发布时间：2023-02-11 18:33:42
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的世界著名物理学家样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
一、物理学中的美学特征
1.物理学中简单美.物理学揭示自然界物质的存在、组成、运动及其转化等规律的简单性而产生美感，称为物理学的简单美.物理学的简单美主要体现在物理学的理论和方法上.宇宙中纷乱的各种物体通过牛顿引入的质点统为一体，牛顿只用几条简单的定律就概括了物质世界纷繁的运动现象，又如能量的转化和守恒定律反映了各种不同形式的能量的转化，麦克斯韦电磁方程组将复杂的电磁现象统一其中.
2.物理学中的对称守恒美.对称现象是辩证法的生动体现，物理学揭示自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的对称性而产生的美感，称为物理学的对称美.对称是自然界中广泛存在的也是人们很乐于接受的一种美学形式，物理学在对自然的表述中处处显现出了这种对称的美：引力和斥力，“电生磁”与“磁生电”，无限长直导线周围磁场的轴对称等.物理定律对某种规范变换的不变性、守恒性更是贯穿于整个物理学的一种对称形式，物理学中有许多守恒定律如机械能守恒等.实际上，对称性和守恒性已经成为当代物理学家研究物理理论的一种方法.
3.物理学中的统一和谐美.物质是多样又是统一的.物理规律的多样统一性而产生的美感称为物理学的统一美.物理理论的和谐统一美实际上是自然界和谐统一美的理论形态.如麦克斯韦电磁场理论把电学、磁学、光学统一了起来，爱因斯坦的相对论把时间、空间、物质和运动统一起来，创造了程度更高范围更大的和谐统一理论.
4.物理学家与美学思想.爱因斯坦几乎把后半生的近四十年全部科学创造精力都致力于统一场论的漫长探索，以追求物理学至高无上的统一美.世界著名物理学家狄拉克认为：让一个方程具有美感要比符合实验更为重要.法国科学家彭加勒曾说：“科学家研究自然，是因为他从中能得到乐趣，他之所以能得到乐趣，是因为她美”.著名物理学家杨振宁曾经说过：“物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美跟妙的地方，而各个物理学工作者对于这个结构的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因为大家有不同的感受，所以每一个工作者会发展他自己独特的研究方向跟研究方法，形成他自己的风格.”
二、在物理教学中探究美
由于艺术类学生的美术专业基础，他们的视觉-空间智能比较强，能很快抓住画面产生一定的联想；他们更注重学习过程中表象的东西，在体验美学方面比普通高中的学生有更好的基础、更多的机会，而且高中学生有较强的学习兴趣.同时，高中的物理学习与学生的专业学习之间密切相关：
1.物理研究与美术创作都是一种抽象，都是对感知现象的综合
物理概念与物理规律揭示了物理现象的本质与内在联系.美术作品所反映的现实与自然状态的现实不一样，而是现象的抽象性解说，原因在于创作者为突出作品的思想内涵而对自然状态的现实进行了分析和概括，舍去多余和次要的细节.所以，物理研究和美术创作都必须经过对现实进行“抽象”.艺术家以艺术作品表达审美情感，物理学家以自然定律描绘客观规律.牛顿完成了人类科学史上第一次对自然的感知现象的大综合，建立了经典力学.同样，各类艺术表现形式的本身就是一种对对具体的抽象和对现象的综合.物理研究和美术创作两者同渊源于实践，同植根于人脑，同来自于人脑对实践的反映以及对反映的加工，都经历了对客观现实“去粗存精，去伪存真”的思维加工.
2.物理学思想方法潜移默化地影响着艺术创作理念
意大利文艺复兴时期著名的科学巨匠兼艺术大师达・芬奇就曾说过“艺术借助科学的翅膀才能高飞”，他将科学观察和分析的方法扩展到艺术创作上，其作品具有科学气质的特征.仅从绘画而言，他的画作充分体现出对大自然敏锐的观察力，对人物内在细微情感的刻画，以及表现光与影的种种变化，将绘画的写实主义推向不可企及的高峰.1905年爱因斯坦提出狭义相对论，让人类认识到物理世界是三维空间加一维时间的四维空间，变革了从牛顿以来形成的时空观，揭示了时间与空间的统一性和相对性.两年后，毕加索的“立体派”代表作问世，毕加索的成功在于他一生都在“向宇宙质疑”.
3.物理核技术对艺术品进行产地、年代和真伪鉴定已经在全球得到应用
霍金1942年1月8日生于英格兰的牛津，其父母都在牛津城接受过高等教育，霍金的父母非常注意从小培养孩子对科学的兴趣，霍金从小非常富有想象力，他曾想出进入自己屋子的11种办法，但是，他的语言不能同他的思维同步，有时讲话还结巴，他在五年级的时候，与几个同学一起，找了许多零件，制造了一台电脑，这电脑还真的能回答问题，许多人到学校参观，引起了一场不小的轰动。
1959年，霍金中学毕业并考入了牛津大学，这时他才17岁，在牛津大学，霍金选学他所喜欢的物理学，当时他们班上有四名学生学习物理，有一次，教师布置了13道题，其他同学做了一星期，只解出一二道题，而他只用一个上午，便做了10道，他的同学们说：“与他同行并进是不可能的，我们就像来自不同的星球。”
然而在大学的第三年，他的身体出现了麻烦，他的手已不像过去那样灵活了，腿脚也不便利，并且几次从楼梯上跌下去，但他当时并没有意识到这一征兆的严重性，当年秋天，霍金申请到剑桥大学做研究生，攻读宇宙学博士，在他进入剑桥大学后不久，21岁生日刚刚过完，他就住进了医院，经过专家的多次会诊，被诊断为患了肌肉萎缩性侧面硬化症(帕金森氏症)，无方可医，出院后不久的一个晚上，他做了一个被处死的恶梦，梦醒后，他忽然意识到：“如果被缓刑的话，还有事情值得做。”他重新振作起来，开始了天文学研究生涯，随着时间的流逝，霍金的病情缓和下来，但只能依靠轮椅活动。1965年，霍金开始有关黑洞问题的研究，1974年，32岁的霍金发现，“只进不出”的黑洞具有一种完全出乎意料的特性，即由于量子力学的“隧道效应”，它会稳定地向外发射粒子，考虑了这种“蒸发”，黑洞就不再是绝对“黑”的了，他的这个惊人的创见发表几星期后，英国皇家学会就宣布他当选为该会会员，霍金成了这个世界闻名的学会有史以来最年轻的会员之一。
霍金提出“黑洞蒸发理论”的同时，他又把量子力学和引力理论结合在一起，创造了“量子宇宙论”。他说，根据量子力学，空间中充满了粒子和反粒子，黑洞存在时，一个粒子可以掉到黑洞里面去，留下它的伴侣就是黑洞发射的辐射，这就是霍金提出的被人们称为“霍金辐射”的黑洞辐射论，霍金的名字也因此在科学史上不朽。
由于其不同寻常的遭遇及在天文学上的杰出成就，霍金获得了许多荣誉，1975年，梵蒂冈授予霍金“有杰出成就的年轻科学家”称号；1978年，获理论物理学领域的最高荣誉“爱因斯坦奖”；1980年霍金被选为卢卡斯教授，这是一个十分崇高的职位，历史上只有牛顿、拉摩、爱丁顿、狄拉克等几位大科学家担任过这一教席。1982年，霍金接受了圣母大学、芝加哥大学、普林斯顿大学和纽约大学的荣誉学位，伊丽莎白女王封他为英国的荣誉骑士，自他的《时间简史》出版后，他被广泛尊崇为继爱因斯坦后最伟大的理论物理学家。
教育工作者都知道社会要求学校培养的人才不仅要有知识、有能力，而且更应具备较高的人格素养，因此重视塑造学生人格，对学生进行生命意义和理想教育是现代学校面向未来社会的必然选择，相当多的老师认为，培养学生的人格是政治思想课的事情，与班主任教育也有关系，物理教学与之没有什么联系，其实，塑造学生人格应该是自然的、润物细无声的，对学生进行潜移默化的精神灌输和人格熏陶关系到学生终身发展的大事，物理新课程标准特别强调通过物理教学使学生逐步形成健全的人格，对学生个性的重视和对学生评价的多元化也为人格教育的正常发展提供了可能和保障；物理学科本身对学生人格培养有得天独厚的优势：首先，物理学的产生、发展和应用本身就有十分丰富的人文底蕴；物理所体现的世界观和方法论是人格教育的有力资源，通过物理教学、实验探究可以培养学生的自主创新，实事求是，细心观察，坚韧不拔，善于合作的优良品质，其次，物理学是和生活联系非常紧密的一门科学，加强学生学习与生活实际联系教学，让学生在生活中发现问题，并亲自观察、亲手实践可以帮助学生养成勤学好问、身体力行、客观辩证的认识问题的好习惯，有助于全面公正地认识世界，有助于形成健全的人格，那么物理教师怎样搭建完善的塑造学生人格的平台呢?
