2021李永乐演讲全文

发布时间:2021年12月15日 阅读:3100 次

以下为李永乐演讲全文:

各位领导、老师: 大家好!我是李永乐,中国人民大学附属中学物理教师,今天很荣幸能来到搜狐教育年度盛典,和各位老师分享我的教学心得。今天我想和大家分享的是“如何能让物理课生动而有趣,如何让学生感受物理之美”。

教育学上讲,教师发展的三个阶段是关注生存、关注情境、关注学生。新入职的教师会关注自己的生存,不被学生轰下讲台,不被家长投诉,不被领导谈话。教学工作熟练之后,教师会更加注重教学本身,提高课堂效率,活跃学生学习的气氛。最终,教师会发展到关注每一个学生发展,针对学生因材施教,让每一个学生获得充分的发展。

我在 2009 年加入人大附中,刚入职的时候,我显然处于第一个阶段,总是对自己的教学谨小慎微,每天晚上都要备课到十二点多,准备大量的资料,生怕讲课漏了什么,引起学生或家长的不满。为了和学生搞好关系,还要有意的在课堂中加上故事、笑话,希望学生喜欢我。课下拼命找学生谈话,给学生分析错题,在考试前,总是给学生发很多复习资料,生怕学生考不好,家长有意见。

可是尽管如此,在第一年,我教的班考试成绩依然垫底,和老教师根本没法比。这时我非常困惑,自己的教学到底是哪里出了问题呢?我觉得我自己对物理的理解已经很透彻了,上学的时候还参加了物理竞赛,又去大学学了7年物理,为什么回过头来却不会教高中生了呢?

如今,我已经成功跨越了第一个阶段,我不再需要那么长的备课时间,也不需要花大量的时间与学生谈话了,而教学效果也比以前好的多。我有时候在反思: 自己这些年有什么变化,我想,那就是我从一个布道者的角色,更多的变成了一个引导者的角色,我希望学生感受到物理本身的美,希望学生把学习物理变成了一件充满乐趣的事情。

长久以来,许多学生和家长都有一种观念:课本知识是脱离实际的,学习唯一的作用是考试、考证、考大学、找好工作。只要通过了考试,课本知识就再没有任何作用。持这种观点的学生,在学习过程中往往会感觉到疲倦。

由于中考、高考指挥棒的原因,许多教育工作者也把更多的精力放在讲授考试技巧、解题套路上,而忽视了知识本身的美。我们常说:兴趣是最好的老师,只有让学生发现物理是有趣的,是有用的,他才不会在学习过程中感到枯燥,才会主动去解决学习过程中遇到的困难,才能够举一反三,触类旁通。这样教师的工作就会变得更加轻松和有效。说的更大一些,让学生感受到科学的美,对于树立学生正确的人生观和价值观,选择自己未来从事的行业,都有十分重要的意义。

那么,在物理教学中,如何去展现物理学的美,并把这些美传递给学生呢? 我想谈谈我的看法。

首先,作为教师需要对物理学的逻辑性有更深刻的认识,并向学生展现这种逻辑。

教师应该让学生懂得:物理学是讲理的,讲逻辑的,而不是要强迫你接受我的观点。为了做到这一点,老师就需要把物理学中相关的知识点相联系,彼此印证,或者利用物理学和其他学科相联系,让学生感受到科学彼此互相印证的逻辑。

在数学上讲圆锥曲线时,经常会使用这样的方法:用一个平面切割圆锥,如果平面平行于圆锥底面,就切割出圆,如果倾斜一点,就形成椭圆,如果平面平行于母线,就形成抛物线,如果再倾斜一些,就会出现双曲线。所以圆、椭圆、抛物线和双曲线是渐变过程。在临界情况附近,我们很难区分轨迹到底是圆还是椭圆、是椭圆还是抛物线、是抛物线还是双曲线。

这样我们可以给学生解释为什么天体运动都是椭圆。因为圆和抛物线都是一个特殊值,而椭圆是一个范围。当我们逐渐增加卫星的速度时,卫星就可以从圆变成椭圆,再变成抛物线离开大天体。如果速度一下子增大到比较高的值,就会出现双曲线轨道。这样我们就把数学上的圆锥曲线和物理上的宇宙速度联系了起来,让学生明白第一宇宙速度、第二宇宙速度所对应的轨道和速度范围。

同时,学生会问:那么速度小于 7.9km/s 会发生什么呢?显然,物体会落地。但是假如地球是一个质量全部集中于球心的质点,在地球表面以一个比较小的速度发射的天体,依然会形成椭圆轨道,这就相当于我们把刚才的切割平面反向倾斜,这样就形成了一个以出发点为远地点的椭圆。

