第一节 地球科学的研究对象和研究内容 人类生活在地球上，衣食住行等一切活动都离不开地球。如人们要靠山 川大地获取生活资料以维持生命，要从地球中开采矿物资源制造生产和生活 工具，要了解地球上的自然地理和气候条件以便发展生产，要与地球上发生 的各种自然灾害作斗争。因而，人类在长期的实践中逐步加深了对地球的认 识，并且逐渐形成了一门以地球为研究对象的科学——地球科学 （geoscience）。 地球科学简称地学，是数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学六 大基础自然科学之一。地球科学以地球为研究对象，包括环绕地球周围的气 体（大气圈）、地球表面的水体（水圈）、地球表面形态和固体地球本身。 至于地球表面的生物体（生物圈），由于其研究内容广、分支学科较多、且 研究方法具有特殊性，因而已独立成一门专门的基础自然科学——生物学。 但生物的起源与演化、生物体与生存的地球环境之间的关系也属于地球科学 的研究范畴。 地球科学是一门理论性和应用性都很强的科学。它不仅承担着揭示自然 界奥秘与规律的科学使命，同时也为生活在地球上的人类如何利用、适应和 改造自然提供科学的方法论。随着生产和科学技术的发展，地球科学的研究 内容和领域也不断地深入和扩展，逐渐形成了日臻完善的由多学科组成的综 合性学科体系。地球科学目前主要包括地质学、地球物理学、地理学、气象 学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科。其中，地质学（geology） 由于其研究领域广博、分支学科较多，并且以研究地球的本质特征为目的， 因而成为地球科学的主要组成部分，以至于人们有时把地质学和地球科学作 为同义语使用，其实两者的含义是有差别的，它们具有包容关系。随着科学 的发展，地球科学还会不断地诞生新的学科和出现一些边缘学科。 地理学（geography）主要研究地球表面的各种地形、地理环境及其结构、 分布和演变规律，并涉及到自然和社会两个领域之间的相互关系。地理学一 般可分为自然地理学和人文地理学两大组成部分。自然地理学是研究自然地 形、地理环境的结构及发生、发展规律的学科，主要包括普通自然地理学、 区域自然地理学、地志学等。人文地理学是研究人和社会与自然地形、地理 之间的相互关系的学科，主要包括政治地理学、社会地理学、人口与聚落地 理学、经济地理学、历史地理学等。 气象学（meteorology）以地球周围的大气圈为研究对象，主要研究大气 的各种物理性质、物理现象及其变化规律。其研究内容也很广泛，包括许多 分支学科和应用学科。主要的分支学科有大气物理学、天气学、气候学、高 空气象学、动力气象学等，主要的应用学科有卫星气象学、无线电气象学、 航空气象学、海洋气象学、农业气象学、林业气象学等。其目的在于揭示大 气中的各种物理现象和物理过程的发生、发展本质，从而掌握并应用它为人 类生活和国家经济建设服务。 水文学（hydrology）和海洋学（oceanography）以地球表面分布的水体 为研究对象。水文学主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地下水以及海洋等 各种水体的数量、质量、运动变化与分布规律，以及它们与地理环境、生态 系统和人类社会之间的相互影响与相互联系。海洋学是以海洋作为一个独立 体进行研究的，它实际上是从地球科学的其它几个分支学科中独立出来的， 这是由于海洋在现代地球科学、人类生存环境和未来社会发展中的地位越来 越重要的缘故。海洋学是研究海洋中发生的各种现象和规律及其相互关系的 各门学科的总称，根据研究内容不同可分为海洋物理学、海洋水文学、海洋 化学、海洋生物学、海洋气象学和海洋地质学等。 土壤学（soil science）以地球表面发育的土壤层为研究对象。主要研 究土壤的物质组成、结构、类型、分布和形成发展过程。根据具体研究内容 和应用领域的不同，土壤学也有一些分支学科，如土壤生物学、土壤地理学、 土壤气候学、土壤物理学、土壤化学、土壤地质学等。 地球物理学（geophysics）是应用物理学的方法研究地球的一门学科， 是近代发展起来的地球科学与物理学相结合的一门重要边缘学科。