2、不辱使命塑造学生人格
2.1 创造民主的、感情的教学氛围是塑造学生人格的前提
民主化的教学氛围是发展学生个性的沃土，失去了这个条件，学生人格的发展就会受到束缚，只有给学生创造一个宽松、和谐的学习环境，创设一定的教学情景，才能使学生真正地走进教材，进入角色，大胆地发言、自由地讨论，想己之所想，说己之所说，从而充分展示学生的个性，提高人格水平，值得一题的是：随着课程改革不断深化，在我市区域推广的活动单导学模式为民主的、感情的教学氛围提供了可靠的保证。
作为教师在思想上要树立民主、平等的师生观，在课堂上充分调动学生的积极性，使学生在课堂交流中善于倾听，长于合作，敢于发表自己的观点和意见，能够平和地接受批评、正视错误，同时又乐于竞争，喜欢接受挑战，思维活跃，想象力丰富，不断有创新的火花进发，使学生的个性得到充分张扬——这一切正是活动单导学模式的精髓所在。
教师要与学生建立平等协作的“战略伙伴”关系，消除对峙、紧张的心理氛围，只有建立民主、平等的师生理念，创造和谐、有感情的教学氛围，才能让每一个学生尽情地体会教材中的情感，因此，在物理教学中，教师应把微笑带入课堂，把快乐带给学生，以情服人，以情育人，让学生感悟教材中的情感，在动情中接受人格熏陶。
教师还应该引导组长在自己领导的学习小组内，创造生与生之间民主气氛，活动单导学模式是以小组为基本单位进行的教学活动，建立合作学习小组是教学活动的组织前提，也是合作学习能否取得成功的重要条件，调查发现活动单实施初期，相当一部分组长在组内有“家长制”作风，遇到问题不给其他同学讲话的机会，搞“一言堂”，更有甚者出口就是贬低同学的语言，我用南非举行的足球世界杯阿根廷与德国比赛的结果来教育大家，论个人技术阿根廷的运动员绝对在德国之上，队伍中技术精湛的大牌运动员比比皆的(如梅西等)，而德国没有围绕明星球员组织战术，打的是整体足球，最后他们依靠整体的力量以4：0一举击败骄傲的阿根廷人，当今社会的发展存在一个不争事实，即已经越过凭借个体单打独斗展示实力、推动发展的个人英雄年代，而进入依靠团体协作、并肩战斗共同推动社会和谐发展的英雄群体时代，通过教师的引导，应用活动单学习形成任何个体的学习过程要在小组中接受监督，个体的学习成果要在小组中完善，个体的学习形成的认知、能力和学科素养要在小组中进行展示，个体的物理水平要通过小组的反馈来提升的良好氛围。
2.2 利用教材，有目的性进行人格教育是塑造学生人格的保证
物理教学不是政治思想课，不可能脱离物理学科的特点一味地进行人格灌输，否则就是南辕北辙，换言之，物理教学中人格教育必须是渗透的，在增长学生的知识、智慧的同时，塑造学生的灵魂，完成教育人、引导人的使命，这就对物理教师提出高要求，要求教师从教材实际出发寻找合适的切入点，有针对性进行人格教育，例如，在光学复习课上，教师要求学生独立完成下面的作业。
人类对光学的认识过程上，由十七世纪牛顿的“____”和惠更斯的“____”，到十九世纪的“____”，再到二十世纪初的“____”，又再到如今更先进的“_____”。
答案：微粒说、波动说、电磁说、光子说、波粒二象性学说。
在学习人类对原子结构的认识，设计了：
在本世纪初段也经历了____“枣糕结构”理论到____的“核式结构”理论再到____结构理论又再到量子力学的“电子云”结构理论。
答案：汤姆生、卢瑟福、玻尔原子。
老师通过实例的引导让学生清楚认识物理学每一个认识阶段理论，都有实践基础和解说现象的成功方面，但又遇到实践上的困难与缺陷，而实践和认识的每一循环，都是认识进到较高一级的程度。
学生学习《欧姆定律》以后总有这样的感觉：定律得出多么容易，顺理成章，不理解为什么历史上建立这个定律时，会有那么多曲折和艰辛，有的同学甚至会认为：自己生不逢时等错误想法，教完相关内容后，我请同学们回忆一下，此前我们已经有了电流、电阻和电压的概念，并且掌握了测量电流和电压这两个物理量的仪器和方法，换句话说，课本研究的是电流与电阻、电压的定量关系，于是，在学完欧姆定律内容后安排了下面的阅读材料为以后的活动作铺垫，欧姆从1817年开始研究电学，当时只有直流电源——伏打电堆，没有电阻和电压的概念，更谈不上测量这些物理量的仪器了!欧姆将电现象与当时比较成熟热学规律类比，猜想导线中两点之间的电流大小可能与这两点间某种驱动力有关，他把它称之为“验电力”(就是今天说的电压)，但由于伏打电堆电流不稳定，实验没有成功，在他人的建议下，他创造性的将电流的磁效应和力学扭秤结合起来，成功制造了“电流扭秤”，把当时无法测量的电学量转化为力学量来测量了，才得出精确结果，更让人难以置信的是欧姆定律发表后并没有得到当时科学权威们的认可，直到他逝世两年后才引起了重视，
这样的处理不但使同学们对合理的类比、科学的猜想有了更深理解，同时让同学们体会到科学研究的艰辛，
2.3 创设情景，在体验中培养学生的个性品质使学生人格升华
物理教师要注意挖掘存在于物理学知识背后的那些活生生的实例，运用情景教学的方式，营造良好的氛围，增强教育效果，如教“磁生电”一节时，我是这样安排教学活动的：由奥斯特发现了电流的磁效应，我们应该联想到磁能够生电吗?科拉顿就是一位典型的代表，他也曾从事“感应电流”的研究，但很遗憾地与成功擦肩而过，只有法拉第对“磁生电”的研究痴心不改，教师为了让学生更好地体验法拉第的研
究过程，准备了当时法拉第所做的比较典型的三组实验作为活动一的内容，学生完成活动对实验结果后很惊讶，怎么电流表指针不偏转，没有电流产生呢?再向学生介绍法拉第发现电磁感应的实验装置作与活动二，并指导学生动手实验，观察到感应电流，最后引导学生总结产生感应电流的原因为：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁场，通过前后两组实验情景创设，在失败中总结，而最后获得了成功，通过学生自己的活动，再现前辈的研究情景，让同学们清楚知道：顽强的意志可以使人成就任何事业；人与人之间的最大差异就在于意志的坚定；创造性的思维往往对成功起决定性的作用。