第二,除了物理学本身严谨的逻辑性之美之外,物理学家研究物理的过程也是非常精彩的。

如果给学生介绍这些故事,学生就会知道物理学家们并不是书本上印着的冷冰冰的名字,而是一个活生生的人,他们也有喜怒哀乐,他们也会犯错误。介绍一些物理学家的故事,或者物理学家的八卦,能很有效的激发学生学习物理的兴趣。

比如,在讲述牛顿三定律的时候,我们通常会从科学家伽利略说起,伽利略通过斜面小车实验证明了力不是维持运动的原因,而是改变物体运动的原因。然而, 伽利略并没有发现牛顿第一定律,因为他认为,如果物体不受力的作用,会在地面上一直运动下去,地球是圆的,所以物体运动的本性是匀速圆周运动。同样, 天体之所以彼此围绕对方旋转而不飞走,也是这个原因。这一切只有在牛顿提出万有引力的概念后才能得到完美的解释。

进一步,在研究万有引力的问题上,我们经常谈到罗伯特胡克也有贡献,但是胡克的贡献到底是什么呢?在此之前,根据开普勒三定律,人们已经发现了行星的运动是椭圆,而不是圆。为什么行星运动是椭圆呢?有人提出:这时因为行星之间有万有引力的作用。

1674 年-1679 年,牛顿和胡克还没有完全决裂的时候,两人其实一直在通信。其实,最初牛顿在研究牛顿大炮时得到了错误的观点,他认为如果物体速度不够快,抛出物体后他会经过一个螺旋线朝着地心运动。这时是胡克及时指出了牛顿的错误,告诉牛顿苹果的运动应该和天体一样,是一个椭圆。

牛顿还曾经认为:地球给物体的万有引力就是重力,而重力大小是不会发生变化的。此时胡克又及时提醒牛顿:重力应该与天体之间的万有引力是一样的,二者之间的作用力与距离的平方成反比。这实际上是当时科学界普遍存在的一种观点,并不是牛顿提出的。

由于胡克这个人天性喜欢嫉妒,看到牛顿这个优秀青年打心眼里讨厌,于是借着这两个错误四处宣扬牛顿是如此的弱智。这彻底激怒了牛顿,于是就有了那句著名的话:如果说我看的远,那是因为我站在了巨人的肩膀上。借以嘲笑胡克个子矮小,还有些驼背。

无论如何,到这个时候牛顿已经 37 岁了,依然还没有得出完整的万有引力定律,所以,牛顿 22 岁被苹果砸了就发现万有引力的故事是经不住推敲的。直到 1684 年,一个著名的赌局,才让牛顿最终发现了万有引力定律。

1684 年,皇家学会实验室主任胡克、 格林威治天文台台长哈雷、以及科学家雷恩,三人在一起喝咖啡。有人提出:为什么天体运动是椭圆呢?胡克说:这是因为天体之间有引力,引力与距离的平方成反比。

有人问:那为什么有引力就能椭圆运动呢?

胡克说:这个问题我早就算过了,但是我不能轻易说出答案,否则你们会觉得这个研究成果太简单。雷恩说:我出一本书,价值 40 先令,如果谁能在 2 个月的时间内拿出从平方反比定律到椭圆轨道的推导证明,这本书就归谁。两个月过去了,胡克没有拿出证明,现在看来,胡克当时又是在说大话,故弄玄虚。

哈雷是一个认真严谨的人,他当时因为这件事压在心里很不舒服,于是就去找当时世界上最一流的数学家——牛顿。

1684 年 8 月,牛顿 42 岁,哈雷敲响了牛顿的大门。当时的牛顿生活近乎于一个隐士,几乎不跟外界接触,因为他痛恨由胡克控制的英国皇家学会。正是这次访谈,才把这位神人又拉回到历史中。哈雷问牛顿:你能否从平方反比定律推导出行星的运动是椭圆轨道呢?牛顿说我是算过的,的确如此。哈雷要看牛顿的手稿,牛顿说我一时间找不到了,不过你不要着急,我再写一份给你。没过几天,牛顿又写了一份手稿,一共有 9 页纸,我们现在叫它《论运动》,寄给了哈雷。在这 9 页纸中,提出了后来的巨著《自然哲学的数学原理》的主体思想。