广义的地 球物理学的研究对象包括固体地球及其表部的水体和周围的大气圈。但由于 水体和大气圈的研究都已建立起相应的独立学科，所以一般所称的地球物理 学是狭义的，其主要研究对象是固体地球，因而也可称之为固体地球物理学。 地球物理学重点研究固体地球的各种物理性质、物理现象及其发生与发展过 程、地球的内部构造与组成、地球的起源与演化等。其主要分支学科有地震 学、地磁学、重力学、地热学、地电学、大地测量学、大地构造物理学和应 用地球物理学等。其中，应用地球物理学主要是研究地球物理勘探方法及其 在地球资源的勘探与开发、地球环境的监测与保护等方面的应用。 地质学（geology）研究的主体对象也是固体地球，当前主要是研究固体 地球的表层——地壳或岩石圈。地壳或岩石圈的厚度一般为几十到二百公里 左右，与地球的半径（6371km）相比只是一个很薄的表壳。这一薄壳之所以 成为地质学当前研究的主要对象，一方面是出于实际需要，因为这一层与人 类的生活、生产及生存都直接相关；另一方面是受现时人类能力的限制。人 们可以直接观测和研究地球表层，但现阶段人类尚无能力对地下深处进行直 接研究。钻井取样是目前人们获取地球较深部物质进行直接研究的唯一途 径，但由于受当前技术水平的限制，钻井所能达到的深度是有限的。目前世 界上最深的钻井（5km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛，这一深度尚不足 该区大陆地壳厚度的二分之一。可以相信，随着科学技术的发展，地质学研 究的对象将不断向地球的深部（如地幔、地核）扩展。 地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组 成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同，地质学的主要 分支学科可简举如下： （1）研究地球的物质组成方面的学科，如结晶学、矿物学、岩石学等； （2）研究地球的内部构造方面的学科，如构造地质学、构造物理学、区 域构造学、地球动力学等； （3）研究地球的形成演化方面的学科，如古生物学、地层学、地史学、 古地理学、地貌及第四纪地质学等； （4）研究地质学的应用方面的学科，可分为两个方面：其一是研究地下 资源方面的分科，如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；其 二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科，如工程地质学、环境 地质学、地震地质学等。 此外，人们为了更好地研究上述地质学的各个方面，不断地吸收和借鉴 其它一些学科的先进理论、方法和技术，用以促进和深化地质学的各项研究， 于是逐渐形成了一系列的边缘学科，如数学地质、地球化学、同位素地质学、 天文地质学、海洋地质学、遥感地质学及实验地质学等，这些边缘学科在现 代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。 近几十年来，由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞 速发展，其结果给地球的自然环境带来了巨大的影响。这种影响有些是直接 的（如污染问题）、有些是间接的（如气候变化），它已经严重地影响到地 球的自然生态和人类的生存与发展，因而受到科学工作者和全人类的广泛关 注。这一问题与地球科学和环境科学关系密切，于是在地球科学中逐渐形成 了一门与环境科学相结合的边缘学科，即环境地学。环境地学主要研究地球 自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、 改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同，又可分为环境 地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学 等。
