關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)精選(九篇)

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第1篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

一、隱性知識(shí)的定義

知識(shí)分為隱性知識(shí)和顯性知識(shí)。隱性知識(shí)不易識(shí)別，難用數(shù)字、公式和科學(xué)法則等來(lái)表達(dá)，也很難用文字、語(yǔ)言來(lái)精確描述，不易模仿和復(fù)制。如經(jīng)驗(yàn)、啟示、策略、思維方法、思想情感等。小學(xué)科學(xué)教材中蘊(yùn)含著大量的隱性知識(shí)，這部分知識(shí)在教材中并沒(méi)有明確的文字表述。需要教師通過(guò)對(duì)教材中的隱性知識(shí)進(jìn)行開發(fā)和擴(kuò)展，或者讓學(xué)生做出一定的技能和思維活動(dòng)的展示才能挖掘。但在科學(xué)課教學(xué)目標(biāo)中，又對(duì)這些知識(shí)有一定的體現(xiàn)和要求。因此，開發(fā)和運(yùn)用小學(xué)科學(xué)教材中的隱性知識(shí)對(duì)科學(xué)課教學(xué)有著重要的作用。

二、小學(xué)科學(xué)教材中隱性知識(shí)的表現(xiàn)形式

小學(xué)科學(xué)教材內(nèi)容豐富，其一般由文字、插圖和實(shí)物和實(shí)景照片幾部分構(gòu)成。教材中的文字又一般包括目錄、引言、正文、提示、資料庫(kù)。除了教材中顯性的科學(xué)概念、科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，科學(xué)教材中的隱性知識(shí)往往需要教師們從顯性的文字、插圖、照片中進(jìn)行關(guān)聯(lián)、提升，才能挖掘。這些隱性知識(shí)往往是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法、科學(xué)技能和素養(yǎng)的重要資源。筆者從教材中隱性知識(shí)存在的載體來(lái)分類，大致分為文字類隱性知識(shí)、插圖類隱性知識(shí)和照片類隱性知識(shí)。從隱性知識(shí)的作用來(lái)分，又可以把教材中的隱性知識(shí)分為科學(xué)史的延伸、科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的拓寬、科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與技能的加強(qiáng)、科學(xué)責(zé)任感的培養(yǎng)意識(shí)等。下面以五年級(jí)上冊(cè)第二單元《光》的內(nèi)容為例具體談?wù)勅绾伍_發(fā)運(yùn)用隱性知識(shí)拓寬學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，深化知識(shí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。

三、隱性知識(shí)的開發(fā)和運(yùn)用

1.結(jié)合科學(xué)史，鼓勵(lì)學(xué)生從感知中總結(jié)規(guī)律

《光》的目錄來(lái)看，按順序來(lái)看分別就是光和影、陽(yáng)光下的影子、光是怎樣傳播的、光的反射、光與熱、怎樣得到更多的光和熱、做個(gè)太陽(yáng)能熱水器、評(píng)價(jià)我們的太陽(yáng)能熱水器?！豆狻穯卧@性的目錄文字，蘊(yùn)含了科學(xué)史的發(fā)展，包含了人類認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律與歷程。

人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)首先來(lái)源于觀察和實(shí)踐，在感性認(rèn)識(shí)上得出一般規(guī)律。北宋沈括的《夢(mèng)溪筆談》就記錄了通過(guò)“鳶東則影西，鳶西則影東”的影子觀察來(lái)了解光的直線傳播的原理。我國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《墨經(jīng)》中記載了光的直線傳播和在鏡中反射等現(xiàn)象。如《墨經(jīng)》，經(jīng)云“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在遠(yuǎn)近有端，與于光，故景庫(kù)內(nèi)也?！边@是古代的關(guān)于光的故事，蘊(yùn)含小孔成像的原理，這可以算作世界上最早對(duì)光的認(rèn)識(shí)的記載。

因此，教材的編制中蘊(yùn)含了大量科學(xué)史的內(nèi)容，挖掘科學(xué)史，鼓勵(lì)學(xué)生從感知中總結(jié)規(guī)律。

2.銜接關(guān)聯(lián)內(nèi)容，拓寬學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)

《光》的第二課《陽(yáng)光下的影子》一課最后，有這樣一段話：堅(jiān)持一段時(shí)間的觀察，看看我們對(duì)陽(yáng)光下物體影子的變化還有什么新的發(fā)現(xiàn)？這里的新發(fā)現(xiàn)所蘊(yùn)含的隱性知識(shí)就是指的當(dāng)?shù)刂形?2點(diǎn)，可能并不是太陽(yáng)位置最高的時(shí)候，因此影子也不是最短的時(shí)候。這就隱含了和后面“宇宙”“時(shí)間”單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容相互的關(guān)聯(lián)?！豆夂蜔帷芬徽n，也涉及了高溫物體將熱能轉(zhuǎn)化為光能，能量轉(zhuǎn)化的問(wèn)題，《做個(gè)太陽(yáng)能熱水器》也涉及了熱傳導(dǎo)的方式，也都和后面五年級(jí)下冊(cè)“熱”單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容相互的關(guān)聯(lián)。

因此，開發(fā)教材中的隱性知識(shí)，銜接關(guān)聯(lián)的知識(shí)內(nèi)容，能拓寬學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，深化學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

3.重視“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作”，提升學(xué)生的創(chuàng)新與探究能力

在《光是怎樣傳播的》一課中，教材中已經(jīng)包括了兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)來(lái)證明光是怎么傳播的，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)單、操作容易。但在教材第29頁(yè)，有這樣的一句話：“我們還能用其他的方法證明光的傳播路徑嗎？”這句話涵蓋了用多種方法科學(xué)探究找到光的直線傳播的規(guī)律，讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本環(huán)節(jié)的隱性知識(shí)。即“提出問(wèn)題-猜想與假設(shè)-設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)-進(jìn)行實(shí)驗(yàn)-得出結(jié)論-交流與評(píng)估”的科學(xué)研究方法。教師如果在這里培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，給學(xué)生提供大量器材，適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，讓他們自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選擇器材，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，并在其中思考，交流，動(dòng)手，探索，感悟，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新與探究能力的提升非常有幫助。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，教師可以利用“丁達(dá)爾現(xiàn)象”給學(xué)生提供一些材料，學(xué)生可以自由選擇材料設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究。

研究的問(wèn)題 驗(yàn)證光的傳播路徑

假設(shè)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與記錄 選用的材料：在下面的選項(xiàng)前面打√：

水槽肥皂水牛奶

果凍清水激光筆 結(jié)論：

實(shí)驗(yàn)方法：（簡(jiǎn)要圖文說(shuō)明）

4.從科學(xué)延伸到社會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

第2篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞: 信息技術(shù)科學(xué)教學(xué)細(xì)節(jié)處理

在新的教育理念的指導(dǎo)下,以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)不斷地深入教育教學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域,信息技術(shù)手段已成為一種強(qiáng)有力的、不可或缺的教學(xué)工具。越來(lái)越多的教學(xué)實(shí)踐證明,信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)有效整合下的課堂教學(xué)具有形象直觀、有趣生動(dòng)等特點(diǎn),能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使之產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣,在愉悅的情景中建構(gòu)知識(shí),培養(yǎng)能力。但信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)科教學(xué)的“融合”中也日益暴露了的一些“矛盾”。為營(yíng)造理想的教學(xué)環(huán)境,關(guān)注信息技術(shù)在科學(xué)教學(xué)中的細(xì)節(jié)成了時(shí)下一線教師關(guān)注的焦點(diǎn)。筆者結(jié)合平時(shí)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),談?wù)勑畔⒓夹g(shù)在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)注意的一些細(xì)節(jié)處理的體會(huì)。

一、精心解決“傳統(tǒng)技術(shù)”與信息技術(shù)的“矛盾”細(xì)節(jié),使科學(xué)教學(xué)更豐富。

傳統(tǒng)技術(shù)如實(shí)驗(yàn)、掛圖、實(shí)物的表達(dá)在與信息技術(shù)的呈現(xiàn)上常有些矛盾,例如課件的呈現(xiàn)順序往往會(huì)影響到學(xué)生的有效接受。因此,我們有必要精心解決“傳統(tǒng)技術(shù)”與信息技術(shù)的“矛盾”細(xì)節(jié),使科學(xué)教學(xué)更豐富。

1.信息技術(shù)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)兼顧的“矛盾”細(xì)節(jié)處理

科學(xué)教學(xué)過(guò)程中常涉及一些自然現(xiàn)象,而有些自然現(xiàn)象需要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的表達(dá),盡管多媒體技術(shù)可以將科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程逼真地模擬出來(lái),但這畢竟只是模擬,科學(xué)是需要用事實(shí)來(lái)說(shuō)話的,模擬的與事實(shí)是否相同呢?這必將導(dǎo)致學(xué)生心存疑惑?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)又往往伴隨著物體的運(yùn)動(dòng)、發(fā)光、發(fā)熱、顏色與形態(tài)的變化,有時(shí)甚至是爆炸等極端現(xiàn)象。比如課堂教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以參與其中,在保證安全的前提下由學(xué)生親手完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程,不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力,而且可以使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探索的途徑,分享成功的喜悅。因此信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)的兼顧勢(shì)在必然,但在信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)兼顧的過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)教學(xué)細(xì)節(jié)處理上的的“矛盾”。

(1)一般演示實(shí)驗(yàn)的表達(dá)細(xì)節(jié)

