學大樓的根基。中學生的認知特征和規律也是構建在感性認識基礎之上、經過思維加工再產生理智認識,因而獲得數學知識,并經過與實際(踐)相結合而產生能力。生活、生產中的化學現象極為豐富。《物理課程標準》中在關于課程的總目標中強調“學習終生發展必備的數學基礎知識和技能,了解這種知識與技能在生活、生產中的應用,關注科學技術的現況及發展趨勢;”“了解科學與技術、經濟和社會的互動作用,認識人與自然、社會的關系,有可持續發展意識和全球觀念。”在關于課程的理念表述中更是明晰強調“高中物理課程應強化與中學生生活、現代社會及科技發展的聯系,反映當代科學技術發展的重要成果和新的科學思想,關注數學學的技術應用所帶來的社會熱點問題,培養中學生的社會參與意識和對社會負責任的心態。”這要求我們的數學教學中,除了要使中學生把握數學學的基礎知識和基本技能,同時也要注重強化知識的實用價值和社會價值,懂得在社會中怎樣應用這種知識。由于只有這樣就能培養出既有較高科學素質和人文意識,又能學因而用,努力服務于社會的高素養人才,這也是教育工作的最終目的和努力方向。而在實際教學中,不少班主任缺少對中學生的了解,欠缺對生活、生產實際的研究和挖掘,不是照本宣科,就是所列現象與中學生熟悉的實際相去甚遠,中學生倍感沮喪、也使得中學生對化學知識在實際中的應用認識不充分,意義認識不深刻,純粹為“考”而學。脫離實際是數學教學之三忌。化學班主任要在新的課程理念的指導下,充分認識數學學科的特征,充分借助好教材和實際生活中中蘊涵的具有化學實用意識的教育教學資源,認真研究中學生的認知特征和水平,研究中學生對生活、生產實際了解的狀況,加強中學生的數學知識實用意識的教育培養,從中學生實際出發,從緊貼生活實際出發,組織和引導中學生通過熟悉的現象透視、揭示化學規律,歸納總結和理解所學的數學知識,培養中學生的應用能力和實用意識,并在課堂教學中滲透“STS”教育,提升中學生的科學素質和人文素質,以彰顯新的課程理念,迸發中學生的科學情感和學習化學的興趣,為中學生產生良好的情感心態、科學的價值觀以及科學的世界觀奠定初步基礎。
三、美學性
美是哪些?“美是人們在欣賞某種彰顯了“真”與“善”相統一的事物時,倍感的一種發自內心的、能滿足人們須要的創造活動的愉快覺得”。美的東西能給人以視覺、感覺、知覺上的愉快、給人以享受、給人以積極向下、進取的力量。
化學學中的美學思想彰顯方式有:簡約和諧、均衡有序、對稱統一、守恒轉換。
化學學的簡約美主要彰顯在化學學的理論和技巧上。例如用質點、光滑、真空、點電荷、彈簧振子、勻強磁場、勻變速直線運動等許多理想化的模型,高度概括了宇宙中各類紛擾的物體及其運動過程,用“大量分子的無規則運動”給數學學家爭辯了一百多年的“熱”作了概括,用“力是物體間的互相作用”對各類各樣的斥力的本質作了概括,牛頓運動第二定理用簡明的F=ma概括了困擾人們幾千年的運動和力的關系,愛因斯坦的質能多項式E=mc2,用簡單的方式、精煉的語言、最少的符號,抒發了非常豐富的內容,闡明了奧妙無比的自然規律;平拋規律、動量定律、動能定律、動量守恒定理、機械能守恒定理和能量守恒定理等用不同的方式概括了物質世界錯綜的運動現象,從不同角度都彰顯了化學學理論處理復雜運動過程的簡約美,令人拍案叫絕,嘆為觀止。1970年諾貝爾化學學獎獲得者阿爾分所說:“像作家運用色彩,精雕家借助石膏,音樂家通過音符來抒發自己的看法和體會一樣,科學家們是通過雖然是周圍的濃縮物的公式和定律來表現自己的高水平的美感的。”