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高中物理教学中引入物理学史初探刘志男 高中物理课程标准中明确提出,高中物理教学旨在进一步提高学生的科学素养,从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生,使学生通过高中物理的学习逐步养成科学方法、科学态度、科学思维习惯、科学世界观,引导学生认识科学和技术的差别、科学技术对社会的影响、技术对环境的影响,强调认识和领悟科学的本质、科学与人文的关系,培养学生的社会责任感等。 物理学史集中体现了人类探索和逐步认识物理世界的现象、特性、规律和本质的历程。任何一个具体的物理知识和理论体系都是汇集许多人的研究成果而建立起来的,常常是几十年、甚至上百年的努力才能迈出有意义的一步,它包含着认识论和方####的因素,包含着探索者的艰辛与悲欢,又体现着认识过程中理论与实践、继承与突破、理性与非理性的辨证统一,因而也包含着丰富的“教书育人”的教育因素,因此,在高中物理教学中引入物理学史教育具有非常重要的意义。 一、有助于培养良好的物理学习品质 英国哲学家培根在四百多年前提出了一句“知识就是力量”的名言,近代自然科学已经一步步向世人显示了这句名言的真理性。这位哲人还提出一句关于知识的名言:“读史使人明智。”只有当学生对学习的知识有了兴趣,才能表现出学习的自觉性、主动性,才能在学习中发扬开拓和探索精神,以顽强毅力去克服学习中遇到的困难。 这就要求我们在教学中,不仅要把日常生活、生产劳动中发生的现象、问题与教材紧密联系起来,使学生认识到学习的现实意义。还须把历史引入教学中。把科学理论的建立,科学发现的过程,科技发明对人类社会发展的贡献用生动事例展示给学生。并通过了解物理学家的生平、各学派间的争端以及尚未解开的物理课题来激发学生学习物理的兴趣,让学生从中学习到物理学家严谨的科学态度和科学的思维方法,不断提高自身科学素质、养成良好的学习习惯,变被动学习为主动获取知识。例如,牛顿是举世公认的伟大科学家,在高一一开始以专题讲座的形式,介绍牛顿的生平及其科学研究历程,从而消除了科学研究的神秘感,拉近了科学家与学生的距离,激励他们把对科学家的崇拜转化为刻苦学习的动力。 因此,物理学史能告诉学生物理学思想的逻辑行程和历史行程,让学生理解物理学的本身。只有了解了物理学家探索物理世界所具有的科学思想、科学品质和科学精神,并像他们那样去对待自己的工作、生活、科研,形成科学的情感、态度和价值观,才算真正懂得了物理学知识。 同时,通过对物理学史的回顾,使学生消除对已有物理知识来源的神秘感,了解科学技术发展的过程,懂得任何一个定律的发现和理论的建立既与社会生产力密切相关也受到物理学发展内在规律的制约,任何一部分物理知识的获得都离不开实验,可靠的、精确的、可重复的实验是物理学中决定一切的基础。因此,了解物理学史可提高人们进行科学创造的自信心和自觉性,这对于培养学生实事求是的科学态度和创造力有着十分重要的意义。同时,物理学史中有许多科学家为真理献身的动人事迹,如伽利略为宣传哥白尼的日心说而被教会终身监禁,利赫曼为引雷电而捐躯,居里夫人为研制放射性而作出了巨大的牺牲,法拉第舍弃荣华富贵,几次拒绝接受封爵而甘“平民法拉第”,亚里士多德富有批判和怀疑精神等。这些科学家不畏艰险,不惜生命,不慕利禄,不怕权威,追求真理的高尚品质,有利于培养学生实事求是的科学态度、献身科学的探索精神,为以后的学习和研究打下良好的基础。 二、有助于对物理知识的理解和把握 根据教材编排特点,分单元讲解、分析发展史不仅有助于学生了解各概念、定理、定律的来龙去脉和科学知识的运动过程,而且有助于学生按规有的形式和体系来理解和把握物理知识,从而逐步掌握正确的科学思维方法。 例如关于惯性概念,调查发现有些学生虽然能将其定义倒背如流,但仍不能掌握它,用它来分析解释生活中有关惯性的现象和问题。倘若我们从这一概念产生的历史出发,从亚里士多德的“强迫运动定律”、到伽利略的“理想斜面实验”,再到笛卡儿的“惯性原理”、最后到牛顿的“第一运动定律”,在回顾惯性概念的形成过程中,使学生头脑中的观念不知不觉地发生改变,从而纠正原有思维中的错误。这比直接从现象和概念出发不但要生动得多,而且印象也深刻的多。 三、有助于弥补传统物理教学的人文缺陷 我国是世界四大文明古国之一,在物理学的理论和实践有着辉煌的成就。