科學(xué)的總體教學(xué)目標(biāo)就是要培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng),積極的科學(xué)探究,以及一定的動(dòng)手操作能力。因此,實(shí)驗(yàn)在科學(xué)課堂上所起的作用是十分重要的。信息技術(shù)中的模擬動(dòng)畫實(shí)驗(yàn)是不能完全代替演示實(shí)驗(yàn)的,彼此割裂的兩種技術(shù)都存在缺陷,但在操作上演示實(shí)驗(yàn)在課堂上的表達(dá)存在著很多需注意的細(xì)節(jié)。如在呈現(xiàn)順序上就值得推敲,是該實(shí)驗(yàn)先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),還是先用課件表達(dá)?經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐的證明,先進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)然后課件再展示,這樣更有利于學(xué)生的認(rèn)知。例如:《聲音的傳播實(shí)驗(yàn)》,當(dāng)教師逐漸抽出空氣時(shí),學(xué)生感受到聲音的變?nèi)跏侨绱酥鎸?shí),這種真實(shí)感是用動(dòng)畫模擬感受不到的,雖然多媒體能展示實(shí)驗(yàn)演示的全過(guò)程。當(dāng)然演示后,教師可以通過(guò)多媒體的播放回顧實(shí)驗(yàn),這不僅可以節(jié)省時(shí)間,而且能很好地體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程,另外也為一些未注意觀察的學(xué)生提供了一次了解實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。把握了這種呈現(xiàn)方式上的細(xì)節(jié),教學(xué)的深刻性就會(huì)在信息技術(shù)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)兼顧的“矛盾”處理中得到很好的解決。

(2)抽象演示實(shí)驗(yàn)的表達(dá)細(xì)節(jié)

由于一些實(shí)驗(yàn)條件的限制學(xué)生自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺乏,一些課本上的實(shí)驗(yàn)很難在課堂上進(jìn)行操作演示。比如像生命科學(xué)部分,有些生理過(guò)程,往往是看不見、摸不著的,或者是生命的生理活動(dòng)太快或太慢,學(xué)生不易觀察,憑借傳統(tǒng)的教學(xué)手段,借助于圖像、模型等來(lái)講述生理過(guò)程、現(xiàn)象,只能是紙上談兵難以達(dá)到預(yù)期的效果。教師利用信息技術(shù)進(jìn)行演示,使書本中原本靜止無(wú)聲的描述也就變得生動(dòng)形象,然后師生針對(duì)信息技術(shù)進(jìn)行演示的內(nèi)容歸納得出,這樣能使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中掌握知識(shí),激發(fā)求知欲,體驗(yàn)信息技術(shù)的魅力。

(3)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的表達(dá)細(xì)節(jié)

新課程的理念之一是注重學(xué)生探究能力的提高。學(xué)生探究能力的提高離不開探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,問(wèn)題是科學(xué)教學(xué)中的探究實(shí)驗(yàn)往往跨時(shí)較多,涉及的環(huán)節(jié)復(fù)雜。多媒體的融入為實(shí)驗(yàn)探究的順利進(jìn)行提供了可能。若靠單一的實(shí)驗(yàn)很容易造成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的疏忽,這時(shí)課件就能起到良好的提醒作用。至于在細(xì)節(jié)處理上,怎樣才能使之更合理呢?根據(jù)教學(xué)實(shí)踐來(lái)看,每完成一個(gè)環(huán)節(jié)及時(shí)通過(guò)課件展示,這樣不僅能肯定剛才的實(shí)驗(yàn)成果,而且能使探究緊湊完成。如:探究歐姆定律時(shí),從問(wèn)題的提出到實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,中間的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要及時(shí)呈現(xiàn)學(xué)生的討論結(jié)果或方案,教師應(yīng)在設(shè)計(jì)課件時(shí)事先預(yù)定方案,當(dāng)學(xué)生給出方案后媒體就可以出場(chǎng)了。此時(shí)傳統(tǒng)技術(shù)和信息技術(shù)的“矛盾”即轉(zhuǎn)變成了融合。

2.屏幕與傳統(tǒng)板書共存的“矛盾”細(xì)節(jié)處理

課堂教學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,教材、教師、學(xué)生三者的思維不可能完全吻合,因此,課堂教學(xué)需要隨機(jī)應(yīng)變,需要教學(xué)機(jī)智。若全用屏幕來(lái)替代,多媒體系統(tǒng)也就成了電子板書,也就無(wú)法展現(xiàn)教師教、學(xué)生學(xué)的思維過(guò)程,這樣教學(xué)的價(jià)值會(huì)大打折扣。所以傳統(tǒng)板書的存在依然有它必要的地方,比如:物質(zhì)科學(xué)部分的微粒含義的理解,教師在板書的過(guò)程中,往往可以通過(guò)更換不同顏色的粉筆、利用各種不同的符號(hào)或圈圈點(diǎn)點(diǎn)來(lái)突出重要知識(shí)點(diǎn)。雖然這些也能設(shè)計(jì)成良好的電子板書并展現(xiàn),但在使用上會(huì)覺得很刻板,無(wú)法及時(shí)更改,總有不方便之處。那么如何解決屏幕與傳統(tǒng)板書共存的“矛盾”呢?從新課程實(shí)施以來(lái),關(guān)于這種“矛盾”爭(zhēng)論的從沒(méi)停止過(guò),從筆者來(lái)看,有些重要知識(shí)即便在屏幕上有展現(xiàn),但當(dāng)切換屏幕后它在學(xué)生頭腦中的停留勢(shì)必縮短,如果能在黑板上保留,那么本節(jié)課的思路就可以貫穿始終。而在保留板書的過(guò)程中,教師要注意枝節(jié)的削減,保留主干,并能在保留中有所創(chuàng)新,這樣不僅能使“矛盾”得以處理,而且會(huì)使課堂煥發(fā)出新的活力。

二、精心設(shè)計(jì)信息技術(shù)在不同課型中的“出場(chǎng)”細(xì)節(jié),使科學(xué)教學(xué)更具魅力。

1.科學(xué)觀察課中信息技術(shù)的細(xì)節(jié)處理

科學(xué)教學(xué)在生命科學(xué)的篇章中經(jīng)常要觀察一些生命現(xiàn)象,如果在這樣的觀察課中不動(dòng)用信息技術(shù),那必然會(huì)使課堂失去一些色彩。因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)能提供生動(dòng)形象的聲像信息,可以不受時(shí)間、空間的限制,在教學(xué)中能顯示所要觀察的科學(xué)事物,同時(shí),信息技術(shù)還能對(duì)時(shí)間進(jìn)行縮放,在顯示事物變化發(fā)展過(guò)程中有獨(dú)特的功能。但濫用信息技術(shù),學(xué)生受聲光刺激過(guò)強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)適應(yīng),而激不起興趣。因此信息技術(shù)在觀察課中的細(xì)節(jié)處理尤為重要。例如:《觀察蝸?！芬徽n是以蝸牛身體的特征為內(nèi)容的綜合型觀察課。若教師機(jī)械地在屏幕上講解各部分的結(jié)構(gòu)作用,雖然信息技術(shù)增強(qiáng)蝸牛畫面的能見度,但對(duì)于學(xué)生的興趣還是難以激發(fā),為了能使信息技術(shù)用得巧、用得妙,教師能就得把信息技術(shù)藏著掖著,故意賣關(guān)子。筆者先讓實(shí)物蝸牛出場(chǎng),讓學(xué)生觀察好了,匯報(bào)所看到的,在總結(jié)過(guò)程“請(qǐng)出”屏幕上的蝸牛與大家共賞。這時(shí)學(xué)生受屏幕中像畫面大小與實(shí)物大小差異的刺激,興趣更易激發(fā),在學(xué)習(xí)過(guò)程中更易保持學(xué)習(xí)的積極性。

2.科學(xué)復(fù)習(xí)課中信息技術(shù)的細(xì)節(jié)處理

一段時(shí)間的教學(xué)總需要總結(jié)。信息技術(shù)有它獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn),信息量大,綜合性強(qiáng),能將非?，嵥榈目茖W(xué)知識(shí)很好的呈現(xiàn)。但在實(shí)際操作中教師若一味地播放過(guò)往知識(shí)要點(diǎn),就顯得單調(diào)貧乏,學(xué)生的注意力持久性就會(huì)降低。通常在復(fù)習(xí)課中信息技術(shù)的出場(chǎng)幾率是比較高的,但要注意出場(chǎng)的細(xì)節(jié)。比如復(fù)習(xí)到《生命科學(xué)保護(hù)色、擬態(tài)》的理解時(shí),在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候,教師若播放相應(yīng)的圖片或視頻,學(xué)生對(duì)此的理解必然會(huì)深刻得多。再如關(guān)于光的反射和折射是一個(gè)很難分清的知識(shí)點(diǎn),特別是生活中關(guān)于水中的反射和折射更易混淆。如果教師在此恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候展現(xiàn)畫面,如水中的白云與魚兒,并通過(guò)信息技術(shù)展現(xiàn)作圖原理,那么不僅能使知識(shí)點(diǎn)容易辨別,而且能節(jié)省教師作圖所用的時(shí)間。這樣既避免了屏幕播放單純知識(shí)的單調(diào)貧乏又落實(shí)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。若復(fù)習(xí)課中教師注重這樣有效的合理搭配、關(guān)注細(xì)節(jié)處理,信息技術(shù)的魅力才能持久。

三、精心處理“內(nèi)容呈現(xiàn)”上的細(xì)節(jié),使信息技術(shù)在科學(xué)教學(xué)中大放光彩。

縱觀以上的一些細(xì)節(jié)處理,其實(shí)在教學(xué)中“內(nèi)容呈現(xiàn)”上的細(xì)節(jié)更值得教師注意。從學(xué)生觀看、學(xué)習(xí)有效的角度教師需注意以下一些細(xì)節(jié)。

1.關(guān)于信息量的細(xì)節(jié)處理

“信息轟炸”已成為教學(xué)一線的弊端,許多教師力求把科學(xué)中的各種注意點(diǎn)都在屏幕上展現(xiàn),包括書本上的一些圖片、要點(diǎn),能呈現(xiàn)的盡量呈現(xiàn),其實(shí)這樣的操作不僅重點(diǎn)突出不了,而且學(xué)生不可能看全屏幕上的要點(diǎn),并加以內(nèi)化。一節(jié)課下來(lái),有些教師課件中的幻燈片放了幾十張,五彩繽紛的多媒體信息包圍著學(xué)生,其琳瑯滿目的程度令人頭昏目眩,極易導(dǎo)致視、聽覺疲勞,思維訓(xùn)練的不足,學(xué)生在信息技術(shù)的刺激下成了“迷航”的“水手”,其實(shí)關(guān)于信息量的處理不在多而在與精。只要到位不需要太多的幻燈片呈現(xiàn),從筆者的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看,一節(jié)課的PowerPoint幻燈片數(shù)不應(yīng)超過(guò)15張的教學(xué)內(nèi)容,因?yàn)槎嗔藢W(xué)生就停留在了表面的視覺應(yīng)付上,疲于接受。