充分发掘物理学史的人文资源塑造学生坚韧不拔的品格，物理学是一门基础科学，这是无数物理学家为之奋斗的结果，是他们坚毅品格的具体体现，例如介绍斯蒂芬，霍金。身残志不残，成为国际物理界的超新星，先要求学生以霍金为关键词，在百度中搜索相关材料，并在全班组织活动交流霍金事迹：他不能写，甚至口齿不清，但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”，尽管他那么无助地坐在轮椅上，他的思想却出色地邀游到广袤的时空，解开了宇宙之谜，他这种为科学而献身、为真理而奋斗的精神永远值得大家学习和称颂，在物理学的发展史上。涌现出了许多著名的物理科学家，他们不仅创造了世人瞩目的科学成就，而且他们的崇高思想、高尚品质、求实精神也教育和鼓舞了一代又一代人。
我们应注重通过物理教学加强学生的爱国主义教育，在物理教学中，通过介绍我国在物理学方面对世界的杰出贡献，激发学生的民族自尊心和自豪感，可以以中华民族对物理学发展做出了重大贡献为题，让学生自己查阅自春秋战国时期以来，我国对力、热、声、光、电、磁等方面有那些贡献，然后在全班交流；以沈括在《梦溪笔谈》中关于磁偏角的论述与比哥仑布1492年远渡大西洋时才发现磁偏角比较撰写科普说明文等活动，不仅可以激发学生学习物理的兴趣，还能使学生了解祖国的灿烂辉煌文化，树立民族自信心和自豪感，著名物理学家马克思·玻恩一彭桓武一周光召一吴岳良，他们在爱国情操和人格方面一脉相承，马克思·玻恩虽然是世界著名的理论物理学家，但他谦逊随和，待人诚恳，治学严谨；虽然博学多才，但从不居功自傲；虽然被迫离开德国，但对祖国一往情深，他的所有这些优秀品格在彭桓武、周光召、吴岳良身上都得到了继承和发扬，因此说，师承效应不只是对老师知识的继承，同时还是对老师道德情操和人格魅力的继承发扬。
抓住物理学家的名言、警句让学生演讲、朗读，让学生感受物理学家们的人格美、情操美，我常常请学生找出自己最喜爱的警句结合现实生活中的例子在学习小组内交流，然后各小组推荐优秀同学在全班演讲，火热气氛深深地感染了学生，悄然无声地进行健康人格熏陶，教师同样可以在教学过程中巧妙设计，适时插入名言、警句，不但为课堂教学增色，同时在润物细无声中熏陶学生，如在教《世界是运动》一节时，在完成教学任务并引导学生小结后，我利用课件出示一条横幅：大脑的力量在于运动而不在于静止!
在学生探究活动中对学生进行人格教育，如有一位同学在一本课外科普书看到一道题：新世纪中学“挑战极限”小组的四位同学遇到一个难题：根据活动安排必须在冷天里野外睡在地上，每人只有三张相同的毡子保暖，这三张毡子怎样分配使用最好?同学们议论纷纷：小李说：全部盖在身上；小丽说：全部垫在地上；小虎说：一张垫地上，两张盖身上；小笑说：两张垫地上，一张盖身上，到底哪种方案好呢?判断方案好与差的关键又是什么?首先根据生活常识引导同学分析排除小李和小丽的方法不对，否则人一定会因受凉而生病，针对后二种方法中到底选择哪一种为最佳方案?引导同学设计了两种方案，其一将热水袋注满沸水吊在空气中一定时间，用手触摸感觉，或用温度计测量其降低温度多少；再重新给热水袋装满沸水，放在地面上同样时间，再测其降低的温度，其二取热水袋注满沸水放在三张毡子之间，毡子一张垫地上，两张盖在热水袋上，一定时间用手触摸感觉，或用温度计测量得其降低温度多少；再重新给热水袋装满沸水，毡子两张垫地上，一张盖在热水袋上，二次时间相同，再测其降低的温度，这样的探究课题，学生在确定研究目标，提出假设，设计实验，得出结论等一系列活动中都会领悟“实践是检验真理的唯一标准”，同时也体验到实验探究的艰辛和快乐；还会有利于提升小组或团队的协作精神；实验方案多样性培养学生的创造力，发散思维，其实，探究实验还可以培养学生很多其它方面的素质，如培养学生规范，严谨的操作，养成良好的做事习惯；培养学生合理安排时间的统筹观念和动手能力；培养学生不怕失败、克服困难、持之以恒的精神；教育学生在实验完成后，要妥善处理材料，注意清洁，树立环保意识；利用实验探究还可以帮助学生克服依赖心理、胆怯心理、神秘心理，锤炼学生健康的人格。
精心选择习题，将活动单的巩固反馈环节设计成学生追求真、善、美的价值的舞台，活动中的巩固反馈必然会涉及题目的选择，选题不仅要达到巩固知识的目的，而且有意识的多选存在“价值观”思考的考题，培养学生各种社会意识，如：环保意识、节约意识、实事求是、尊重科学的意识等；同时要关注科学、技术、社会，如：温室效应、城市热岛效应、光污染、人工降雨、航空航天、西气东输、西电东送、南水北调等等；还应该注重对他人的关心、对社会的关心和对科学家所应有的崇敬，培养学生的人文素养，现代和将来的社会需要大批有真才实学，有文化底蕴的综合性人才，新《课程标准》把物理教学中要展现科学的人文价值列入目标，这是对教育本质认识的一次质的飞跃，教师巧选习题让同学们将学习物理知识与认识社会、解决与社会相关的物理实际问题相结合，培养其社会责任感和使命感。
关键词：概念教学；情境教学；先学后教；自主探究
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）05-0113
我国著名物理学家黄昆教授曾说：“客观的规律我们一般都是通过一定的科学概念去认识的，而这些概念本身就在一定程度上反映着规律的本质。”由此可见，物理教学中的概念教学是非常重要的。一直以来，物理教育研究者都非常关注概念教学，他们探索了物理概念的引入、建立、理解、深化、巩固和运用的基本教学模式。然而，在教学实践中，物理概念教学还存在一些问题：重视一般的物理概念教学研究，缺少对具体概念的研究；重视对概念教学的模式、方法、概念转变教学研究、概念学习中的思维障碍以及概念教学设计的研究，缺少理论和实践的创新；重视教学经验的总结或教学反思，缺少系统而深入的研究；相互借鉴的多，理论创新的少等等。
鉴于此，我们在教学中不仅要关注这些问题，还要以概念学习理论为指导，找到适合学生的教学方法和策略，力求理论与实际相结合，并结合自己的教学实践和《物理课程标准》、教学大纲以及高考要求，探索出物理概念教学的有效方法。
一、物理概念教学的重要性
要改善高中物理概念教学的现状，首先就要了解物理概念教学的重要性。
1. 物理概念是整个物理学知识体系的基础。纵观物理学内容，大体可分为物理现象、事实、概念、规律和理论。其中物理概念是物理规律和理论的基础。因为物理规律揭示了物理概念之间的相互联系和制约关系。如果学生对力、质量和加速度这几个概念搞不清，那就无法理解和掌握牛顿第二定律，更谈不上正确运用了。