例如,在理论著作方面,《墨经》中对力学、光学的论述;《天工开物》中关于简单机械的记述;《梦溪笔谈》对磁角的论述,《论衡》中关于简单电现象的记述《考工记》中关于工程技术,声音传播的记载等在当时都是遥遥领先于世界各国,就是在今天仍有参考价值。在实用技术方法,更是举不胜举。指南针、地球仪、浑天仪、船闸、石拱桥、火箭等,都是我国最早发明的。教学中结合教材内容,介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献,可以使学生了解祖国古代灿烂文化,激发他们的民族自尊心和自豪感。 物理学发展的历史表明:物理学的发展与人类哲学理论的发展有着极为特殊的密切关系,中学物理教学内容中,概念、定理、定律充满了辩证唯物主义内容。在教学中,有意识地用辩证唯物主义观点去分析物理学发展历史,阐明概念、规律。结合物理学特点,进行物质第一性、物质的运动性和对立统一、量变与质变、否定之否定规律的教育,可以使学生从中领会其中所包含的辩证唯物主义观点。例如介绍爱因斯坦的相对论时,我们就可以把“新生事物不可战胜”这一哲学观点渗透进去,讲到万有引力定律时可将“物质是普遍联系的”这一哲学观点渗透进去。
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现代科学技术的发展，为教育提供了越来越多的应用性成果，给教学工作带来了极其深刻的变化，现代教学手段的发展和应用为中学物理教学手段充实了新的内容，带来了新的教学模式。为提高中学物理教学质量，培养新型的人才，中学物理教学手段必须在传统教学手段的基础上，结合现代化教学手段，使传统的教学手段和现代化教学手段得到有机的结合，以取得优化教学和目的。现代化教学设备的原理和结构各不相同，所记录、存贮、传递和再现的信息内容也是多种多样，然而它们都有一个共同的特点就是能使师生的感官得到延伸，能将课堂教学空间扩大，使在课堂上传递的知识信息更加丰富、生动。在物理教学中常应用的各类现代化教学设备及其特性如下：一、光学投影设备在物理教学的应用教学中常用的光学投影设备主要有幻灯机，投影仪。利用光学投影设备其最大的特点就是幻灯软件和投影片都有可以自己制作（其中包括老师和学生的制作），它能够胜任许多板书、板画难于胜任的任务，而且投影软件可以长期保存，重复使用，用它来揭示一些复杂的图像、历史资料和其他物理真实现象的图片是很优越的，在制作软件时如果加上一些特技的手段可以使图产生形变化，产生动态感，可更好地引导学生观察、提高学生的学习兴趣。例如、在第一次引导学生认识天平的时候，由于演示示范用的天平太小，而且天平的结构也比较复杂，教师难于引导学生观察和讲清它的构造，这时，可以利用天平的复合投影片来辅助教学，从天平的底座开始，一步一步的复合，边复合边讲解，这样能较好地突出观察重点，调动学生的有意注意和无意注意，并能使学生了解天平各部份的联系。用这样的方法引导学生对照实物观察，就可能弥补实物不易观察清楚的缺陷。又如，利用可动式投影片对学生进行仪表的读数的训练，能提高课堂教学的效果，如图所示，在基底片上画出电压表的表面刻度盘和双量程接线柱，在动片上画上电压表的指针，用子母扣扣在指针转轴处，将动静片铆合起来，用带色的小圆圈放在相应的一对接线柱上，转动动片使指针指在一定的位置，即可训练学生读数。利用光学投影仪还可以辅助演示实验的教学。有的实验器材由于受尺寸限制，在实验的时候现象不是很明显，可见性差，实验效果不佳。此时利用投影设备把它投影出来，就把不易观察到的实验现象成功地投影出来，提高实验效果。例如进行磁力线的观察、电流表、电压表的读数等。这样通过投影设备的放大作用，提高了实验的效果。二、音像媒体在物理教学中的应用物理课堂教学中的音像媒体有电视、录音和录像等，其中录像教学手段使用得更加广泛，效果更好，这是因为录像媒体既有像电影一样的声音、色彩和效果，而且价格比较低，使用和制作方便，一般教师都能独立操作完成的特点。因此，在还没有普及多媒体电脑教学的条件下，使用录像媒体已成为优化中学物理课堂教学的一种重要手段。(1)强化教学信息。录像教材所提供的教学信息既有声音、有图像、色彩丰富、形象生动的特点。在课堂教学中穿插录像片断，无疑可以增加学生的兴趣，令学生观后印象深刻，便于记忆。如在讲述“天体运动”内容时，我结合实际情况，事先火箭发射的卫星工作的过程，在课上放给学生看，并启发学生一起分析，激发了学生的兴趣，从而培养了学生主动寻找并观察周围物理现象的良好习惯。