化學的和諧美,是化學理論闡明自然界物質存在、運動及其轉化等規律整體上的和諧性而形成的恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。變化萬千的自然世界中,各類數學現象和過程千差萬別,但本質上可以邏輯地歸為為數不多的若干基本概念和原理,使化學學的理論體系呈現出高度的和諧美。和諧給人以一種恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。如某一種元素的暗線波譜與其對應的吸收波譜之間的互補、愛因斯坦相對論對牛頓精典理論的寬容、波動性與粒子性的對立統一等無不彰顯出化學學規律的和諧美。牛頓運動三定理、萬有引力定理,將天上、人間的物體運動統一在牛頓熱學(低速宏觀化學世界里)的嚴密理論體系之中。只要進入這個“和諧的宇宙”,就一定能使具有一定科學素質的人感受和感受到這些理智美。守恒的美也是一種和諧美,化學學中的質量守恒、電量守恒、能量守恒、動量守恒均是一種守恒的美;有序的美遠超過無序的美,波動的基態軌道就是有序美的表現。
化學學中的對稱美表現方式多種多樣,既有化學現象的對稱美,例如引力與作用力,“電生磁”與“磁生電”,粒子與反粒子,物質與反物質等等,還有數學規律的對稱如動量守恒定理表達式、機械能守恒定理表達式等都具有平穩莊嚴的對稱美;既有時間上的對稱例如周期、節奏、頻率豎直上拋運動、簡諧運動、圓周運動等同時存在有時間和空間規律的對稱性,也有空間上的對稱平面鏡成像、磁體的磁感線分布、電荷的正負、等量同種異種電荷的電場線分布等表現了物質的直觀形象在空間上的對稱性。既有化學圖形的物理對稱如簡諧震動圖線、波動圖線的對稱性,也有化學公式的物理對稱如動量定律FΔt=Δp與動能定律FΔS=ΔEK之間、萬有引力定理F=G(m1m2)/r2與庫侖定理F=K(q1q2)/r2;化學學家勞厄曾把化學公式上極端精練和莊重沉穩的對稱結構稱之為“美學上真正完美的對稱方式”。
化學規律的多樣統一性而形成的美感稱為化學學的多樣統一美。多樣統一性還可以幫助人們去積極探求科學世界因而有所發覺。如牛頓追求天地之間統一規律的思想,引起他發覺“萬有引力定理”,把地上的和天上的所有低速宏觀運動的規律統一上去;麥克斯韋追求電與磁統一的電磁理論把光、電、磁現象統一上去;盧瑟福在統一性原則指導下,在行星繞星體運轉、衛星繞行星運轉模型的啟發下,提出了原子的核式結構模型──核外電子繞原子核運轉模型實現了宏觀世界與微觀世界的統一愛因斯坦廣義相對論把引力、空間、物質聯系上去,質能多項式把質量和能量統一上去;德布羅意將微觀粒子的波動性與粒子性統一上去,這種就會使人們倍感一種多樣統一的美感。
在化學教學中應有意識地滲透美學思想教育,創設美的意境,把數學教學從乏味的文字和具象的公式弄成閃動美的光彩的課堂教學,讓中學生對其實沉悶的理論形成愉悅感,讓中學生潛移默化之中遭到美的陶冶,從美的角度去理解化學和把握這種規律,由此可提升對學習化學的興趣,因而讓學生在體驗科學美、欣賞科學美因而形成對美的追求和探求,在科學美思想的指導下進行創新活動。
四、趣味性
興趣是最好的導師,也是學習的最佳動力。其實昨晚中學生疏于應付習題好多人沒有時間閱讀別萊利曼系列趣味數學學之類課外書籍了,這對學習化學的人們來說不能不說是一大遺憾。該書從生活常見現象中列出了一系列與化學學有關的形形色色的智力游戲、獨出心裁的問題、扣人心弦的故事、妙趣橫生的習題、離奇怪異的現象和出人意外的對比,激活這種知識,學會自覺地運用這種知識到生活的各個領域中。