2. 掌握物理概念是物理教学的关键。学生普遍感到物理难学，其症结之一就在于物理概念没有搞懂。他们只注重背定义、记公式、做习题，却忽视了对物理概念的理解，其结果必须是丰富的物理含义被形形的教学符号所淹没概念不清就会越学越困难。
3. 概念教学是物理教学中培养学生能力、开发学生智力的重要途径。学生形成、理解和掌握物理概念是一个十分复杂的认识过程。学生要通过观察、实验获取必要的感性知识，进而通过复杂的思维过程（分析与综合、比较、抽象与概括）把新事物与自己认识结构中原有的概念联系起来，从新旧概念之间的联系中运用概念去解释现象或解答问题，不断加深对概念的认识和理解。
二、新课程理念下物理概念教学的策略
1. 创设情景，营造学习氛围。物理概念一般比较抽象，对于缺乏理性认识的中学生来说，接受起来有一定的难度，但如果教师在教学过程中能通过创设恰当的情境来引导学生，那么就能帮助学生较容易地进入概念学习，还能充分调动学生对物理概念学习的积极性，使学生由好奇转变为爱好，由爱好转变为对物理概念知识的渴求。让学生在轻松、愉快、新奇、积极的心态中，积极主动地参与到教学活动中，能很快地掌握物理概念，取得良好的教学效果。例如，在高一物理教学中，加速度概念的教学是一难点。在教学实践中，笔者创设了这样的情境：磁悬浮列车以432km/h高速匀速运行了8s时间，蜗牛在10s内速度从0加速到0.1cm/s，让学生体验速度大与速度变化大是两个不同的概念，接着给出下列案例：普通轿车0100km/h用时20s；旅客列车0100km/h用时500s，让学生建立起速度变化相等时变化有快慢的初步概念。再给出例1：兰博基尼Murcielago跑车0100km/h加速时间4.0s。例2：麦克拉伦F1LM跑车0100km/h加速时间3.2s。让学生分析例1与例2──速度变化相同，如何比较其变化的快慢？通过这样的比较，学生在探究中逐渐形成速度变化快慢的基本概念，并掌握了如何比较的方法（控制变量法），一步一步地把学生带入“加速度”的物理情境，使学生对加速度的概念有了较清晰的认识。
2. 巧设实验，引发思维冲突。学生在学习物理概念之前已经具有对物理事实的认识，即前概念，前概念往往是不正确的，但这些前概念其实是一种珍贵的资源，它可以成为学生形成科学概念的生长点。那么，该如何让前概念成为科学概念的生长点呢？关键是剖析学生头脑中存在的前概念，让学生认识到前概念的不合理性。实验可以提供精心设计的、经过简化和纯化了的感性材料，使学生对物理事实获得明确、具体的认识。有了鲜明的感性材料后，当学生将自己原有的观点与事实进行比较时，必然会产生认知冲突。这是概念有效教学的起点，也是学生建构物理概念的起点。所以，为了让学生主动进行比较、建构，直到揭示概念的本质属性，设计一个好的实验是基础，例如直觉型实验。
往往是凭直觉经验，想当然地进行推理判断。教师可根据学生的这一特点，让学生先作出判断，然后再用实验验证，当实验的现象出乎学生的意料时，直觉的判断与实验事实之间的强烈对比，必然引发学生去积极思考。按如图所示电路连接，让两位学生手牵手分别抓住a、b两端，让学生们猜想闭合s会怎样？再猜想当s断开又会怎样？接着教师闭合s，过一会又断开s。这时参与实验的两位同学会突然甩手说，有电击的感觉。
学生猜测之后就急于想知道实验的结果，此时学生的注意力会高度集中。当s断开时，反而被电击，出乎意料的实验事实迫使学生去思考，接着引导学生建构“自感”概念就是水到渠成的事了。
3. 比较教学，提高学生的概念应用能力。按不同的划分标准，物理概念可分为矢量和标量、状态量和过程量、特性量和属性量等。掌握了概念的种类后，学生对概念就会有更深的理解。概念的种类是概念教学中不可或缺的一步，如果讲得不清、不透彻就会影响学生解决相关物理问题的能力。如讲授加速度概念时，首先让学生知道这是一个人们为了研究运动规律的需要，通过对运动现象的观察、分析、抽象概括出来的概念。再引导学生将（下转第122页）（上接第113页）加速度和速度两个概念用比较法进行分析。此外，提醒学生要明确加速度与速度、速度增量的联系与区别：加速度的方向决定于物体所受合力的方向，与速度增量的方向一致，但不一定与速度的方向一致；负加速度不一定就是匀减速运动，反之亦然。
此外，矢量和标量、状态量和过程量、特性量和属性量等等，都需要学生明确区分，因此，我们在概念教学中必须讲清其种类。如冲量是过程量也是矢量，密度是标量也是特性量等，可以提高学生解决某些特定情境中物理问题的能力。
4. 引入物理学史，让学生感知物理学的文化内涵。在教学实践中的难点，往往也是物理学发展史上长期未能克服的困难；历史上物理大师们与之辩论和斗争的错误观点，往往也保留在学生的概念之中，认识上的反复和曲折可以反衬出正确理解物理概念的重要。例如，“动量”和“动能”是物理学中两个极其重要的概念，它们都和质量、速度这两个概念有关。如果只讲述定义，即使详细罗列两者的区别，学生仍不能深刻领会这两个概念的物理本质。在分析具体问题时，经常会混淆不清，究竟是动量还是动能才真正是机械运动的量度呢？这个问题在物理学史上曾经有过长期的争论，在教学过程中如能恰当地引用一些物理学史资料，让学生在真实的历史背景下认识“动量”和“能量”这两个概念，有时会起到意想不到的效果。
关键词：初中物理；实验教学；学习热情；掌握基础知识；探究能力
物理中的定理、结论以及规律几乎都是从大量实验中总结与归纳出来的，因此，作为一门以实验为基础的自然学科，物理教学必须充分发挥实验教学的优势与功能。那么，实验对于更好地开展物理教学究竟有哪些重要作用呢？以下，我将结合自身的教学经验谈谈对这个问题的思考和认识，希望能对产生上述错误思想的物理教师更多的提示与帮助。
一、结合实验教学有利于调动学生的学习热情
教学实践表明，学习热情是促使学生充分发挥自身主观能动性的内在驱动力量，有利于推动他们自身积极、主动地吸收相关的学习知识。而物理教材中包含着众多新颖、有趣的小实验，这对于好奇心极为旺盛的初中生来说无疑具有极大的吸引力，从这个层面上来讲，物理实验不但有利于充分调动学生的学习热情，对于教师更好地开展各项教学活动、提高课堂教学效率同样有着极为重要的促进作用。