2.關(guān)于字體大小細(xì)節(jié)處理

科學(xué)教學(xué)時(shí)常需呈現(xiàn)一些概念,而概念的呈現(xiàn)涉及字體的大小把握,這關(guān)系到學(xué)生的視覺接受能力,比如一個(gè)大標(biāo)題物體的顏色就適合選擇60號(hào)左右的字體、黑體呈現(xiàn)。如果是大標(biāo)題下的定義或要點(diǎn)則至少要達(dá)到36號(hào)字體以上、黑體呈現(xiàn),比如光的反射定律,“反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi);反射光線、入射光線分居在法線的兩側(cè);反射角等于入射角”。當(dāng)然同一屏幕字體的大小種類也不適合繁多,從大標(biāo)題到小標(biāo)題最好控制在三種以內(nèi),能突出層次而又不紛亂,這樣的視覺效果更易被學(xué)生接受。

3.關(guān)于色彩搭配細(xì)節(jié)處理

信息技術(shù)在追求質(zhì)感畫面的同時(shí),若同一屏幕下色彩紛呈,不僅會(huì)使學(xué)生的注意力不易集中,而且會(huì)使其覺得眼花繚亂,致使學(xué)習(xí)的效率不能有效地提高。如果是一般的字體內(nèi)容,不同顏色的字體不宜超過(guò)三種,并且字體大小的搭配也需與顏色謹(jǐn)慎考慮,在同一句語(yǔ)句中不適合采用三種或三種以上的顏色搭配,一般在同一語(yǔ)句中的顏色跳躍的次數(shù)也不宜過(guò)頻繁。比如:“蒸發(fā)在任何溫度下都能進(jìn)行,蒸發(fā)發(fā)生在液體的表面,是一種不易覺察緩慢的汽化現(xiàn)象”,在強(qiáng)調(diào)其中的要點(diǎn)“任何溫度、表面、緩慢”這些詞語(yǔ)時(shí)就不宜采用三種不同的色彩,只適合同樣同種色彩的處理,也就是將強(qiáng)調(diào)的要點(diǎn)與語(yǔ)句本色的顏色設(shè)成不一樣即可達(dá)到強(qiáng)調(diào)的目的。

毋庸置疑,關(guān)注信息技術(shù)的表達(dá)細(xì)節(jié),取決于教師以怎樣的方式將它用到教學(xué)中恰當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié),使之成為教學(xué)的有機(jī)部分,促成科學(xué)課堂更精彩。

參考文獻(xiàn):

[1]吳哲.信息技術(shù)和科學(xué)教學(xué)的有效整合探究,2008.5.

[2]馬勇.淺談應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)化科學(xué)課堂教學(xué),2007.4.

第3篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

文章摘要：摘 要:簡(jiǎn)要地論述了目前國(guó)內(nèi)光學(xué)工程教學(xué)現(xiàn)狀,分析了在光學(xué)工程教學(xué)與科研領(lǐng)域中處于一流地位的多所美國(guó)大學(xué)的教學(xué)方式,如亞利桑那大學(xué)、羅切斯特大學(xué)以及加州大學(xué)等,仔細(xì)研究了它們關(guān)于光學(xué)工程學(xué)科的課程設(shè)置、教學(xué)大綱和教學(xué)課件。結(jié)合作者在教學(xué)中的實(shí)際...  

    摘　要:簡(jiǎn)要地論述了目前國(guó)內(nèi)光學(xué)工程教學(xué)現(xiàn)狀,分析了在光學(xué)工程教學(xué)與科研領(lǐng)域中處于一流地位的多所美國(guó)大學(xué)的教學(xué)方式,如亞利桑那大學(xué)、羅切斯特大學(xué)以及加州大學(xué)等,仔細(xì)研究了它們關(guān)于光學(xué)工程學(xué)科的課程設(shè)置、教學(xué)大綱和教學(xué)課件。結(jié)合作者在教學(xué)中的實(shí)際體會(huì),對(duì)國(guó)內(nèi)的光學(xué)工程學(xué)科的大學(xué)教學(xué)提出了幾點(diǎn)建議,即師生共享教學(xué)大綱,注重實(shí)驗(yàn)與工程,豐富網(wǎng)絡(luò)資源。

    關(guān)鍵詞:光學(xué)工程;課程設(shè)置;教學(xué)大綱;實(shí)驗(yàn);工程;網(wǎng)絡(luò)資源

    光學(xué)工程是國(guó)家一級(jí)學(xué)科,其理論基礎(chǔ)為光學(xué)、光電子學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、量子光學(xué)和非線性光學(xué)等。目前,光學(xué)工程已發(fā)展為以光學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)為基礎(chǔ),與能源科學(xué)、材料、生命科學(xué)、精密機(jī)械與制造、計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)及微電子技術(shù)等緊密交叉和相互滲透學(xué)科。 近幾年來(lái),光電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,對(duì)光學(xué)工程專業(yè)的人才需求增加。為了適應(yīng)時(shí)代的需求,許多高校紛紛設(shè)立與光學(xué)工程有關(guān)的院系,如國(guó)防科技大學(xué)的光電科學(xué)與工程學(xué)院、重慶大學(xué)的光電工程學(xué)院、電子科技大學(xué)的光電信息學(xué)院、天津大學(xué)的精密儀器與光電子學(xué)院等。

    有的院校雖然沒(méi)有單獨(dú)設(shè)立院系,但都開設(shè)了相應(yīng)的專業(yè)方向,如北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電工程系、上海交通大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)等。 雖然光學(xué)工程已經(jīng)引起國(guó)人的重視,但它畢竟是一門新興的學(xué)科,如何辦好該學(xué)科,以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求,高質(zhì)量地培養(yǎng)光學(xué)工程人才是許多高校乃至整個(gè)國(guó)家需要解決的課題。社會(huì)的發(fā)展對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn),要培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)在和未來(lái)社會(huì)的高素質(zhì)復(fù)合人才就必須創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,本科是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。本文對(duì)眾多美國(guó)知名大學(xué)的教學(xué)方式進(jìn)行了研究,并對(duì)在光學(xué)工程教學(xué)與科研領(lǐng)域中處于一流地位的亞利桑那大學(xué)(University of Arizona)[1]、羅切斯特大學(xué)(University of Rochester)[2]以及加州大學(xué)(University of California)[3]等大學(xué)的教學(xué)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)大綱和教學(xué)課件進(jìn)行了分析,結(jié)合目前國(guó)內(nèi)教學(xué)的實(shí)際情況以及作者在多年教學(xué)中的切身感受,對(duì)國(guó)內(nèi)光學(xué)工程學(xué)科的大學(xué)教育提出了幾點(diǎn)建議。

    教學(xué)大綱是按照教學(xué)計(jì)劃中關(guān)于各學(xué)科的教學(xué)目的和任務(wù),根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、知識(shí)水平以及發(fā)展學(xué)生智力的需要,以綱要的形式,具體規(guī)定每門學(xué)科的教材范圍、深度、體系和結(jié)構(gòu)、教學(xué)時(shí)間以及教學(xué)法上的具體要求。最近改名為課程標(biāo)準(zhǔn),它是在上述要求的基礎(chǔ)上增加了過(guò)程與方法、情感態(tài)價(jià)值觀等方面的內(nèi)容。 在國(guó)內(nèi),教學(xué)大綱一般由教學(xué)管理部門或任課老師制定, 在課程的第一次課,多數(shù)教師會(huì)將大綱的主要內(nèi)容告知學(xué)生。學(xué)生很少參與大綱的制定,只是被動(dòng)地接收受已經(jīng)制定好的內(nèi)容。

    在美國(guó),絕大多數(shù)大學(xué)都要求教師和他們的學(xué)生共享教學(xué)大綱。老師的第一次課并不講授具體的知識(shí),而是把教學(xué)大綱發(fā)給學(xué)生,和學(xué)生一起討論教學(xué)大綱,以達(dá)成某種共識(shí)。 教學(xué)大綱更合理。“教學(xué)”是由教師的“教”和學(xué)生的 “學(xué)”所組成的雙邊活動(dòng)。如果教學(xué)大綱只是由“教”這一邊來(lái)制定,由于對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況了解不夠深入,它可能符合老師 “教”的要求,而非常不利于學(xué)生的“學(xué)”。如課程中的一些背景知識(shí),老師在制定大綱的時(shí)候認(rèn)為學(xué)生已經(jīng)掌握,但學(xué)生并沒(méi)有掌握,這樣就會(huì)導(dǎo)致知識(shí)的斷點(diǎn);相反,則可能會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)重復(fù)。

    這種情況在我們的教學(xué)中是很難完全避免的。如果老師在正式上課之前,將教學(xué)大綱拿到課堂上與學(xué)生一起討論,聽取學(xué)生意見,合理地采納學(xué)生的一些建議,可以使所制定的教學(xué)大綱不僅適合教師的“教”,而且還適合學(xué)生的 “學(xué)”。 為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供指南。通過(guò)對(duì)教學(xué)大綱的學(xué)習(xí)與討論,學(xué)生可以很好地把握這門課程所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容,從而作出選修與否的決定。

    在學(xué)習(xí)的過(guò)程中,學(xué)生可以不時(shí)地拿出課程大綱,對(duì)照自己的學(xué)習(xí)情況確定是否達(dá)到課程大綱的要求。另外由于學(xué)生很好地掌握了每次課將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容,根據(jù)自己的實(shí)際情況做出是否要提前預(yù)習(xí),會(huì)使整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程更輕松,學(xué)習(xí)更具有系統(tǒng)性和條理性。 約束教師的教學(xué)。教學(xué)大綱是教師和學(xué)生共同制定的,這就相當(dāng)于教師和學(xué)生之間的一種契約,在教師要求學(xué)生 “學(xué)”的同時(shí)對(duì)教師的“教”也提出了要求。教師在教的過(guò)程這必須嚴(yán)格地按照教學(xué)大綱來(lái)進(jìn)行,不能隨意地增加、刪減內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)次更改教學(xué)時(shí)間,不能不公正地評(píng)定學(xué)生的成績(jī)等。這在一定程度上可以約束教師的行為,提高教師的素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量。 “光學(xué)工程”是一門年輕的學(xué)科,許多課程的教學(xué)大綱還處于制定和完善狀態(tài)。

