卡尔斯鲁厄物理课程

F.赫尔曼，物理教学部、大学物理理论研究所，76128，卡尔斯鲁厄，德国

Karlsruhe物理课程是对物理教学大纲进行现代化的尝试，它消除了过时的概念，调整了内容，并广泛应用了一种新的模式--物质模式。 l.这门课程已经使用、测试和改进了几年，我们相信现在是向更广泛的公众宣传的时候了。我们介绍了cour背后的结构。 讨论一些的VA -物理教学的不同子域。

1. 介绍

物理知识的数量在稳步增长，而教学时间基本不变。这一事实显然需要不断的调整和再处理。 我们的知识。在这篇文章中，我们将报告这样的努力：关于在过去20年里在卡尔斯尔大学教学系发展起来的一门物理课程。 嗯，嗯。尽管这门课程最精细的版本是针对初中的(赫尔曼1994，1997，1998年a)，但这个项目并不仅仅是写一本新的学校书。目的是开发 一种新的物理教学方式，独立于目标学习者群体。这门课程现在以Karlsruhe物理课程为名。

虽然这门课程在许多细节上都有创新之处，但可以说，它的特点基本上是基于三种思想：

物理学的历史发展走上了一条错综复杂的道路。在教学中，我们建议我们的学生走这条路，尽管有更短更容易的方法来达到同样的目标。 rrmann工作1994-1998年，赫尔曼和工作1996）。我们试图消除这样的历史负担，从物理教学大纲。

我们在一定数量的基础上，选择了一种统一的科学教学方法，在古典物理学和现代物理学中起着基础性的作用：大量的能量，动量。 m，角动量，电荷，物质数量和熵。当强调大量时，将物理学分解为子分支只不过是对自然的分类。 在每一种情况下，过程根据广泛的数量发挥主导作用。一个单一的物理学分支的知识已经为描述过程的方法提供了一个类比。 在其他分支中，包括化学和生物学（Herrmann1998b）。

我们正在广泛地利用一种模式，在传统课程中，它只发挥次要作用：物质模式。

在过去的几年里，这门课程产生了相当大的影响，其他工人一直在努力和扩展这一工作。一个例子是福克大学的一本关于热动力学的教科书。 has 有 (1996).

我们绝不想声称我们的建议是一种明确的解决办法。在对立面上，除了介绍我们自己的工作外，我们还想激发一场关于这一议题的辩论。 鼓励其他方面的努力，以大幅度缩小物理教学大纲的规模。

在第二节中，我们将评论我们项目的实施方式，以及课程理念的来源。在第三节中，介绍了cour-se的结构。 泰德。在第四节中，介绍了物质模型，第五节包含了在本课程中处理的各个子领域的一些具体后果。

总论

项目

课程的所有部分基本上都是以相同的方式发展的。第一步总是致力于对这门学科进行结构调整，而不依赖于它所依赖的学生。 是注定的。接下来，一个具体的课程实现了在大学物理学生(赫尔曼1997)。我们从来没有从初级教育开始。否则，一个人不可能 当然，结果是足够的，足以支持更高级的版本。

只有在完成了大学课程之后，更多的基本版本才被开发出来.已经投入了最大的时间来开发一门课程。

初中。这个高中版本的第一批应用和测试已经由我们自己，也就是我自己和我们大学工作小组的其他成员实现了。为此目的 E在一所德国高中任教。在这所学校进行了几次测试之后，在完成了一个完整的书面版本之后，大约有20名其他职业学校的教师参加了这次考试。 做完测试工作。为了改进这门课程的新版本，我们得到了反馈。到目前为止，估计有8000名学生参加了这个项目。这些测试都是严格的 由学校主管部门监督。在三次密集观察期间，没有出现任何重大困难，学校当局给予AP试用期，以便将这一概念普遍用于 我们联邦州的高中(巴登-符腾堡)。他们还改变了教学计划，使卡尔斯鲁厄物理课程可以作为传统学校的替代课程。 L books.