例如，在讲解大气压的相关知识之前，我在课堂上做了这么一个小实验：用一个杯子盛满水，在杯面上盖上一个硬纸片，用手按住硬纸片将杯子整个倒转，然后在班级里慢慢走动，让学生认真观看水的运动。这样一来，学生心里就会产生一个很大的疑问：“平常的话，只要杯子稍微歪一点，水就会洒出来，可是为什么如今整个杯子都倒置了，水却不往外流呢？”这就能极大地调动他们的学习热情和学习积极性，促使他们带着疑问与强烈的好奇心认真地进行这部分内容的学习，从而为提高课堂教学效率奠定了良好的基础。
二、结合实验教学有利于帮助学生加深对基础物理知识的巩固与掌握
初中物理虽然是物理学科体系的基础组成部分，很多学生觉得物理难学，究其原因在于他们认为物理的一些概念和规律既抽象又笼统，远远超出了他们的理解范围。就拿“力与运动的关系”来说吧，亚里士多德认为“力是维持物体运动的原因”，而牛顿却认为“物体的运动不需要力来维持，力可以改变物体的运动状态”，这就使得学生在学习时也是云里雾里，慢慢地也就不愿意学了，在这样的状态下，自然很难取得良好的课堂教学效果。
通过对自身教学的反思，我决定将一些小实验加入这部分知识的讲解中，力求帮助所有的学生都能充分理解与掌握这部分知识。
具体的实验步骤：
1.将一块长约60 cm、宽约50 cm的长方形木板水平放置，将滑块放在上面。用一根木棒推动该滑块，这时候滑块是运动着的；然后停止用木棒推动该滑块，滑块随即停止运动；
2.将一个小球放置在水平木板上，然后以同样的速度用木棒推动该小球。可以发现，即使停止推动小球的动作，小球还会往前运动一段距离才会停下来。
3.用木棒敲击滑块表面，滑块向前运动，即使停止敲击的动作，滑块还会继续往前运动一段距离。
通过上述三个小实验，学生很容易就能直接观察到三种情况下物体运动的情况，这样一来他们就能对亚里士多德与牛顿的观点形成鲜明生动的感官认识，有利于更好地掌握牛顿定律中关于“物体的运动不需要力来维持，力可以改变物体的运动状态”这一知识点的理解与掌握。
三、结合实验教学有利于提高学生的实际探究能力
《义务教育物理课程标准》提倡“自主、探究、合作”的先进学习理念，要求教师在日常教学中要“改变现有的教学模式，转而重视学生自主学习与实际探究能力的培养与开发……”
我将这一精神积极融入自身的教学实践中，并且取得了较为理想的教学效果。例如，在学习“看不见的运动”这部分知识时，我就要求学生做了如下的探究实验：
用10 ml的量筒分别量取10 ml的水和酒精，这样一来，两个量筒的总量为20 ml。接着，取一个20 ml的较大量筒，将10 ml的水和酒精充分融合，这时会发现，两种液体的总量根本就不足20 ml。
接着我就要求学生自由分组、自由讨论，总结出可能导致这种现象出现的原因。这样一来就在具体实践中大大提高了学生自身的探究能力以及归纳总结等各项能力。
世界著名物理学家李政道说：“物理学的基础是实验。”因此，作为一名优秀的初中物理教育工作者，我们在日常教学时必须将实验融入具体的教学中，充分发挥实验在物理教学中的优势与功能。只有这样才能切实调动学生的学习热情、帮助他们更好地巩固与掌握基础的物理知识，也只有这样才能真正将物理新课标关于“提高学生的自主探究能力”的精神与要求落到实处。
参考文献：
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[2]施永往.浅谈小实验在物理教学中的作用.教育教学论坛，2011（36）.
[3]孙义明，霍媛媛.利用实验提高物理教学有效性探讨.文理导航：中旬，2010（10）.
[4]訾爱国.以实验为主线组织物理教学[J].职业技术教育研究，2004（11）.
关键词：追求；流行；热爱
在今年春晚，有一首网络歌曲在干涸期流行起来了，成为了此次春晚的一个亮点――《老鼠爱大米》这首歌蕴含了一个故事，唱其简单，要真正理解其中的意思却很难。这是一个会令人感动的故事，歌词风趣和简单明朗的旋律唱响了每一个家庭。然而初中生的课本却很少有学生所喜欢的歌曲，但也并不是我们的课本过时了，课本中传统的歌丰富
因此，选取近年优秀的流行歌曲到中学生音乐课本里很重要，这不仅能够增添学生对音乐的乐趣，更能使音乐世界变得更加丰富多彩。然而，对于现存音乐课本的优秀音乐当中，我们应当给予保存，虽然这些歌曲现在离我们很遥远。但是，这也对我们音乐界起到一定的作用，更是人类精神的宝贵财富之一，我们都有义务传承下去，这也是历史赋予我们的义务和财富。
关于音乐创作问题，很多人都知道，学生的歌曲创作后的利润是很低的，而且，创作一首流行歌曲，经过包装，利润也就随之增长。再是，现在的儿童歌曲创作的人越来越少，创作流行歌曲的人却越来越多。音乐是科学，著名物理学家，钱学森曾经说过，他的许多科学构思和论断都是在聆听她的夫人蒋英演唱时感悟的。
在培养学生的综合素养的过程中，最终目的就是提升学生的审美素质，这一点往往被我们忽视，但是这一点最为重要。优秀的音乐作品能唤醒学生内心对爱的崇高渴望，对社会强烈的责任感，这些都要对学生进行音乐中真善美的认识和判断等相关内容的教育引导。在对学生的教育当中，引导占主导地位。让学生感受不同音乐之间的节奏和旋律的对比，教师通过讲解，让学生模仿节奏和旋律，通过实践，学生自然就对音乐的不同风格产生好感和兴趣。
人的嗓音，就是一种乐器，一件能用不用语言表现音乐的奇妙的乐器，人要做到能正确，科学的发声并利用好嗓音这件乐器表现音乐，了解嗓音生理结构和发声原理是前提。人的发声器大体由声带发生的，每个人的声音特点是不同的，除了有男声，女声，童声，高音，中音，低音之分外，还有音色，发音习惯，语言习惯的不同，另外还有生理和心理因素不同，因此，每个人在学习声乐的时候，建立正确科学的符合自己声音特点的发声体系是关键。在练习时，每一个发音都必须符合歌唱发声原理；声音通畅，气息流动，音色优美，自然动听，音量而不”伤嗓”是总原则。