    讓學(xué)生參與到大綱的制定中,使我們的大綱不僅適合教師的“教”,而且還有利于學(xué)生的“學(xué)”,為高質(zhì)量的“教學(xué)”打下基礎(chǔ)。 “光學(xué)工程”是一門工科學(xué)科,學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力對(duì)其將來(lái)的工作有很大影響。因此,學(xué)生在大學(xué)階段所受的實(shí)驗(yàn)和工程方面的教育就顯得尤為重要。事實(shí)上,在光學(xué)工程領(lǐng)域中處于一流地位的美國(guó)亞利桑那大學(xué)、羅切斯特大學(xué)等學(xué)校都是非常注重實(shí)驗(yàn)和工程的。

第4篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

從平面走向立體的光色描繪

在繪畫領(lǐng)域發(fā)生的第一次變革正是對(duì)光與色的強(qiáng)調(diào)。追求光色真實(shí)性的畫家們嘗試著描繪陰影，通過(guò)對(duì)陰影處的完美表達(dá)讓他們捕捉到了層次豐富的光色，觀眾第一次在諸如衣褶間觀察到了人物形象的立體感，畫面光色形象據(jù)此從單純的平面走向了光影交織且豐富的立體。作品不再是簡(jiǎn)單的前景和背景間平色的區(qū)分，人們?cè)诋嬅嬷锌匆娏嘶铎`活現(xiàn)的色彩形象及其光影空間，這大概發(fā)生在古羅馬時(shí)期，到了歐洲文藝復(fù)興及其以后，古典光與色的寫實(shí)畫風(fēng)被推向了頂峰。

可見光色與光譜

牛頓于17世紀(jì)做了一個(gè)具有里程碑意義的白光（太陽(yáng)光）色散的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這也是牛頓致力于顏色的現(xiàn)象和光的本性的研究。1666年，牛頓用三棱鏡研究白光，得出了令人激動(dòng)的結(jié)論。白光是由不同顏色（即不同波長(zhǎng)）的光組成，不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率。在可見光中，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，折射率最小；紫光波長(zhǎng)最短，折射率最大。牛頓的這一重要發(fā)現(xiàn)成為光譜分析的基礎(chǔ)，揭示了光色的秘密。

可見光的光譜排序?yàn)椋杭t、橙、黃、綠、藍(lán)，靛、紫，和彩虹的光譜排序一樣。實(shí)際上，光譜可以超越可見光的光譜范圍，其波長(zhǎng)可以更長(zhǎng)（比紅色長(zhǎng)），也可以更短（比紫色短）。在光譜上，不同的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)著一定的能量。根據(jù)丹麥著名物理學(xué)家玻爾的玻爾模型，光譜是原子中電子從激發(fā)態(tài)回到較低能量狀態(tài)時(shí)發(fā)出的光子產(chǎn)生的。我們看到的光的各種顏色是由發(fā)光體各類原子發(fā)射的某個(gè)能量（頻率）的光子所產(chǎn)生的。白光通過(guò)棱鏡可分解成波長(zhǎng)不一的光譜。我們可以說(shuō)，各類原子構(gòu)成光的來(lái)源，無(wú)論是電光還是遙遠(yuǎn)的星光。這是光譜科學(xué)的基礎(chǔ)。

追求具有新鮮感的光色表達(dá)

印象主義是歐洲乃至世界繪畫史上的一次大革命，對(duì)近代繪畫的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。法國(guó)畫家莫奈是印象派的主要代表人物之一。印象派名稱的由來(lái)，就是從莫奈的油畫《日出?印象》中的“印象”一詞而來(lái)。因而，莫奈之名與“印象主義者”一語(yǔ)有著不可分離的關(guān)聯(lián)。

莫奈是一位“光色”的謳歌者，他不斷地探索描繪明亮陽(yáng)光照射下的自然景物。他探索的一個(gè)目的是要把物體之間的維系點(diǎn)找出來(lái)。對(duì)他而言，這象征著逐漸克服的自然界線，如海與洋之間的聯(lián)系物。有些維系點(diǎn)是他發(fā)現(xiàn)并分開物體間的關(guān)鍵。

如果說(shuō)莫奈是印象派的發(fā)起者，那么法國(guó)另一位畫家喬治?修拉則是新印象派（新印象主義）的創(chuàng)始人。1878年，修拉開始對(duì)當(dāng)時(shí)所有關(guān)于光和色的科學(xué)理論產(chǎn)生了興趣。他發(fā)現(xiàn)繪畫必須用到眼睛，因此開始徹底研究視覺現(xiàn)象，并不斷研讀繪畫技法書籍，甚至涉獵幾何學(xué)以及物理學(xué)。而此時(shí)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋已經(jīng)預(yù)測(cè)到了各種可見色光、乃至自然中存在的運(yùn)行速度與可見光相同的輻射都是電磁交替的橫波。修拉還熟讀了法國(guó)化學(xué)家謝弗勒在1839年所寫的《色彩的協(xié)調(diào)與對(duì)比原理》一書，該書寫到：“任何單獨(dú)的顏色都被其補(bǔ)色的光暈所影響?！边@種光學(xué)原理是印象派所信奉并實(shí)踐的金科玉律，但沒(méi)有一位畫家能像修拉那樣，將此原理如此徹底地實(shí)踐，及創(chuàng)造新的理論。

修拉專心研讀了有關(guān)色彩的科學(xué)著作，決心以科學(xué)的色彩方法將印象主義從直覺印象引向理性分析，以合乎規(guī)律的筆觸給光色和物象以永恒的形式。1884年，他全面走上新印象主義道路，其代表作品是《大碗島星期日的下午》，該作品以新印象主義特有的色彩分割畫面，并配以彩點(diǎn)，使畫面有著燦爛的光色感和朦朧的意境，人物、景物的細(xì)部雖不清晰，但整體感清晰可辨。

新印象派是對(duì)印象派光色運(yùn)用的進(jìn)一步科學(xué)化和精確化。修拉獨(dú)創(chuàng)的“點(diǎn)”描技法與配色，可以讓觀眾的眼睛在點(diǎn)與色之間產(chǎn)生一種色彩和諧感。修拉稱這種技巧在繪畫派別上被稱為“分光派”，也是后來(lái)藝術(shù)史家所稱的“點(diǎn)描派”。

20世紀(jì)畫壇表現(xiàn)出的多樣性的光色

從19世紀(jì)末邁入20世紀(jì)，各類藝術(shù)家都被第四維及其描繪方法迷住了。對(duì)非歐幾何這樣的數(shù)學(xué)概念，以及對(duì)電磁波、X射線和電子等這樣最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)的興趣，激起了他們以空間繪畫藝術(shù)等形式將其記錄下來(lái)。

第5篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

[關(guān)鍵詞]發(fā)散思維 生物學(xué)教學(xué) 培養(yǎng)

[中圖分類號(hào)]G42 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5349（2012）09-0205-02

教學(xué)的心理活動(dòng)主要是思維活動(dòng)，教學(xué)的主要目的在于使學(xué)生建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這要求我們既要重視思維結(jié)果的教學(xué)，更要重視思維過(guò)程的教學(xué)。通過(guò)科學(xué)史暴露科學(xué)家的思維，分析教材體系暴露編寫者的思維，介紹教師的方法暴露教師的思維，加強(qiáng)學(xué)習(xí)的反饋暴露學(xué)生的思維，綜合協(xié)調(diào)以上生物學(xué)思維的暴露，及時(shí)了解學(xué)生的思維流向，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。

生物學(xué)思維同一般思維一樣，具有以下基本類型：1.動(dòng)作思維、形象思維和抽象思維；2.再生性思維和創(chuàng)造性思維；3.直覺思維和邏輯思維。其中創(chuàng)造性思維又稱創(chuàng)新思維，不僅能創(chuàng)見性地揭示生物學(xué)對(duì)象的本質(zhì)，并能在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生新穎的思維成果。它包括發(fā)散思維和集中思維。發(fā)散思維又叫求異思維，是逆向思維和多向思維，即反過(guò)來(lái)想和尋求盡可能多的合理答案。從不同方向、不同角度進(jìn)行多向聯(lián)想，從問(wèn)題的多種可能方向擴(kuò)散出去，開闊思維視野，尋求問(wèn)題的最優(yōu)化解法，是發(fā)散思維的具體表現(xiàn)。集中思維也叫求同思維，是在發(fā)散思維的結(jié)果中尋求解決問(wèn)題的唯一或最佳答案。其兩者的有機(jī)結(jié)合組成了創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造性思維是智力高度發(fā)展的結(jié)果，也是生物學(xué)科思維中最有價(jià)值的部分。[1]

隨著課程改革的實(shí)施，要求學(xué)生不僅掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，而能力的培養(yǎng)更加得到重視。本文通過(guò)在生物學(xué)教學(xué)中的一些實(shí)例，介紹學(xué)生發(fā)散思維能力培養(yǎng)的不同方法，利于提高生物科學(xué)素養(yǎng)。

一、問(wèn)題情境中激發(fā)思維

問(wèn)題是思維的起點(diǎn)，思維是在一定的問(wèn)題情境中產(chǎn)生。教學(xué)中通過(guò)創(chuàng)造必要的問(wèn)題情境，誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。如在講授動(dòng)物細(xì)胞增殖時(shí)，給學(xué)生提出了這樣的問(wèn)題：母親與他孩子的體細(xì)胞數(shù)目是否相同？人在嬰幼兒期、青少年期、老年期等不同的階段體細(xì)胞數(shù)目又是否有所不同？產(chǎn)生差異的原因是什么？通過(guò)問(wèn)題設(shè)置教學(xué)情境激發(fā)學(xué)生的思維而導(dǎo)入新課教學(xué)。