哈雷拿到手稿之后,非常震惊,鼓励牛顿把这些内容写成著作。1687 年,牛顿终于写成了《自然哲学的数学原理》。但是这本书的出版并不是一帆风顺的。当时哈雷找到皇家学会,说要出版牛顿的著作,但是皇家学会说因为上一本出版的《鱼类的历史》,卖的不好,没有收回成本,所以现在没有钱了。哈雷强烈要求出版,学会说那你可以自己出钱。结果胡克就把自己的工资拿出来出版这本著作,并且亲自制版,校对。每到发工资的时候,别人都领了工资走,哈雷只能拿走一大堆《鱼类的历史》来顶自己的工资。

在书即将出版时,又出了问题——胡克又跳出来了。他说:平方反比的思想是自己介绍给牛顿的,牛顿在著作中对自己提到的不够。牛顿这个人性格执拗孤僻,听说胡克这么说,立刻暴跳如雷,大喊这本书我不出了。这时又是哈雷做牛顿的心灵导师,最终才让牛顿同意出版。

所以,万有引力的发现过程是非常有趣的,天文学家哥白尼、第谷、开普勒为万有引力的发现奠定了基础。尖酸刻薄、好弄玄虚的胡克为万有引力的发现提供了重要的启发,而慧眼识珠、慷慨解囊的哈雷保证了这本著作的出版。

而且,牛顿提出万有引力定律后,也是经历了很多次的验证,包括地月检验、海王星和哈雷慧星的发现等,人们才最终接受了这个结论。

在讲万有引力部分内容时,如果我们在复杂的推导和习题练习之余,给学生们讲述一下科学发现的历史,一定会引发学生们的兴趣。让学生们感觉到科学家原来是一群有趣的人,他们所研究的也是有趣的问题。他们感受到科学的美,才能真正的变被动学习为主动学习,变灌输知识为吸收知识。对老师来讲,才能有事半功倍的效果。

第三,要让学生们有辩证看待问题的思想。

物理学是一门不断进步的科学,我们不会因为今天的深刻的认识去否定古代先贤们的发现,也不会自我膨胀到认为已经掌握了宇宙真理。同时,不同的物理理论各有各的长处,有时候甚至是书路同归的。如果在学习物理的过程中,让学生体会到这种在前人基础上一点点进步的过程,不仅能让学生了解科学研究的一般规律,更能培养学生辩证看待问题的思维。现代社会,通讯十分发达,网络媒体铺天盖地。如果不具有辩证思维,看问题会很绝对,很容易被各种言论蛊惑。

那么什么是辩证思维呢?例如,我在讲天体运动的规律时,会首先从托勒密的地心说说起。托勒密认为:地球是宇宙中心,行星、太阳都围绕地球运动。后来, 哥白尼拦住了太阳,推动了地球,他提出了日心说:太阳是宇宙中心,地球和行星围绕太阳运动。此时,如果我们简单的说:地心说是错的,日心说是对的, 就犯了片面的错误。很容易让学生觉得托勒密没有什么贡献,而哥白尼是无敌正确的。

实际上呢?我们都知道运动是相对的。以地球为参考,自然是太阳围绕地球转。以太阳为参考,也自然就是地球围绕太阳转。二者本质上只是参考系选取不同, 并没有绝对的矛盾。可是,为什么我们认为日心说更好呢?这是因为,按照地心说解释行星运动时,无法解释行星逆行现象,于是科学家们只好在均轮上添加本轮。如果一个不够就再添加一个。传说为了解释行星运动,有天文学家对每一颗行星都需要添加数十个本轮,异常的复杂。

传说当阿方索十世国王去看望正在编制《阿方索星表》(Alfonsine Tables)的天文学家时,这位领导风趣地说,如果上帝创造世界时他也在场,那么他一定会建议上帝做点改进。

而哥白尼果断地更换了参照物,让太阳静止,行星围绕太阳运动。不过此时,哥白尼也不能完美解释行星运动,于是只要也用本轮-均轮的观点。最终,哥白尼使用了 34 个轮子。

大家看,哥白尼不过是把原来的观点做了一点点的改进,相比于托勒密,哥白尼的观点更优秀。可是,哥白尼犯了跟托勒密一样的错误:认为天体的轨道是圆形, 所以不得不用本轮均轮的方法来拼凑轨道。而这个错误直到开普勒提出三定律时才被修正过来。

我们知道,参考系的选取是任意的。既然如此,选取地球还是太阳作为参考系不就完全一样了吗?只不过,以太阳为参考,描述问题更加简单。终于,受到天体运动规律的启发,牛顿提出了万有引力定律。由于牛顿定律只能在惯性参考系下成立,此时就必须取太阳为参考了。牛顿认为,这是因为太阳参考系相对于绝对静止的参考系是静止或者匀速的,或者说,太阳参考系就是一个惯性参考系。那个时候,惯性参考系的观念深入人心。看起来,好像还是哥白尼对了,而托勒密错了。