优秀歌曲的数量无法保证，也是由于我们的教材更新时间根本无法保证，造成了我国中小学音乐教育外部设施的缺乏，使我国的广大地区的音乐教育形同虚设。这是我国的各级官员们特别是打着“孩子至高”应旗号的人们应该认真检讨反思的。我们中小学的音乐教学的目的到底是什么？当今我国的中小学音乐教材总体数量较多，而几乎每本教材都会谈到音乐基声音特点本理论、视唱、练耳等音乐专业课程，不是中小学音乐课就不该介绍这些内容，是在是因为其难度以靠近音乐专业本科教学难度。这一点似乎是受大浪潮（应试教育）的影响。学生们被填塞满了诸如音符、休止符、音阶、音程、和弦、调、调式、曲式以及数十种音乐记号，并视唱带有一个、二个、甚至三个升降号的曲调，听辨音程好感、和弦、调式，听写旋律，分析曲式等等。这种状况，使得我们的基础音乐教育培养了一批又一批由于无法逾越“双基”高墙而面对音乐产生自卑与冷漠心态的失败者。我们进行中小学的音乐教学的目的到底是什么？这是一个很难回答却也很好回答的问题。而如今，处于21世纪前沿的新一代的人民音乐教师还用这种老式的教学法那才是贻笑大方。首先，我们的了解音乐是一种怎样的艺术？音乐是一种听觉艺术，是把音按一定的规律组织起来，使人听之产生美感的艺术。既然它是听觉艺术，听也就是欣赏才是真正的“主角”。因此，我们的课程教学方向应该逐渐转向以欣赏为主的教学模式，我们开设音乐课的目的也就是培养广大学生的音乐感受能力，正如周大风同志在其《音乐教育改革刍议》中提到的那样“当务之急首先要改变幼儿园、小学、中学、师范学校的音乐教育的结构。改革‘以歌唱为中心，识谱为辅’，而代以欣赏、器乐、歌唱三者并重的音乐教育结构。尊重音乐教育艺术是以感受为特征的规律，让学生在课内课外多听民族的乐曲，……从小培养他们对民族音乐的感情和爱好。特别要注意‘听比唱更重要的规律’。”
认识到了现在所存在的问题后，我们的老师们应如何改良我们的音乐教学法呢？当代世界著名的德国作曲家，音乐教育家卡尔.奥尔（1895-1982）给出了明确的答案。这种用音乐和动作、舞蹈、语言紧密结合在一起的新的形式，是一种人们必需自己参与的音乐，即：人们不是作为听众，而是作为演奏者参与其间；它是先于智力的，它不用什么大型的形式，不用结构；它带来的是小型的序列形式、固定音型和小型的回旋曲形式。原本的音乐是接近土壤的、自然的、机体的、能为每个人学会和体验的、适合于儿童的。
数学是科学发展、人类文化发展的灯塔。数学，作为各级各类学校最广泛的学习科目，数学教育的意义不仅见之于物，还应见之于人。数学教育是培养人的活动，数学教育的价值首先应从认得发展方面去衡量。对所有研究和教授数学的人们来说，明了数学的人文精神教育价值是非常重要的。世界著名数学家福赛思以为“人类的崇高理想在各个时代和各个文明社会，一直激励着人们在凡是能发现或获得知识的领域寻求更多的知识。自从人类试图得到系统化知识以来，这门专与数字和公式打交道的科学就以其自身的缘故被不断地追求，因为人们可以从中得到无穷无尽的精神满足和消遣。数学的诞生是世界各民族的光荣。任何一门学科都有它的功利性，而数学的功利除了教会学生掌握这门工具之外，还必须通过人文精神的培养，使学生学会怎样做人，怎么立足社会。当然这不同于政治理论的灌输，更不是对数学知识贴标签，而是挖掘数学知识的思想内涵，将教育的内容渗透到知识的学习过程中。从某种意义上说，这也是深层理解和消化数学知识的需要，那么，数学教育中包括哪些主要的人文精神培养的内容呢？下面从四个方面加以研究。
1、创造精神的培养
开拓、创新精神是人的创造性的体现。在竞争异常激烈的社会，只有那些具有开创进取意识的人，才不至于被时代抛弃；只有那些永不满足，积极向上的民族，才可能永远立于不败之地。“我相信学校出来的学生，到了社会上，不能自动解决问题创造生活，那么学生变为字纸篓，教育变为废物。”“我认为人生之所以异于禽兽者，在其有无限的创造性。”创造素质是人类最主要、最宝贵、最高级的素质，人类正是通过创造这条途径来推动社会历史前进的。一个具有高度创造力的人是利他主义的，精力旺盛的，刻苦勤勉的，百折不挠的。创造，它能使人获得一种满足感，消除受挫感，因此给人提供了一种对于自己以及对于生活的积极态度。致力于创造精神的培养和教育，乃是教育工作者最大的责任和义务，而要启发人类独有的这种高贵的品质，莫过于妥善利用数学教育。
前苏联著名物理学家卡皮查认为，培养学生创造精神最合适的学科是数学和物理。纵观整个数学发展史，可以说就是一种创造的演化史。如果没有创造，没有数学家的创造活动，数学就不会发展，历史的时钟将会倒退数千数万年。贯穿于数学理论中的无限、非欧几何、极限、变量、微分、积分、概率等等，无不闪耀着创造精神的万丈光芒。就以无穷（或无限）的题为例，它“向人脑提出的挑战，激发了人类想象力，是思想中任何其他单个问题都无法比拟的。无限显的既生疏又熟悉，有时超出我们的领悟能力，有时又自然而易于理解。在征服它的过程中，人也砸碎了将自己束缚在地球上的镣铐。而为了实现这一征服，需要调动人得一切能力——人的推理能力，诗一般的想象力以及求知的渴望。因此，数学对培养创造精神具有独特的作用，作为数学教育工作者，只有充分展示数学知识的深刻内涵，实现对人的素质的培养，才能算是名副其实的教育家。
2、理性思维习惯的培养
“抛弃理性思维的倾向是群众不安定和政治不稳定的标志。”理性思维是一种历史的、科学的、富有哲理的思考，是批判的思维，是求异或创造性的思维，是一种在更高层次上进行的道德推理。在数学教育中，数学科学是培养人们理性思维素质最有效的学科。数学是人类思维所能达到的最严谨的理性。正是通过数学，引入了理性，从此人们才有可能开始靠理性，而不是凭感觉去判断是非曲直。由数学精神产生的这种理性、确定性、永恒的不可抗拒规律性等一系列思想，在人类文化发展史上占据了重要地位。
3、价值观教育
价值观是行动的基准。价值观念的扭曲是当代社会存在的一个严重问题，由于物质欲望的膨胀和道德价值的失范，导致了部分青少年为一种急功近利的浮躁心态所左右。如何教育学生确立正确的价值观、人生观，已成为整个教育工作者的重要课题，而数学教育在某中程度上可以为学生提供一种正确的价值和意义的体系，从而有助于为社会提供一种正确的人文主义导向。