Dagger;”本课程是可能的一个physiklehrgang基础建设的主题。其他考虑的物理尺寸，如mengenartigen，建立可 使用脉冲和发展的概念已经ropie 8班的工作。在这种情况下，可以lehrplaneinheit内容介绍1、通过其他适当的物理问题，要更换 恩。在lerhplaneinheit 2，力学的基础知识，然后在静态方面出现的动态背景中。”教育计划，教育和体育部，wuuml;rttem -巴登 Berg，S.286(1994)。

The origins

卡尔斯鲁厄物理课程包含了许多偏离传统物理课程的内容。然而，没有一项创新不植根于以前的一些工作中。 已经被遗忘的著名科学家。

我们将在其适用的以下章节中引用这样的酸味。

然而，有几个消息来源，我们要强调的是 我们将提前提到它们。

我们对这个对课程简洁非常重要的类推知识，归功于福克对热力学的公理化处理(Falk 1968，Falk和Ruppel 1976，Falk 1990，Falk和H)。 1977对1982)。福克的工作，另一方面，可以看到它的根源在热力学的W.J.吉布斯(1961)。本质上，同样的类比也适用于许多典型的文本boo。 关于不可逆过程热力学的ks：强调电流和力，其中力是能量共轭强度变量的梯度，例如见Callen。 (1985)同样的类比也被其他作者用作系统物理学(Burkhardt 1987)或系统动力学(Fuchs 1996，Maurer 1990，1998)的基础。

力学的基础是将力解释为动量流，它有一个传统，相对于古典力学值得尊敬的时代，相对较年轻： 将力解释为动量流是马克斯·普朗克(1908)在1908首次提出的。这个日期不是偶然的。随着相对论三年前的出版， 我清楚的是，能量和动量应该被理解为基本的量，而不是从像质量、速度和力这样的更基本的质量中得到的。

然而,相当大的年龄是 古典力学的尊严阻碍了这种对力的最新和更简单的解释，并被纳入了基本的教科书中。据我们所知，这方面的第一次努力是 SPECT是由迪塞萨(1980)和我们自己(赫尔曼1979)。

在高级文本中，特别是在关于流体力学的文本中，这种解释自普朗克第一次出版以来就已习以为常，例如见Pauli(1963)或Landau和Lifshitz(1959)。

1. 我们认为，热的共同语言概念与G.约伯(1972)的工作完全符合物理量熵的适当关系。乔布，当他祝福他的“纽达人”时 泰隆“，仍然没有意识到，在很久以前，”卡伦德“(1911)的一篇论文中已经完全清楚地提出了同样的观点，而这篇论文显然已经被遗忘了--从那以后就已经十了。
2. 我们把化学势作为一种普遍的驱动力来对待那些创造、销毁或运输大量“物质”的过程，这也是由于约伯(1978，198)。 1A，1981年b)。
   1. 系统动力学建模工具

在我们用类物质量发展物理的同一时期，我们开发并改进了一种新型的计算机软件，它非常适合做这种物理。 有时被称为系统动力学建模工具。这类方案的例子有Stella(高性能系统公司，Hanover，NH)，Po-wersim(Powersim，Isdalsto，挪威)a 恩迪纳摩(Pugh-Roberts Associates，剑桥)。

建模软件现在被许多教师和学校当局认为是一种重要的学习工具，可能很快就会在许多教学大纲中得到一席之地。

课程结构

• 1. 物质的量

在Karlsruhe物理课程中，某一类物理量起着基本概念的作用：广泛的或，我们喜欢称呼它们，物质相似的数量(Falk1968，Falk1977)。

AM 类物质量是质量、能量、电荷、副态量、动量、角动量和熵.每一个广泛性X都服从一个Conti-nuity方程，其中，i TS积分格式，内容如下：

dX  I dt

X   X (1)