二、概念圖教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

國(guó)內(nèi)外大量的研究證明，概念圖對(duì)于構(gòu)建個(gè)人概念結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力等方面都有很好的效果，利于學(xué)生空間智能的發(fā)展。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以根據(jù)具體的教學(xué)情境，結(jié)合其他的教學(xué)策略（比如頭腦風(fēng)暴法、生本教育、合作學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、問(wèn)題教學(xué)等）使用概念圖。比如在“光合作用”一節(jié)的教學(xué)中，教師可以將學(xué)生分成小組，把概念圖教學(xué)與頭腦風(fēng)暴法、合作學(xué)習(xí)相結(jié)合來(lái)開展教學(xué)，學(xué)生既可以通過(guò)自己繪制概念圖來(lái)構(gòu)建自己關(guān)于光合作用的認(rèn)知，還可以在與同學(xué)的合作討論中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，取長(zhǎng)補(bǔ)短，彌補(bǔ)自己思維的不足，在反思中不斷完善概念圖。另外教師還可以將概念圖與問(wèn)題教學(xué)相結(jié)合，教師通過(guò)概念圖來(lái)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)不良的問(wèn)題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。給學(xué)生以更大的自由度，學(xué)生可以根據(jù)自己的理解及合作討論交流來(lái)構(gòu)建概念圖，更有利于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性思維。[2]

三、在知識(shí)的連結(jié)、遷移上發(fā)揮學(xué)生多向思維

如在講授鳥類的結(jié)構(gòu)時(shí)，從鳥類適應(yīng)飛翔生活的特征開始，讓學(xué)生在已知?jiǎng)游锘窘Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用遷移理論展開想象，說(shuō)出各種答案，如鳥羽、翼、充氣質(zhì)骨、肌肉分布、肌肉成分、氣囊、雙重呼吸、直腸短、雙循環(huán)、一側(cè)結(jié)構(gòu)退化等方面，教師針對(duì)學(xué)生提出的各種答案集中歸結(jié)到外部結(jié)構(gòu)，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的骨骼系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和感官等，進(jìn)而擴(kuò)展到不能飛翔生活的鳥類原因是什么，結(jié)構(gòu)又有哪些不同？自然過(guò)渡完成一節(jié)課程的教學(xué)。

四、在知識(shí)的應(yīng)用方面注重學(xué)科間知識(shí)的交叉，培養(yǎng)學(xué)生的多向思維

講到魚的經(jīng)濟(jì)意義食用方面，很多人苦惱于它的泥土味和腥味，生活中如何處理？烹飪前用鹽水將魚洗凈，就可以去除它的泥土味和腥味。進(jìn)而又引發(fā)學(xué)生思考，鹽這種化學(xué)物質(zhì)是否具有其他作用呢？鼓勵(lì)學(xué)生們結(jié)合物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生活實(shí)踐發(fā)揮想象，盡可能地說(shuō)出用途，學(xué)生們的想象力十分豐富。食鹽是最常用的調(diào)味品；可以防治脫發(fā)、可以止血，可以美容，用鹽水洗凍瘡可止癢，早上喝一杯淡鹽水，有助大便通暢，用油炸食物時(shí)，將一點(diǎn)鹽放入油鍋內(nèi)，油就不會(huì)向外濺了，洗衣服時(shí)在水中放些鹽可以防止衣服褪色，用熱鹽湯浸泡雙腳或用炒鹽熨貼腰背和關(guān)節(jié)處，對(duì)風(fēng)濕筋骨病，有一定的止痛作用等[3]；但是，食鹽攝取過(guò)多對(duì)人體又會(huì)產(chǎn)生副作用，血壓升高……這樣在多學(xué)科間促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移。

五、變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮學(xué)生逆向思維，大膽否定，重視預(yù)測(cè)和猜想，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加了實(shí)驗(yàn)選題、設(shè)計(jì)與實(shí)施的項(xiàng)目。由學(xué)生在教師指導(dǎo)下，在已掌握知識(shí)與技能的基礎(chǔ)上，選擇教師提供的生物學(xué)范疇內(nèi)的小課題或自行命題，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)至完成實(shí)驗(yàn)。目的要求：1.訓(xùn)練學(xué)生查閱資料，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證或解決某一實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和能力。2.檢驗(yàn)全學(xué)期教與學(xué)兩方面的教學(xué)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)原理：學(xué)生在已掌握生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，完成選題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)施實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)小結(jié)等全過(guò)程。培養(yǎng)動(dòng)手能力，分析解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.查閱資料，選題。2.查閱資料，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。3.實(shí)施并完成自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。4.小結(jié)實(shí)驗(yàn)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)材料和用品：由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自行準(zhǔn)備。

六、開展活動(dòng)課程教學(xué)，提升學(xué)生全面素質(zhì)

一般的生物課在知識(shí)的系統(tǒng)性和學(xué)習(xí)的效率性上占優(yōu)勢(shì)，生物學(xué)活動(dòng)課在促進(jìn)知識(shí)的綜合化、培養(yǎng)創(chuàng)造能力、發(fā)展個(gè)性特長(zhǎng)和促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合等方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)，生物活動(dòng)課具有科普講座、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)觀察、科技小制作、科技小發(fā)明、科技小論文、參觀訪問(wèn)、專題調(diào)查等多種活動(dòng)方式。通過(guò)兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)課程的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，讓學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間走出課堂，在生物學(xué)活動(dòng)課中進(jìn)行小型課題研究和小論文的撰寫，這是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維活動(dòng)的一種良好方式。[4]

總之，在生物教學(xué)中應(yīng)該打破陳舊的教師講學(xué)生聽局面。從新的理念出發(fā)，體現(xiàn)以生為本，靈活運(yùn)用遷移理論，聯(lián)系學(xué)生實(shí)際，挖掘潛能并開啟學(xué)生的發(fā)散思維，并將其與集中思維有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)具有獨(dú)創(chuàng)性、變通性、敏銳性和綜合性等特點(diǎn)的創(chuàng)造性思維，使學(xué)生養(yǎng)成良好的生物學(xué)思維，提高能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡繼飛，鄭曉蕙.生物學(xué)教育心理學(xué)[M].廣州：廣東高等教育出版社，2002：108-110.

[2]郭杏，鄭曉蕙.概念圖在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2006.31（5）：76-78.

第6篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來(lái)臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個(gè)世紀(jì)，是個(gè)類社會(huì)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個(gè)世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對(duì)信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進(jìn)一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對(duì)物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識(shí)，物理學(xué)理論達(dá)到了一個(gè)新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達(dá)到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時(shí)候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一些看法和觀點(diǎn)。首先，我們來(lái)回顧一下上一個(gè)世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對(duì)于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了它的頂峰，當(dāng)時(shí)人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對(duì)物理世界的解釋已經(jīng)達(dá)到了終點(diǎn)。物理學(xué)的一些基本的、原則的問(wèn)題都已經(jīng)解決，剩下來(lái)的只是進(jìn)一步精確化的問(wèn)題，即在一些細(xì)節(jié)上作一些補(bǔ)充和修正，使已知公式中的各個(gè)常數(shù)測(cè)得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的事實(shí)。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬(wàn)里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”。由此引起了物理學(xué)的一場(chǎng)偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)。現(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對(duì)論和量子力學(xué)建立起來(lái)以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟的階段。人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)達(dá)到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點(diǎn)上，目前有情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會(huì)有革命性的進(jìn)展了，物理學(xué)的根本性的問(wèn)題、原則問(wèn)題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對(duì)現(xiàn)有的理論作一些補(bǔ)充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點(diǎn)，他們相信物理學(xué)遲早會(huì)有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個(gè)世紀(jì)之交的情況不同。在上一個(gè)世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機(jī)”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無(wú)“危機(jī)”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質(zhì)世界是分層次的。一般說(shuō)來(lái)，每個(gè)層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個(gè)層次）構(gòu)成。從一定意義上說(shuō)，宏觀與微觀是相對(duì)的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個(gè)方向上前進(jìn)的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個(gè)方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運(yùn)規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識(shí)到強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會(huì)有新的進(jìn)展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強(qiáng)大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個(gè)方向上難以有突破性的進(jìn)展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國(guó)的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時(shí)并未引起重視。1965年美國(guó)的彭齊亞斯和威爾遜觀測(cè)到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測(cè)結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝?gòu)┖兔绹?guó)的古斯同時(shí)提出暴脹理論。八十年代以后，英國(guó)的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無(wú)”誕生，今后在這個(gè)方向上將會(huì)繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠(yuǎn)處觀測(cè)的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)越得多的、各個(gè)波段的太空天文望遠(yuǎn)鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個(gè)人對(duì)于近年來(lái)提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說(shuō)是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對(duì)宇宙的一個(gè)近似的描述。因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測(cè)到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無(wú)限的，在我們這個(gè)“宇宙”以外還有無(wú)數(shù)個(gè)“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個(gè)“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠(yuǎn)的未來(lái)，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究的主

要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來(lái)了。近年來(lái)把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個(gè)世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”；直到1967、1968年，美國(guó)的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強(qiáng)力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來(lái)的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場(chǎng)論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒(méi)有成功。我對(duì)此有不同的觀點(diǎn)，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點(diǎn)。因?yàn)椤霸诮^對(duì)的總的宇宙發(fā)展過(guò)程中，各個(gè)具體過(guò)程的發(fā)展都是相對(duì)的，因而在絕對(duì)真理的長(zhǎng)河中，人們對(duì)于在各個(gè)一定發(fā)展階段上的具體過(guò)程的認(rèn)識(shí)只具有相對(duì)的真理性。無(wú)數(shù)相對(duì)的真理之總和，就是絕對(duì)的真理。”“人們?cè)趯?shí)踐中對(duì)于真理的認(rèn)識(shí)也就永遠(yuǎn)沒(méi)有完結(jié)。”[5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個(gè)方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺是：將來(lái)最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運(yùn)動(dòng)和變化實(shí)在太奧妙了，我們沒(méi)有認(rèn)識(shí)的問(wèn)題實(shí)在太多了，我們今天對(duì)于生命科學(xué)的認(rèn)識(shí)猶如亞里斯多德時(shí)代的人們對(duì)于物理學(xué)的認(rèn)識(shí)，因此在這方面取得突破性的進(jìn)展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點(diǎn)是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對(duì)真理，而不是絕對(duì)真理。應(yīng)該通過(guò)審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來(lái)探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點(diǎn)。