著名数学家陈省身说：“如果一个人的目的是名和利，数学是一条捷径。”陈省身教授为了致力于数学研究，曾坚决辞去去美国数学会主席职务。我国著名数学家华罗庚在《述怀》中写到，“学术权威似浮云，百万富翁若敝履，为人民服务，鞠躬尽瘁而已。”并于1950年抛弃在美国优越的生活和舒适的工作环境，回到百废待兴的祖国，投身于发展中国的数学事业。这些著名数学家的爱国主义精神，无不感人肺腑。榜样的力量是无穷的，他们对帮助学生树立正确的价值观有着无与伦比的激励作用，这样的目的应该始终在数学的教与学中牢牢记住。
4、踏实细微良好作风的培养
踏实细微、严肃认真、精益求精的良好作风是人的高尚品质的具体呈现。“勿以善小而不为，勿以恶小而为之”。只有处处留心小事的人，他会忽略很多小事，他是不会成功的。小善不为，何成大善，细微之处，恰恰能反映一个人的精神面貌。1967年8月23日，前苏联著名宇航员费拉迪米尔·科马洛夫，独自一人驾驶联盟一号宇宙飞船，经过一昼夜的飞行，完成了任务，胜利返航。但当飞船返回大气层后，准备打开降落伞以减慢飞船速度时，科马洛夫发现无论用什么办法也打不开降落伞了。二小时后，在亿万电视观众的注视下，一声爆炸，飞船坠毁，民族英雄殉难。造成联盟一号坠毁的原因，就是因为地面检查时，忽略了一个小数点，这场悲剧，也可以叫做对一个小数点的忽略。学习数学的人一定都会有这样深切的体会，一个小数点的位置，倘若失之毫厘，必将谬以千里。这既生动的说明了自然规律如何，客观公正而又铁一般地起着作用，又说明了数学活动是何等需要严密谨慎，踏实细微、精益求精的工作作风。因此，长期的数学训练，对人的踏实细微的优秀品格的形成大有助益。
如何发挥数学的这种独特的教育价值，并应用它来淳张我们的人格，加强人文精神的培养呢，笔者认为主要应遵循以下三个原则：所谓渗透性原则，就是说这种教育不能流于空泛的说教，教师应努力挖掘数学知识中的人文性内涵，把人文精神的精髓渗透到教育各个环节，内化到学生的心灵深出。
在我们的地球上，客观物质世界经历了亿万年的沧海桑田的变迁，产生了人类和其头部的特殊物质——人脑种客观物质世界的对立物——主观精神世界。此后，历史又走过了几千年的人类文明史——生产斗争、社会阶级斗争和科学实验的峰火洗礼，由人类的大脑和双手的劳动制造出了人脑的异化物——智能机、智能装置、智能机器人——人脑化的新的物质形式。在经历了物质——精神——精神与物质相结合的新物质的对立统一、否定之否定螺旋上升的巨大的历史过程后，当今世界正处于一个科学技术、生产方式与人类社会三维巨变的突破口上，这个突破点就是最近几年世界上正在蓬勃兴起的纳米工程及其理论、技术基础——纳米科学技术，而其加速助燃剂则是智能工程及其理论技术基础——智能自动化科学技术。而这智能自动化时代到来的标志将是超高速、超大容量、软硬件统一基础上实现符号推理与神经网络相结合，模糊与精确相一致，能平行分布进行信息处理，能自我修复和再生，并能直接与人脑信息交流互存、光速运行的人脑型智能机的诞生、改进与完善，并向人类活动的所有领域伸展、渗透和全方位普及应用，就象今天的现代数字计算机一样。如果说现代数字计算机的广泛使用，促使当今人类社会爆发了空前、全面的革命的话，那么，全新概念的光速人脑型智能机在人类活动的所有领域的普及应用，必将使人类社会发生翻天覆地的魔术巨变，并将人类引向五彩缤纷的神幻世界。
‘自动化”原本是人类谋求自身从劳动生产以及客观世界的各种束缚中解放出来，不断地从必然王国走向自由王国的一把金钥匙。在经历了机械自动化包括液压与气压自动化)、电子电气自动化、计算机自动化的各个发展阶段后，当今时代正在向着智能自动化大步迈进。机械自动化与电子电气自动化逐步解放了人类的体力劳动，计算自动化则开始了人类解放脑力劳动的进程，而智能自动化将使人类向着全面彻底地解放所有的脑力与体力劳动”的方向迅猛前进。智能自动化将使人类的生产、工作、学习、生活及一切活动中形形的机器设备、仪器仪表、器件装置、用具物品都能根据环境条件与人类意志的需要和可能，具备不同程度的自学习、自适应、自组织和自修复、再生能力，以至达到一定程度的自我意识、自我完善和改进、自我全面优化各项性能指标的理想状态，从而能够具有观察、测量大、远至亿万光年外的宇宙天体，小、近至分子、原子和基本粒子的无限感知能力，它们与人脑型智能机紧密结合，将使人类的感知、意志和控制活动到达宇宙中的巨细万物，从而使客观物质与主观精神的结合螺旋上升到一个全新的‘人机结合”境界。现阶段，智能自动化的发展方向，正如我国著名科学家钱学森同志指出的那样，用定量到定性的综合集成方法”以现代‘多媒体”与‘炅境”技术为人机界面，逐步完成开放复杂的巨系统”的研制，向实现所谓大成智慧工程”的方向而努力。现今国际上，智能自动化”正在向‘专家系统”模糊技术和神经网络以至混沌、分形、小波等非线性科技相结合的方向发展。然而，人工智能符号推理的实质，模糊技术中模糊与精确转化与统一的依据，神经网络中以吸引子不动点、极限环或低维混沌吸引子)计算和存贮，实现网络状态收敛的实质以及高度复杂的非线性动力学系统，协同行为和集体计算的物理机制等一系列难解之谜的彻底揭开，这一切都将有赖于对‘人脑”信息处理的微观机制的奥秘的深入探索。目前国际上方兴未艾、应运而生的‘纳米科学技术”正是一条通往客观世界分子、原子幽深微观世界的神秘通道。‘智能自动化”科学技术将在这个幽深神秘的分子、原子的微观世界中起飞，实现一次革命性的质的飞跃。
2纳米工程与智能科技的相互推进
以往人类在所有科学技术领域里的研究探索工作，由于受技术手段的限制，只能从客观事物的宏观性能、属性以及其功能着眼，进行规划、计算、设计，而对于其微观机理的实质，只能以宏观现象为依据，作出一些假设、假说、公理，辅之以实验，实践的间接验证，以及理论的推理、证明，据之以开展研究工作。随着当今国际科学技术迅猛发展，1982年美国IBM公司的GBinnig和HRohrer在人类历史上第一次研制成功用于实际测量、传感、加工导体材料的分子、原子尺度三维位移、形貌的扫描隧道显微镜7TM)，并于1986年相继又研制出可以检测导体与非导体材料分子、原子尺度三维位移、形貌与作用力的原子力显微镜：FM)，从而为人类打开了分子、原子世界幽深神秘的大门，获得了1986年诺贝尔奖金，从而实现了30多年前，世界著名物理学家，诺贝尔奖获得者理查德费曼在美国物理学会一次年会上富有远见的报告中预言：人类可以用宏观的机器一步步地制造出越来越微小的机器，直至制造出分子尺度的机器，并用以在原子和分子尺度上操纵和控制物质，而且按自己的主观意愿排列原子，在原子水平上研究新的相互作用力、新颖的性质以及千奇百怪的效应，进而实现设计、构筑人类所需的形形、丰富多彩的物质和机构，制造微型化计算机，用大头针的头部记录大英百科全书的理想。于是，集分子、原子级精度的传感、控制、检测和加工技术于一体的、实用化的纳米工程”诞生了。