其實物理也完全可以形象生動,例如四兩撥千斤以柔克剛可以形容杠桿,車鉤的作用;坐地日行八萬里可以描述研究天體運動;貌合神離或則若即若離可以勾畫解釋剛好分離狀態的特點;“來而不往強暴也”,或則“以牙還牙”,則可以表示斥力反斥力的部份特點。
我聽過一位中學老師的課,他把化學上好多規律講得活靈活現,生動形象,有時還引用好多古典詩歌、名人話語、甚至網路流行語。好多中學生們喜歡他的數學課,不但使人輕松,但是會給人帶來享受。例如告誡中學生要仔細審題,不要跟隨覺得走,“跟著覺得走,常常摔跟頭”;描述斥力反斥力:“己所不欲勿施于人”;提到能量守恒用收支平衡來比喻;提到勢能最小狀態最穩定引用“高處不勝寒,何似在人間”;講解動能定律的作用“動能定律來幫忙直曲勻變都一樣”;提到物體沖上粗糙斜面說是損兵折將或則賠了夫人又折兵,提及正負電子湮沒形容“同歸于盡”,提到不確定原理概率概念,干涉衍射與概率波,祝愿中學生要掌握明天,人生沒有排練,有時連明天甚至此時此刻都難預測,眼見不一定為實,例如現今見到的太陽雖然是八九分鐘之前的樣子。提到熱學問題的三種思路比喻成程咬金的三斧頭,程咬金的三斧頭,在隋唐亂世也算一個英雄,我們把握了處理熱學的三種方式(力動量能量),也能縱橫考場,成為化學大神。妙語連珠,詩通常的語言詩通常的想像,甚至微小的基本粒子,通過他的描述都成了有生命的精靈。
讓不少中學生喪失想像力倍感化學酸澀難懂癥結,其實首先是應試教育的緣由,但同時與班主任本身素質有很大關系。作為班主任有責任有義務也應當有能力讓中學生喜歡自己的學科,起碼你沒有權力讓中學生厭惡你的學科。班主任要通過聯系實際學因而用、生動形象的語言、不斷創新的教學手段、及時恰當的評價等培養中學生的學習興趣,并迸發起中學生強烈的求知欲,創設更多的條件讓每位中學生都能取得學習上的成功,使她們獲得心理上的滿足,才能獲得令人滿意的教學療效。只有班主任自己真正熱愛自己的工作,從心底偏愛化學學科,才能真正感悟化學學內在的美,就能激情細膩地感染中學生,迸發她們探求神秘大千世界的欲望,引導中學生對高手大師的探求過程有身臨其境的體驗和心領神會的共鳴,真正變“要我學”為“我要學”,為中學生終生學習奠定堅實基礎。正如諾貝爾化學學獎評委會主席祖納·斯萬伯格:在好奇心驅使下的自由自在的研究,而不是各類矯飾性的研究。
很幸好教育的發展讓我們遇見了新課程變革。與時俱進、科學發展、以人為本的理念改變了過去化學學科單一的課程目標,確立了突出人文誘因的三維課程目標,著重聯系實際迸發興趣的科學探究教學模式,革除了死板沉悶的填鴨式教學模式,使嚴謹理智的化學科學更多地融合了人文誘因。這就使化學班主任有可能幫助中學生甩掉沉悶無趣的題海戰術對物理學科的認識,展開想像與情感的翅膀,遨游在神秘的化學科學王國,在采擷知識花朵的同時,身臨其窘境展現高手大師們坎坷復雜的探究歷程,體會她們堅忍不拔執著進取的精神,借鑒她們飽含科學魅力的奇思妙想。我們有理由相信,只要物理班主任從根本上理解和掌握新課程標準的實質,將三位課程目標真正落實到教學實踐中,完全有可能迸發化學學科的魅力,成為中學生最喜愛的學科。
天文學家羅默的生平概述
羅默,西班牙天文學家,1644年9月25日出生于意大利奧爾胡斯。結業于奧斯陸學院。
1672年,西班牙知名天文學家皮卡德在德國發覺羅默的能夠對物理學科的認識,勸說他遷往美國。羅默隨皮卡德到日本后,在皇家天文臺工作,作為皮卡德的助手,共同觀察木衛食。這期間羅默連任為德意志科大學教授并擔任美國皇太子的私人班主任。