三、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來(lái)審思一下這個(gè)問(wèn)題。

1）對(duì)相對(duì)論的審思

當(dāng)年愛因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時(shí)間要領(lǐng)的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時(shí)空的概念入手。愛因勞動(dòng)保護(hù)坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論是從講座慣性系中不同地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的同時(shí)性開始的[4]，他規(guī)定用光信號(hào)校正不同地點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)定義“同時(shí)”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進(jìn)一步導(dǎo)致一個(gè)四維時(shí)空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動(dòng)保護(hù)擔(dān)提出用光信號(hào)來(lái)校正時(shí)鐘，而不用別的信號(hào)呢？在他的論文中沒(méi)有說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)這是有深刻含意的。

時(shí)間、空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運(yùn)動(dòng)談?wù)摃r(shí)間、空間，在定義時(shí)空時(shí)應(yīng)該說(shuō)明是關(guān)于什么運(yùn)動(dòng)的時(shí)空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過(guò)一定的場(chǎng)傳遞過(guò)去，傳遞需要一定的時(shí)間，時(shí)間、空間的定義與這個(gè)傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場(chǎng)是電磁場(chǎng)，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時(shí)空實(shí)際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，適用于描述這種運(yùn)動(dòng)。

愛因斯坦把他定義的時(shí)間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無(wú)實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實(shí)際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點(diǎn)，再加之電磁力和引力的強(qiáng)度在數(shù)量級(jí)上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的四維時(shí)空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問(wèn)題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來(lái)的運(yùn)動(dòng)方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場(chǎng)方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問(wèn)題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過(guò)，首要的事情是由實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)測(cè)量引力波是眾所矚目的一個(gè)熱點(diǎn)，我曾對(duì)那些實(shí)驗(yàn)寄予厚望，希望能從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)斯的努力引引力波實(shí)驗(yàn)沒(méi)有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項(xiàng)工作冷下去了。根據(jù)愛國(guó)斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測(cè)到的話，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點(diǎn)。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個(gè)角度來(lái)考慮問(wèn)題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強(qiáng)度比根據(jù)愛因勞動(dòng)保護(hù)坦理論預(yù)言的強(qiáng)度弱得多的結(jié)果。

弱力、強(qiáng)力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長(zhǎng)程力。不同的相互作用是通過(guò)傳遞不同的媒介粒子而實(shí)現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強(qiáng)相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強(qiáng)相互作用引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義慣性系中不同的地點(diǎn)的兩個(gè)“事件”的“同時(shí)”，是否應(yīng)該用

弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)呢？我對(duì)核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個(gè)問(wèn)題。如果應(yīng)該用弱力或強(qiáng)力信號(hào)取代光信號(hào)，那么關(guān)于由弱力或強(qiáng)力引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強(qiáng)相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時(shí)間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來(lái)考慮問(wèn)題：關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時(shí)的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空和關(guān)于由電磁力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實(shí)際上沒(méi)有靜質(zhì)量為零的介子）時(shí)的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強(qiáng)力引起的運(yùn)動(dòng)的時(shí)空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無(wú)論上述兩種考慮中哪一種是對(duì)的，整個(gè)物質(zhì)世界的時(shí)空將是高于四維的多維時(shí)空。對(duì)于由短程力（或只是強(qiáng)力）引起的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如果時(shí)空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說(shuō)需要建立新的量子場(chǎng)論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問(wèn)題既清及長(zhǎng)程力，又涉及短程力（尤其是強(qiáng)力），則更需要建立新的理論。

1）對(duì)量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場(chǎng)論的時(shí)候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國(guó)的費(fèi)曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒(méi)有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個(gè)基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運(yùn)動(dòng)能量、相互作用能量合在一起計(jì)算[6]，這與德布羅意波在υ=0時(shí)的異性。

現(xiàn)在我陷入一個(gè)兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對(duì)使新的理論滿足相對(duì)論協(xié)變性的難題。是否有解決問(wèn)題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題或許還與時(shí)間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時(shí)寬人的定義實(shí)質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時(shí)間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時(shí)空要領(lǐng)不再適用。在時(shí)間或空間的間隔非常小的時(shí)候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時(shí)空時(shí)還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個(gè)數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時(shí)空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個(gè)方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進(jìn)一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過(guò)審思相對(duì)論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時(shí)間、空間，建立新的理論

第7篇：關(guān)于光的科學(xué)實(shí)驗(yàn)范文

陳新亮（1970.3-），男，漢族，河北懷來(lái)人，河北北方學(xué)院藝術(shù)學(xué)院黨委書記，公共管理碩士，社會(huì)科學(xué)副研究員，主要研究方向大學(xué)生思想政治教育管理。

摘要：時(shí)空觀是關(guān)于時(shí)間和空間的根本看法和根本觀點(diǎn)，是自然觀的重要組成部分。在科學(xué)史上，每一次重大理論的變革往往伴隨著新時(shí)空觀的誕生。在牛頓力學(xué)體系中產(chǎn)生的絕對(duì)時(shí)空觀使人們的思維機(jī)械化，世間一切皆在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)初，相對(duì)論誕生于世，從而賦予了時(shí)間和空間以嶄新的概念，改變了傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀。相對(duì)論從根本上改變了人們對(duì)時(shí)間和空間的看法：時(shí)間和空間是緊密聯(lián)系的，時(shí)間、空間和物質(zhì)密不可分，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲。相對(duì)論革新了舊的牛頓時(shí)空觀，對(duì)科學(xué)和哲學(xué)產(chǎn)生了巨大的影響。本文先論述前愛因斯坦的牛頓絕對(duì)時(shí)空觀，再闡述愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的變革，進(jìn)而說(shuō)明愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀對(duì)科學(xué)和哲學(xué)的意義。

關(guān)鍵詞：時(shí)空觀；牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀；相對(duì)論

時(shí)空觀，顧名思義，就是對(duì)時(shí)間和空間的根本看法和根本觀點(diǎn)，它構(gòu)成了哲學(xué)上自然觀的重要內(nèi)容和組成部分。隨著科學(xué)與社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)也在不斷地加深。20世紀(jì)初發(fā)生了現(xiàn)代物理學(xué)革命，在這個(gè)激動(dòng)人心的年代里，愛因斯坦相對(duì)論的誕生徹底否定了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間所具有的本質(zhì)屬性和它們與物質(zhì)以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，引起了時(shí)空學(xué)說(shuō)的一次重大變革，形成了新的時(shí)空觀并產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。目前學(xué)者們對(duì)于愛因斯坦相對(duì)論引起時(shí)空觀變革這一問(wèn)題的研究已經(jīng)取得了重大成果，但是對(duì)此問(wèn)題應(yīng)當(dāng)有個(gè)簡(jiǎn)明、清晰的系統(tǒng)闡述。本文預(yù)從介紹前愛因斯坦的時(shí)空觀，重點(diǎn)介紹牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀入手，進(jìn)而闡明愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的內(nèi)容和意義。

一、對(duì)愛因斯坦時(shí)空觀的概述

從古至今，無(wú)論在中國(guó)還是在西方，科學(xué)上和哲學(xué)上的一個(gè)大的課題就是關(guān)于時(shí)間和空間的問(wèn)題，人們總是在問(wèn)時(shí)間和空間究竟是什么。中國(guó)古代就有這樣的說(shuō)法，古往今來(lái)為宙，上下四方為宇。顯而易見，在這里，“宙”指的是時(shí)間，即過(guò)去、當(dāng)今和未來(lái)以及白天與黑夜的更替、春夏秋冬的更迭，而這種時(shí)間的觀念來(lái)自于平日里對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和經(jīng)驗(yàn)的直覺?！坝睢眲t指的是空間，即上下左右前后、東南西北。時(shí)間是無(wú)始無(wú)終的，空間是無(wú)邊無(wú)際的。在西方，許多先哲也思考了時(shí)間和空間的問(wèn)題。

（一）時(shí)空觀概述

古希臘哲學(xué)家德謨克利特認(rèn)為空間和時(shí)間是沒(méi)有物質(zhì)的時(shí)空，柏拉圖則認(rèn)為時(shí)間是在存在之外的。對(duì)時(shí)間和空間形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的人，最早是古希臘的亞里士多德，關(guān)于時(shí)間的問(wèn)題，亞里士多德提出時(shí)間是描述“運(yùn)動(dòng)”的“數(shù)”，他指出：“變化總是或快或慢，而時(shí)間沒(méi)有快慢。因?yàn)榭炻怯脮r(shí)間確定的：所謂快就是時(shí)間短而變化大，所謂慢就是時(shí)間長(zhǎng)而變化??；而時(shí)間不能用時(shí)間確定，也不用運(yùn)動(dòng)變化中已達(dá)到的量或已達(dá)到的質(zhì)來(lái)確定。”[1] 由此可見時(shí)間不是運(yùn)動(dòng)，而是描述運(yùn)動(dòng)的數(shù)。亞里士多德認(rèn)為大地是球形的，地球是宇宙的中心。物體在宇宙中的位置具有關(guān)鍵的作用，每個(gè)物體都有各自的天然位置，只要沒(méi)有阻擋，它們都會(huì)到達(dá)各自的天然位置。[2] 在當(dāng)時(shí)教會(huì)統(tǒng)治人們思想的社會(huì)背景下以及當(dāng)時(shí)的社會(huì)和科學(xué)發(fā)展水平，加之亞里士多德的時(shí)空觀符合人們當(dāng)時(shí)對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，以至于亞里士多德的時(shí)空觀對(duì)人們的思維造成了很長(zhǎng)時(shí)間的影響。但是，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，哥白尼提出了日心說(shuō)，徹底否定了地球是宇宙中心的說(shuō)法。到17世紀(jì)，伽利略提出了力學(xué)相對(duì)性原理，亞里士多德的時(shí)空觀才被伽利略用明確的語(yǔ)言和簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象所批駁。緊隨其后，牛頓提出了絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。之后，康德認(rèn)為時(shí)間和空間意識(shí)是人類的先天直觀形式，而不是從感覺經(jīng)驗(yàn)中得來(lái)的。當(dāng)然，人們對(duì)于時(shí)間和空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)不僅僅停留在哲學(xué)層次上，關(guān)于時(shí)間和空間問(wèn)題的思考也不只是哲學(xué)家所專有的事情。在科學(xué)層次上，科學(xué)家們也在不斷地探索時(shí)間和空間的屬性，法國(guó)科學(xué)家彭加勒認(rèn)為時(shí)間和空間都不是先天的，而是為了某種目的約定的。愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀主要革新了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，因此重點(diǎn)介紹一下牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。