这样一个方程的有效性使我们可以将X解释为一个亚体态或流体量的度量，IX解释为X的电流强度(赫尔曼1986)，X解释为生产速率。

十.我们所说的“解释”是指我们在处理这些数量时采用一种模型，即“物质模型”。

根据这个模型，X值的变化有两个原因：一方面是在所考虑的空间区域内X的产生或破坏，另一方面是通过其边界的流动。 表面。因此，方程(1)建立了数量的平衡。等式(1)可以用局部形式表示：

_X

t

 div j

X   _X

这里，X是X的密度，X, jX是电流密度， X是生产密度。

对于某些类似物质的量，术语X，或 X，总是等于零。这些量只能通过通过边界表面的流动来改变其在区域内的值。大 y被称为“守恒量”。能量和电荷是

守恒量。因此，方程式(1)表示电荷：

dQ  I dt

这里，我是电流的强度。我们得到的能量：

dE  P dt

其中P是能量电流或“功率”的强度。

其他类似物质的数量，如熵和物质的数量，可以通过生产和/或破坏来改变它们的体积。因此，类似物质的数量不一定是服务质量。 tinty色彩不调和的

类物质的数量不能是标量。动量和角动量是矢量类物质量的检验标准.如果坐标系统保持固定，则允许对Vect进行成像。 类物质量是三个标量类物质量，其中对这三个组分中的每一个分量都有一个形式(1)的平衡方程。

• 1. 类比

当使用大量的量作为课程结构的基础时，我们可以在物理的各个部分之间进行一个深远的类比，如果是数量的话，包括化学。 “物质的数量”被添加到类似物质的数量清单中。

表格 1.

根据表1，大量电荷q、动量p、熵S和物质n的量是相互对应的。同样的情况也适用于以压力为单位的共轭量。 电势，速度v，绝对温度T和化学电位-

TiAl.对于每一个大量存在的流量或电流：电流I，

动量流或力F(赫尔曼和施密德1984，赫尔曼和施密德1985年a，赫尔曼等人1987)，熵电流和物质电流。

在科学的一个子领域(表中的一行)的数量之间存在的许多关系在另一个子领域中有对应关系。表1最后一列显示了一个示例 。本专栏中的每一个方程都代表一个能量传输端口的描述。按照惯例，能量是以一种或另一种“形式”传递的。

哪个方程描述了传输(Falk 1968)。第一个方程(第二个Li-ne)对应于所谓的电能.(字母U代表电位差 .如果相关关系是第三条线的关系，那么能量交换被称为“功”。第四条线的方程式描述了以热的形式和最后一条线co的运输方式。 对化学能量的反应。

在运用表1的类比时，有些量必须转化成它们自己：一方面是运动量、时间和位置，另一方面是能量。因此，Am 在类似物质的量中，能量起着突出的作用.能量不是任何物理子场的特征。在所有这些国家中，这同样重要。它扮演的角色是 统一的概念。

实体模型

粒子模型可能是最著名和最成功的经典物理模型。然而，在目前使用的型号中，还有一款，它也有悠久的历史，但是 CH从未得到与粒子模型相同的识别。它甚至没有既定的名称。我们建议称之为“物质模型”。正如这个名字所暗示的，一些物理上的objec T被认为是一种流体或物质，或者，用更通俗的术语来说，是一种“东西”。在这里，实质的概念应理解为其共同的语言含义。应用程序的旧示例 这种模型的目的是将电荷描绘成一种物质或流

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[280181]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 在裸露的SrTiO3表面二维电子液的产生和调控外文翻译资料
• (111)界面上的二维超导性和各向异性传输在外文翻译资料
• MoS₂中的一维金属边缘态外文翻译资料
• 运用量子纠缠加强量子电池系统的能量提取外文翻译资料
• GeSe 纳米片和纳米带的可调电子结构外文翻译资料
• 铁电隧道结中的隧穿异常霍尔效应外文翻译资料
• Zn0纳米线表面激振子发射的动力学外文翻译资料
• 测量碳纳米弹簧的压缩量外文翻译资料
• 由自绕式纤维执行器驱动的可调节自振系统外文翻译资料
• 自接触杆的非线性动态缠绕外文翻译资料