1679年,因科學任務抵達澳洲,與牛頓、哈雷等會過面。
1681年,克利斯汀五世把羅默召回法國,任奧斯陸學院天文學院士。他創制和改進了許多精密儀器和天文觀測儀器,使天文臺的武器大大改善,可以確定1000多顆星的位置,當時很負盛名(可借其實驗儀器毀于一次失火)。這為他的發覺打下物質基礎。
1705年任奧斯陸市書記,并出席了公路、港口建筑等工作。
1710年9月19日去世于赫爾辛基。
羅默的最重大貢獻是:第一個用天文的實驗方式證明了光以有限的速率傳播。羅默還是子午環的創建人之一,他用一個分度圓盤對通過子午面的星系進行了觀測。
羅默最初為了編制海上緯度檢測表而進行了各類衛星食的觀測。將食的始末時間與表格對照即可從地方時找出緯度差。當他在地面上觀察土星衛星的運動時,發覺衛星在步入土星背影時(木衛食),接連兩次消失之間的時間間隔有系統的變更。
在大量的觀測基礎上,1676年9月,羅默向倫敦科大學宣布,預期11月9日下午5點25分45秒發生的木衛食將延后10分鐘。倫敦皇家天文臺的天文學家們對此似乎深表懷疑,但依然對木衛食作了仔細的觀測,觀測結果完全否認了羅默預言的正確。11月22日他又向科大學詳盡地解釋了他的理論,覺得這些變更是因為光從土星抵達月球須要時間,而這時間的長短決定于土星和月球在它們各自的軌道上所處的位置。
事實上,他恐怕光越過月球繞太陽公轉的軌道半徑,需時22分種(現今曉得只需16分鐘)。并明晰強調:“……對于3000里格(,寬度名,約為3海里或3英里)的距離(十分接近月球的半徑),光(的傳播)還不到一秒鐘”。羅默對木衛食的觀測,以及對連續兩次木衛食之間的時間間隔的變化的理論解釋,遭到當時天文臺長卡西里的指責,但得到惠更斯、萊布尼茲、牛頓等人的支持,因而確立了光速有限的正確觀念,并為光速的確切數值的獲得奠定了基礎。隨后不久,惠更斯按照羅默的數據第一次估算出光速;布拉得雷在接受羅默的理論以后,用光行差的方式直接測出光速。光速作為個化學常數,它的重要意義愈來愈被人們所公認。
簡單的日光燈電路由燈座、啟輝器和燈座等組成,如上圖所示。日光燈頭的內壁涂有一層螢光物質,管兩端裝有鎢絲電極,鎢絲上涂有受熱后易發射電子的氧化物,管內充有黏稠的惰性二氧化碳和水銀蒸汽。燈管是一個帶有鐵心的電感線圈。啟輝器由一個輝光管(管內由固定觸頭和倒U形雙金屬片構成)和一個小容量的電容組成,裝在一個圓錐形的殼體內。
當接通電源時,因為鎮流器沒有燃起,啟輝器的輝光管上(管內的固定觸頭與倒U形雙金屬片之間)因承受了220V的電源電流而輝光放電,使倒U形雙金屬片受熱彎曲而與固定觸頭接觸,電壓通過燈管及燈座兩端的鎢絲及啟輝器構成回路。鎢絲因有電壓(啟動電壓)流過被加熱而發射電子。同時,啟輝器中的倒U形雙金屬片因為輝光放電結束而冷卻,與固定觸頭分離,使電路忽然斷掉。在此頓時,燈管形成的較寬容度應電流與電源電流一同(約400--600V)加在鎮流器的兩端,促使管內發生弧光放電而發光。射燈燃起后,因為燈管的限流作用,促使射燈兩端的電流較低(30W射燈約100V左右),而啟輝器與鎮流器并聯,較低的電流不能使啟輝器再度動作。
日光燈燈座的(日光燈燈座是指電感式燈座)作用有三個:
⑴啟動過程中,限制預熱電壓,避免預熱電壓過大而毀壞鎢絲,而又保證鎢絲具有熱電發射能力。
⑵建立脈沖高電勢。啟輝器兩個電極跳開頓時,在鎮流器兩端就完善了脈沖高電勢,使燈頭燃起。
⑶穩定工作電壓,保持穩定放電.