（二）牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀

牛頓站在巨人的肩膀上，綜合了哥白尼和伽利略等人的科學(xué)成就，建立了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系，并且給他的經(jīng)典力學(xué)理論引入了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念，創(chuàng)立了絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。

牛頓為何要引入絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念？我們又該如何理解牛頓所定義的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，想要弄清這些問(wèn)題就要從牛頓所建立的經(jīng)典力學(xué)說(shuō)起了。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其改變是經(jīng)典力學(xué)討論的主要對(duì)象，而萬(wàn)事萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)又都離不開時(shí)間和空間，都要在一定的時(shí)間和空間中進(jìn)行。[3] 一切運(yùn)動(dòng)都是物體本身位置的變化，這樣看來(lái)位置就用到了空間的含義，變化則用到了速度，也就是用到了時(shí)間的含義，所以牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系必定要與一定的時(shí)間和空間相聯(lián)系。然而，描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)又必然不能離開參照系，但是并不是所有的參照系都適用于牛頓定律，我們常常把適用于牛頓定律的參照系稱之為慣性參照系。那么慣性參照系到底是什么呢，牛頓經(jīng)典力學(xué)本身的理論框架也不能對(duì)此給出確切的說(shuō)明。因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，牛頓便引入了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的概念。牛頓在其著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中寫道：“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間，就其本身和本性來(lái)說(shuō)，均勻地流逝而與任何外在的情況無(wú)關(guān)。”“絕對(duì)空間，就其本性來(lái)說(shuō)，與任何外在的情況無(wú)關(guān)，始終保持著相似和不變。”[4] 這里的時(shí)間，我們可以形象地把它比擬成永遠(yuǎn)流逝著的水，也可以把它想象成一根無(wú)限延長(zhǎng)的線，無(wú)論哪樣，它都與周圍的任何環(huán)境無(wú)關(guān)；而這里的空間，我們也可以把它形象地比擬成一個(gè)與任何特殊物質(zhì)無(wú)關(guān)的、能夠容納萬(wàn)事萬(wàn)物的、靜止的大容器。

牛頓把自己定義的這樣的時(shí)間和空間稱為絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，由此便形成了牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀。對(duì)于牛頓絕對(duì)時(shí)空觀的基本思想，主要有下列三個(gè)方面。

1.同時(shí)性是絕對(duì)的

在牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀中，同時(shí)性是絕對(duì)的、無(wú)條件的，也就是說(shuō)，在不同地方發(fā)生的兩件事情，如果對(duì)一個(gè)慣性參照系來(lái)說(shuō)是同時(shí)發(fā)生的，那么無(wú)論對(duì)其它任何慣性參照系來(lái)說(shuō)必定都是同時(shí)發(fā)生的。所以，對(duì)準(zhǔn)過(guò)的兩個(gè)鐘表，不管把它們放在任何不同的地方，無(wú)論它們是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，鐘表總是同步的。在這個(gè)方面上，牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀似乎是符合我們的生活經(jīng)驗(yàn)的。

2.時(shí)間是絕對(duì)的，空間也是絕對(duì)的

在這里，時(shí)間是絕對(duì)的指的是時(shí)間間隔的絕對(duì)性。也就是說(shuō)，如果一個(gè)房間的時(shí)鐘走了十分鐘，那么世界上任何時(shí)鐘都走了十分鐘，無(wú)論它們?cè)诤畏N運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下。而空間也是絕對(duì)的指的是空間距離的絕對(duì)性。比如說(shuō)，一根筆的長(zhǎng)度，當(dāng)以某一個(gè)參照系測(cè)量它是十厘米時(shí)，那么從別的參照系測(cè)量它時(shí)，它也是十厘米，而與參照系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

3.時(shí)間和空間是各自獨(dú)立，互不相關(guān)的并且與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)

按照牛頓絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的觀點(diǎn)，時(shí)間和空間各不相關(guān)，而且時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而存在的，時(shí)間和空間具有絕對(duì)性，這也就是說(shuō)，時(shí)間和空間只是單獨(dú)的存在，這種存在不受周圍任何事物的影響。

牛頓的絕對(duì)時(shí)間觀和絕對(duì)空間觀是符合我們的生活經(jīng)驗(yàn)的，并且適用于當(dāng)時(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因而人們很容易理解和接受這種觀點(diǎn)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，到19世紀(jì)末，麥克斯韋電磁理論發(fā)展起來(lái)，牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀顯現(xiàn)出它自身的局限性，牛頓絕對(duì)時(shí)空觀只適用于物體在宏觀低速下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而對(duì)于在微觀高速下的運(yùn)動(dòng)則無(wú)能為力。正是在這種背景下，發(fā)生了現(xiàn)代物理學(xué)革命，相對(duì)論出現(xiàn)在人們眼前。愛因斯坦相對(duì)論革新了牛頓的時(shí)空理論，創(chuàng)建了新的時(shí)空學(xué)說(shuō)。

二、愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革

歷史上每一次新的時(shí)空理論的產(chǎn)生總是離不開科學(xué)的發(fā)展。19世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界普遍認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成，正在他們展望物理學(xué)的美好前景時(shí)，物理學(xué)晴朗的天空上卻被兩朵烏云所籠罩，即“以太漂移的零結(jié)果”和“黑體輻射”。由此爆發(fā)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，誕生了相對(duì)論和量子力學(xué)。愛因斯坦曾說(shuō)“相對(duì)論同時(shí)間和空間的理論有密切的關(guān)系”[5]。愛因斯坦相對(duì)論研究的是關(guān)于時(shí)間、空間和物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，由狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論組成。而新的時(shí)空觀正是以相對(duì)論為理論依據(jù)的，它認(rèn)為時(shí)間和空間相互影響，彼此不可分離，形成一個(gè)四維時(shí)空統(tǒng)一體，時(shí)間和空間受物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的影響。從某些方面來(lái)說(shuō)，新的時(shí)空理論也就是愛因斯坦的相對(duì)論，正是狹義相對(duì)論告訴了人們時(shí)間和空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的密切關(guān)系，而廣義相對(duì)論又進(jìn)一步告訴了人們時(shí)間和空間的性質(zhì)與物質(zhì)本身的存在及其分布密不可分。[6]

（一） 狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新

自從光的波動(dòng)說(shuō)復(fù)活以來(lái)，物理學(xué)家們開始對(duì)“以太”問(wèn)題進(jìn)行激烈的探討，后來(lái)著名的邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果徹底否定了“以太”的存在，但是這種結(jié)果卻使更多的物理學(xué)家困惑不解。為了更好的解決邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的困惑，1905年，愛因斯坦發(fā)表《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》一文，放棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間概念，提出了光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理這兩個(gè)基本前提假設(shè)，宣告了狹義相對(duì)論的誕生，從而形成了新的愛因斯坦時(shí)空觀。

為了更好的理解愛因斯坦狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀作了哪些方面的革新，也就是愛因斯坦新的時(shí)空觀是怎樣的，我們首先要來(lái)說(shuō)明一下光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理，因?yàn)檫@兩個(gè)原理是狹義相對(duì)論得以成立的基本前提假設(shè)。光速不變?cè)?，指的是不論光的觀察者運(yùn)動(dòng)與否，光速在真空中都是一樣的、不變的，即都是一個(gè)常數(shù)c；相對(duì)性原理，指的是自然規(guī)律在所有慣性參照系中，都是一樣的、不變的。[7] 只要拋棄牛頓絕對(duì)時(shí)間的概念，這兩條基本原理就能夠彼此相容，這樣兩個(gè)慣性參照系之間的時(shí)間和空間變換就滿足洛侖茲變換。愛因斯坦狹義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新以及愛因斯坦時(shí)空的重要性質(zhì)就包含在這個(gè)變換中，主要有下列三個(gè)方面。

1.同時(shí)性是相對(duì)的

依照光速不變?cè)?，狹義相對(duì)論認(rèn)為不同地方的兩件事情，在某一慣性參照系中來(lái)看，它們是同時(shí)發(fā)生的，然而相對(duì)于這一慣性參照系運(yùn)動(dòng)的其它任一慣性參照系來(lái)看，它們就不是同時(shí)發(fā)生的。因而同時(shí)性是相對(duì)的，時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這里需要注意的是，如果發(fā)生在同一個(gè)地點(diǎn)或者說(shuō)是同一個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)事件，其同時(shí)性就是絕對(duì)的，與參照系的運(yùn)動(dòng)和選擇無(wú)關(guān)。

2. 時(shí)間是相對(duì)的，空間也是相對(duì)的

與牛頓的時(shí)空理論不同，愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間間隔是相對(duì)的，也就是說(shuō)，某一個(gè)過(guò)程中延續(xù)的時(shí)間在不同的慣性參照系中所測(cè)量的結(jié)果是不一樣的，這是由同時(shí)性是相對(duì)的自然而然推導(dǎo)出的結(jié)果。最能說(shuō)明這一點(diǎn)的便是大家熟知的運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢，即時(shí)間延緩效應(yīng)，它主要說(shuō)的是對(duì)于每一位觀察者來(lái)說(shuō)，都有他們自己的時(shí)間測(cè)度，如果在天空中有一個(gè)高速飛馳的時(shí)鐘，那么它對(duì)于地面上靜止不動(dòng)的觀察者而言，鐘的時(shí)間走的慢了，并且時(shí)鐘飛馳運(yùn)動(dòng)得速度越快，鐘的時(shí)間走得就越慢，這就反映了時(shí)間是相對(duì)的。

空間也不是牛頓時(shí)空理論中所認(rèn)為的那樣是絕對(duì)的，空間也是相對(duì)的，長(zhǎng)度的相對(duì)性就證明了空間是相對(duì)的。也就是說(shuō)，同樣的一把尺子，根據(jù)所選擇的慣性參照系，它們的長(zhǎng)度是不一樣的。假如A尺子是運(yùn)動(dòng)的，速度近于光速時(shí)，那么B尺子就會(huì)看到A尺子縮短了。[8] 這就是著名的運(yùn)動(dòng)的尺子要縮短，即空間收縮效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)表示空間的大小是相對(duì)的。