然而,200 年后,爱因斯坦出现了,他提出了相对论。他说:任何物理规律在任何参考系下都是相同的,并不存在一个特殊的绝对静止空间。牛顿定律之所以只能在某些参考系下成立,那是因为牛顿定律是不完备的。当我们接受了这个观点, 反过去想,牛顿又错了。哥白尼和托勒密的观点并没有谁对谁错,只是哥白尼的日心说催生了开普勒的三定律,又进而催生了一个不成熟的理论——牛顿定律而已。

如果能把这个过程将给学生听,学生会理解:科学是一点点进步的,托勒密并不是都错,哥白尼、牛顿也并不是都对。即便是爱因斯坦,也许在未来,我们也会发现他的错误。这样,学生们看待问题时,会更加多角度的进行考虑,不会过于偏激,我想,这也是我们作为教师的责任。

第四,把物理学和现实生活联系起来,让学生了解物理学的作用。

现在有一种观点,认为只有能赚钱的才是有用的学问,所以学习好的学生希望学习经济管理,学习差的学生要去学汽修烹饪。而物理学、数学这种基础学科,许多人认为是不能赚钱的。这实际上是一种误区。我经常给学生讲,物理学和生活是紧密联系的,学好物理学,不光可以让你更深刻的认识世界,同时也能改造世界,让你获得你想要的回报。

例如我有一个同学,是学量子力学的,看起来好像与生活距离很远,但是他现在回国之后创立了一个公司,使用量子力学的方法计算药物结构,为许多大型药企,例如辉瑞提供设计,还获得了腾讯和 google 几千万美元的投资。往大了说, 创立 Dos 操作系统的比尔盖茨,创立人人网的王兴,创立百度的李彦宏,创立腾讯的马化腾,他们首先是一个掌握了专业技术的优秀工程师,科学为他们日后的发展提供了坚实的基础。

我们在教学过程中,也应该让学生感受到书本知识与现实生活的联系。例如: 去年中美贸易战如火如荼,美国对我国进行芯片制裁。物理课本中就有数字电路一章,虽然很多学校不讲这一部分,但是每次我在教学时都会专门抽出时间来讲。我会给大家讲三种基本门电路、以及与非门、或非门、与或非门,我会讲如何利用二极管实现这些门电路,以及如何用这些门电路实现加法器。我还会讲如何通过光刻的方法将我们的设计变成芯片,以及芯片制作过程中的难度究竟在哪里。学生发现:一个基本的物理元件居然真的可以制造出计算机这么神奇的东西,感受到了物理的美。

再比如,在讲述电磁感应部分内容的时候,我经常用饭卡、微波炉举例。我会带着学生拆开线圈式饭卡,让学生看到饭卡中存在的感应线圈,所以当机器发出变化磁场时,线圈就会感应到这个磁场,从而产生感应电流,又被机器感受到,这样就能区分张三李四了。学生发现原来自己每天都在用的饭卡居然可以用书本知识解释,又会感觉到兴奋和激动。

在讲核反应原理时,我会给大家讲石墨沸水堆的基本原理,并且讲述切尔诺贝利核电站的事故过程,让学生了解核能的巨大威力和安全的重要性。讲电磁波的发射和接收时,我会带着学生去实验室焊收音机,给大家讲卫星定位原理。

每当有重大的物理学发现,或者颁布诺贝尔奖时,我也会结合最新的成果, 用中学生能够听懂的语言向他们介绍最前沿的科学知识,例如去年的激光镊子可以和动量问题结合、千克的重新定义可以和安培力、电磁感应结合,今年诺贝尔奖的系外行星发现时使用的径向速度法可以和多普勒效应结合等等。

我始终认为,作为一名教师,让学生们考试考出好成绩,只达到了教师发展的第一阶段——生存。当我们做了一段时间教师,教学工作熟练之后,应该通过关注情境,进而达到关注学生个体的发展。这需要教师本身首先扭转观念,认识到向学生传达科学观、展现科学之美,也是教师的职责。

为了让学生体会科学之美,教师首先要体会科学之美,这就需要教师终身学习,多读书、多看论文、多思考,不能落到一套教案走天涯的舒适区,而要把课程常讲常新。

我曾经在一篇文章中读到一句话:教师并不应该被比喻为园丁,园丁会把花草修剪成他们喜欢的样子。教师应该是导游,把学生带到科学的花园中,让学生感受到科学的美。


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