（2）创设教学情境。如在高中物理上讲“滑动变阻器”时，我事为学生播放一段在晚会上或一些舞会上的录像情况，让学生在轻松愉快的音乐声中观看到会场上灯光的强弱变化，并在最后出现字幕：灯光为什么会发生强弱变化？这时学生注意力十分集中，通过短短的几分钟，教师就将全班学生带入了课堂教学情境中。(3)优化演示实验。演示实验是中学物理课堂教学的重要组成部分。但是从传统的演示实验手段来看，有些实验无法在课堂上演示；而有的实验难度大，成功率低；有的实验耗时长而又观察不清。而录像媒体所提供的画面可以快放、慢放、能把重点部分放大，也能缩小；同时还具有倒放、停格、快速选择等功能。同时在放录像的过程中还可以配以合适的音乐和相应的解说词，教师可以根据画面的情况作适当的提示，把教材中抽象的知识化为较形象的知识、较理性的知识化为较感性的知识，从而提高教学效果。例如、卫星的发射、火箭的结构和升空情况、宇航员在飞行中的失重现象以及宇航员在月球上行走的情况。这些都是平时难以形象表达出来的，而又具有教育意义的课例，利用电视录像就可以较好地把知识形象地表现出来，提高实验效果。三、计算机媒体在物理教学中的应用计算机多媒体在物理教学中的应用主要有以下几方面。（！）利用多媒体组合辅助物理课堂教学。通过计算机多媒体可以向学生提供丰富的信息，把本来在课堂上无法得到的直接经验通过多媒体把教材中抽象的知识化为较形象的知识、较理性的知识化为较感性的知识，使知识形象化地表现出来。如声音、灯光、图片、照片、动画以及电影的有机组合变化，起到传递感性经验的作用。计算机灵活多变的组织和表现方法还能有机组合教学材料，帮助学生形成概念，加深理解，掌握原理，学会解决问题的方法，提高解决问题的能力。计算机多媒体辅助物理教学应该根据教学内容，学生的实际情况及学校现有的教学条件进行设计。其中的关键是多媒体教学软件的制作，课件的制作主要有三个方面：一是教师采用多媒体软件（如Authorware等）根据授课需要自行制作；二是从现有的软件公司出版发行的教学软件中选用；三是从中小学教育信息网络中下载适用的课件。（2）多媒体环境下个别化的自主学习。这是一种替代教师讲授的形式，作为对课堂补充，教师根据教材的要求，篇制一系例的问题，例如：知识讲解、举例说明、信息演示（图片、动画、电影、解说等）评价打分、反馈建议等方面的内容。在学生自学的基础下，由计算机向学生提问，要求学生回答。学生在计算机多媒体环境下的学习，除了可广泛接受多媒体传递的物理教学信息的刺激以外，还有其独特的地方，首先是学生可以充分发挥个人主观能动性，学生掌握人机交流作用中的主动权，能充分参与学习；其次，学生可以按人类思维方式，即学习过程中的非线性网状进展方式去获取知识，达到最佳学习效果，并根据自己的理解控制和调整学习过程。（3）计算机多媒体辅助物理实验。利用计算机多媒体辅助物理实验，它除了具有录像优化实验的相同效果外，它还可以利用“数据采集录入控制仪”它是在不同的传感受器配合下，与计算机的通信接口连接，配以各种教学实验软件，可以按照物理教学的要求，进行各种各样的实验。比如由于受条件的限制，利用常规的实验器材有的物理实验很难开展，而利用计算机多媒体可以把不可能演示的现象直接地演示出来。如高速飞行的炮弹在空中飞行的轨迹；降落伞的下落运动，导体内部自由电荷的定向移动等。通过模拟演示，有利于学生提高求知欲望和兴趣，帮助学生理解物理规律。（4）帮助学生练习和复习。教师针对学生的学习水平编制程序练习库，供学生循序渐进反复练习，学生通过人机对话达到巩固和深化所学知识的目的。（5）丰富学生的课外兴趣活动。教师可把丰富多彩的趣味物理问题和实验编制成游戏程序提供给学生，作为物理课外活动的补充，使学生加深对所学知识的理解，培养学生学习物理的兴趣。现代化教学手段的发展和应用，扩大了教育信息，为学生提供了丰富的感性材料。在中学物理教学中，有利于激发兴趣，提高教学效率，促进学生能力的发展和能力的培养。利用现代化教学手段，要从本地区、本校的实际情况出发，并考虑成本、优越性等各方面的因素，使用现代化教学手段和传统的手段双结合，提高教学质量。
什么意思？
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对不起，没空给你做作业。谢谢