這兩個(gè)時(shí)間和空間效應(yīng)都是相對(duì)論的一種效應(yīng)，它主要?dú)w結(jié)于時(shí)間和空間所具有的基本屬性，這與牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀是不同的。但是這些效應(yīng)又是很難被日常生活中的我們所理解的，因?yàn)檫@些效應(yīng)都是在速度接近光速的高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的，而我們通常生活在低速運(yùn)動(dòng)中。

3. 時(shí)間和空間是緊密相聯(lián)的，并且與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)密不可分

在牛頓絕對(duì)時(shí)空觀中，時(shí)間均勻流逝，不受任何外在環(huán)境影響，空間則是個(gè)與任何事物無(wú)關(guān)的、靜止不動(dòng)的容器。而愛因斯坦狹義相對(duì)論的時(shí)空學(xué)說(shuō)認(rèn)為時(shí)間和空間不能各自獨(dú)立存在，時(shí)間與空間是緊密聯(lián)系的。一個(gè)物體的長(zhǎng)寬高表明它的空間，可卻是以時(shí)間為尺度的；太陽(yáng)所在位置的不同則表明時(shí)間的不同。時(shí)間和空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)更是不可分開的，時(shí)間和空間的性質(zhì)要通過(guò)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)。時(shí)間和空間是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的存在方式，時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)，空間則是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的延伸。離開物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而獨(dú)立存在的時(shí)間和空間是毫無(wú)意義的。

（二）廣義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的革新

愛因斯坦狹義相對(duì)論的創(chuàng)建，引發(fā)了時(shí)空理論的變革，但他隨之發(fā)現(xiàn)這種狹義相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓的萬(wàn)有引力定律是不相容的，于是，他又開始研究引力問(wèn)題。1916年，愛因斯坦以慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等為基礎(chǔ)，提出了著名的等效原理和廣義協(xié)變?cè)?，?chuàng)立了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論把引力看成一個(gè)彎曲的時(shí)空，而不再把引力看成是一種力。等效原理和廣義協(xié)變?cè)順?gòu)成了廣義相對(duì)論的主要內(nèi)容，等效原理說(shuō)的是，一個(gè)運(yùn)動(dòng)在含有引力場(chǎng)的慣性系中和在加速度系統(tǒng)中是完全相同的，即存在引力場(chǎng)的慣性系等效于加速度的非慣性系；廣義協(xié)變?cè)硎前严鄬?duì)性原理從慣性系推廣到了非慣性系，即在任何參照系中，自然界的規(guī)律都是相同的，與我們所選擇的參照系無(wú)關(guān)。

依據(jù)廣義相對(duì)論，空間是一個(gè)服從黎曼幾何的彎曲空間，空間彎曲的程度取決于物質(zhì)本身在空間的分布。物質(zhì)分布越密集的地方，引力場(chǎng)的強(qiáng)度就越大，時(shí)空彎曲得也就越厲害。因而，廣義相對(duì)論告訴人們，時(shí)間和空間的性質(zhì)與物質(zhì)本身的分布也是緊密相關(guān)的?！拔镔|(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)”[9]。時(shí)間和空間與物質(zhì)息息相關(guān)，時(shí)間、空間和物質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)整體。這就是廣義相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論所作的進(jìn)一步變革。

總之，愛因斯坦相對(duì)論革新了舊的牛頓力學(xué)的時(shí)空觀，建立起了愛因斯坦相對(duì)論的時(shí)空觀，是時(shí)空理論上的一次史無(wú)前例的巨大變革。正是愛因斯坦相對(duì)論改變了人們以往對(duì)時(shí)間和空間的理解。狹義相對(duì)論只適用于慣性系，它的時(shí)空背景是歐幾里得的平直時(shí)空，狹義相對(duì)論的時(shí)空觀使人們認(rèn)識(shí)到時(shí)空都不是絕對(duì)的而是相對(duì)的，時(shí)空不能脫離彼此而獨(dú)立存在，時(shí)空和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)也是密不可分的；而廣義相對(duì)論則適用于一切參考系，它的時(shí)空背景是黎曼幾何的彎曲空間，廣義相對(duì)論的時(shí)空觀使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到時(shí)間和空間的性質(zhì)還與物質(zhì)本身的分布有關(guān)，物質(zhì)告訴時(shí)空怎樣彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)怎樣運(yùn)動(dòng)，從而說(shuō)明了時(shí)間—空間與物質(zhì)的統(tǒng)一性。無(wú)論怎樣，愛因斯坦相對(duì)論所引起的時(shí)空觀變革都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，都具有無(wú)可比擬的意義。

三、愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的意義

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在物理學(xué)史上，那是一個(gè)既光明又黑暗的時(shí)期，但就是這樣的一個(gè)時(shí)期，卻發(fā)生了一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的現(xiàn)代物理學(xué)革命，誕生了相對(duì)論和量子力學(xué)，使之成為了一個(gè)激動(dòng)人心的年代。[10] 愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論所作的變革無(wú)論是在當(dāng)時(shí)還是在日后，都對(duì)科學(xué)和哲學(xué)產(chǎn)生了不可磨滅的影響，意義巨大。

（一）在科學(xué)上，推動(dòng)了物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

時(shí)空觀的變革與科學(xué)尤其是物理學(xué)的發(fā)展是相輔相成的，物理學(xué)的發(fā)展推動(dòng)了人們對(duì)時(shí)間和空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而每一次時(shí)空理論的新變革又都是物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的基本前提和主要標(biāo)志。愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀所作的變革無(wú)疑是巨大的，它推進(jìn)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，為現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展奠定了理論基石，從而推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。[11] 可以說(shuō)，愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀的出現(xiàn)是世紀(jì)之交中的創(chuàng)舉之一。

在愛因斯坦狹義相對(duì)論時(shí)空觀中，不僅否定了牛頓經(jīng)典力學(xué)體系中關(guān)于時(shí)間和空間的概念及其之間的關(guān)系，還賦予了質(zhì)量和能量及其之間的關(guān)系以全新的含義。質(zhì)量并不是絕對(duì)不變的，物體在運(yùn)動(dòng)速度近于光速時(shí)，質(zhì)量就會(huì)接近無(wú)窮大；質(zhì)能關(guān)系式則告訴人們質(zhì)量和能量也不是單獨(dú)存在的，而是一個(gè)質(zhì)能統(tǒng)一體，質(zhì)量守恒定律與能量守恒定律是融合在一起的，這就為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用開辟了新天地。愛因斯坦廣義相對(duì)論時(shí)空觀使人們開始對(duì)宇宙時(shí)空產(chǎn)生了濃厚的興趣，是人們關(guān)于天文學(xué)中時(shí)空理論的一次大變革。所有這些變革都毫無(wú)疑問(wèn)的促進(jìn)了自然科學(xué)的發(fā)展。

（二）在哲學(xué)上，豐富和發(fā)展了辯證唯物主義時(shí)空觀

愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空理論的變革不只是對(duì)物理學(xué)和科學(xué)有重大意義，并且在哲學(xué)方面也具有無(wú)法比擬的影響，可以說(shuō)，愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀本身就具有哲學(xué)的意味。

愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間之間是互相關(guān)聯(lián)的，時(shí)間和空間作為客觀存在是絕對(duì)的，但同時(shí)又是相對(duì)的。物質(zhì)本身以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間和空間是不可分割的，離開任意一方談?wù)摫舜硕际菦](méi)有意義的。這就說(shuō)明了時(shí)間、空間和物質(zhì)三者之間存在的聯(lián)系，揭示了時(shí)空是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的存在方式，改變了人們以往對(duì)時(shí)空與物質(zhì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，從而有力的批判了機(jī)械唯物主義中把時(shí)間和空間與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)割裂開來(lái)的形而上學(xué)時(shí)空觀。[12] 愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革進(jìn)一步豐富和發(fā)展了辯證唯物主義時(shí)空觀。

愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革還提高了人們的認(rèn)識(shí)能力，使人們的思維方式發(fā)生了深刻的變化。愛因斯坦曾說(shuō)：“世界上可能只有12個(gè)人能夠看懂相對(duì)論，但是世界上卻有幾十億人借此明白沒(méi)有什么是絕對(duì)的”[13]。從此人們開始認(rèn)識(shí)到：對(duì)于同樣的一個(gè)事物，如果不同的人從不同的角度來(lái)看，就會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，任何事物都不是絕對(duì)的。所以我們要用相對(duì)的眼光來(lái)看問(wèn)題，而不能用絕對(duì)的眼光來(lái)看問(wèn)題。世界上任何事物都不是絕對(duì)存在的，它們都是相對(duì)存在的?！伴L(zhǎng)”相對(duì)于“短”而存在，“大”則是相對(duì)于“小”而言的。因此，我們不能再用牛頓絕對(duì)時(shí)空觀中的機(jī)械思維來(lái)思考問(wèn)題，而要以愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀所揭示的哲學(xué)思維來(lái)思考問(wèn)題。

綜上所述，通過(guò)對(duì)愛因斯坦相對(duì)論變革時(shí)空觀的思考，我們不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在科學(xué)上，還是在哲學(xué)上，愛因斯坦相對(duì)時(shí)空觀都有巨大的推動(dòng)作用，它對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。正是愛因斯坦相對(duì)論對(duì)時(shí)空觀的變革將我們帶入了一個(gè)不一樣的時(shí)空世界，這個(gè)世界不再是牛頓所描述的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間的世界，在這里我們要學(xué)會(huì)用更加開放的思維和眼光來(lái)看待它。愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀取代舊的牛頓時(shí)空觀，不管是在科學(xué)上還是哲學(xué)上都是時(shí)空理論的一次巨大的變革。然而，任何事物都不是絕對(duì)的，當(dāng)然也就不存在絕對(duì)真理，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步，不久的將來(lái)一定會(huì)產(chǎn)生新的時(shí)空觀，使時(shí)空世界更加絢麗多彩。（作者單位：1. 天津大學(xué)；2. 河北北方學(xué)院藝術(shù)學(xué)院）

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