在21世纪，绝大多数今日的电子技术将为光子技术所代替，光子技术在大多数性能上远远超越电子技术，许多方面为电子技术所无法比拟。光速高于电子速度的几个数量级，这是未来生产力为今日生产力千万倍以上的物质根据，加之以智能自动化技术巨大的强化扩大作用，因此未来人类社会在物质生活方面的各方面需求由此引出的经济政治上的种种问题)将成为次要矛盾，而人们精神生活上的无限要求将可能要由人们高文化素质产生的高度理智来给予合理的规范。
首先，纳米材料学与纳米化学及相应的工程技术，将为新一代智能机制造出满足各种需求特性的、性能优异的功能性物质材料。例如德国萨尔布吕肯市的新材料研究所通过对纳米级微粒子进行处理，量体裁衣”式地改变材料或改善其性质，或把各种粒子排列方法编成电脑程序，制造出事先就确定其性能的材料。他们以此把金属变成半导体或光学材料，或制成极薄的透明涂料，涂在玻璃、塑料、金属、漆器或磨光的大理石上，使之具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能;也可使塑料眼镜片既轻又耐磨，又不会破碎;也可使窗户玻璃不易脏，在1000*高温下不溶化，而成本却大大下降。如今已研制出一批微粒材料，可用作光学电子计算机的光学开关，它可以没有移动动作，只通过光的材料变性作用，把光束导向各个不同方向。同时还在研制另一种纳米材料，可通过电化学反应，不经过燃烧，实现天然气到电能的直接转换，效率提高20+~30+，又减少了C〇2排放量。由此可见，人类控制材料性能的自由度大大增强了。
最近，我国科技工作者在纳米材料优异特性的开发工作中，取得了一系列有国际领先水平的成绩。例如长春应化所苏锹院士等研制成功在高能电磁辐射下，存贮、记忆文字图像的稀土涂料。武汉理工大学技术人员开发出能自动分解油污等有机物尘埃的不需清洗的自洁玻璃;中科院固体物理所开发出固载型纳米催化剂，用于亲水性有机硅合成，催化转化率达98+以上。又如中科院化学所江雷博士研究小组运用纳米模板挤压法研制成功，具有防雨水，透汗水的丙烯腈纳米纤维，双重功能的衣物，也可制作防水拒油污的自洁工作服纤维布。
再其次，纳米级计量、定位和控制技术为人脑智能机各功能部分的性能研究、计量、检验、测试扫清了障碍。例如用场离子束显微镜可测场散射;用扫描电子显微镜可测次级电子;用扫描隧道显微镜测电荷密度;用原子力显微镜测原子力和离子力;用扫描电容显微镜测表面电容;用差分干涉显微镜测光学反射，用纳米探针装置绘制原子、分子拓扑图和纳米级机构的结构图，以及用一种新型激光干涉仪实现位移测量的亚纳米分辩率0.6nm/LSB)、高稳定性2.5nm/day)、高线性(<1LSB和高跟踪速度=1000mmS>1)。纳米级的连续的或点对点高精度轨迹曲线的定位控制技术，这就为新一代人脑型智能机创造了研究、制造、检测的先决条件。其中应用最广泛的、低于1!)定位精度要求的定位机构的执行元件，是利用压电效应的压电元件和电磁元件，它与其它音圈、静压、电磁、静电执行元件相比，具有容量大，需电少，定位分辩率高，效力大，响应速度快等一系列优点。在控制技术上大多采用振荡电路、脉宽调制和电荷控制等闭环控制方法，也有的采用插入电容、软件补偿实现线性的开环控制技术。
在这方面，我国的科技工作者也作出了世界领先的骄人的成绩。例如我国廊坊标普纳米测控技术有限公司的研究人员在世界上独树一帜地开发出一整套九大系列数十个型号品种的微/纳米光电测控仪器，其应用范围遍及军用、民用、传统工业、现代制造业，技术上具有鲜明的中国特色，性能优于国外产品，价格低于进口产品，出口美欧等经济科技强国，在高科技产品领域为国争了光。
智能自动化正在强力促进生物与医学技术的高速发展。日本将从今年开始实施‘纳米医疗器械开发计划”。其具体开发项目有：直径1毫米的微型内窥镜等能够到达体内深处的微型医疗器械;能够观察蛋白质活动状态的超精细图象装置;能够高效地把药物送到病灶细胞的投药系统。
最近，上海复旦大学生命科学学院等单位已成功地建立了基因芯片制备及应用体系，其核心包括高密度基因芯片制作和应用、寡核苷酸基因芯片制备以及修饰基因芯片制备，并申请了核糖核酸逆转录反应方法、核糖核酸扩增标记探针制备法、基因芯片逆转录探针标记法等9项专利。更可喜的是中国科学院生化细胞所胡赓熙研究员在世界率先开发出‘多肿瘤标志物蛋白质生物芯片检测系统“一次只需抽0.5毫升血，通过分析芯片上十几种肿瘤标志物，便能在数十分钟内同时完成肝癌、肺癌、胃癌、食道癌等12种癌症的准确检测，大大提高了早期癌症的发现率，极大地提高了肿瘤患者的生存率。
纳米生物学对DNA基因调控的分子、原子水平的深入研究将大大有助于我们对未来全新智能机控制机制和系统结构的设计制造;而对纳米结构自组装机理的探索，则又将对未来智能机的自组织、自修复与再生功能的研究提供启发性思路。德国科学家在人类历史上第一次成功地用红外线技术拍摄了人脑活动细胞的影片。人们可以在影片中清晰地看到脑细胞正在转动和游走，还可以看到脑细胞对药物刺激所产生的反应。在一次人脑与计算机”的国际研讨会上，科学家们还交流了有关大脑与电脑连接的可行性研究。在此会上，奥地利一位科学家声称他已经试验成功地用大脑直接指挥电脑荧光屏的光标，即用思维指挥光标朝着任意需要的方向运动，并在一分钟内从字母表中选出字母，组成一个单词。这就表明人类已有可能让现代计算机具有人脑的部分功能，实现更高的人机组合”。在没有特定程序指挥的情况下，通过神经网络”学习并完成自己的工作。这也表明：在十多年前就曾想提出的通过人机知识相互交流互存形式，采用高速拷贝”方法解决人人必须重复经历几十年漫长岁月而强迫接受基础教育，并不断知识积累、知识更新，却并非人人自愿、而又是必须终身学习的问题。如果能通过精微的纳米量子智能机控制基因密码指挥人脑细胞的高速学习记忆过程，那么人类就不必人人经受几十年寒窗苦读”之苦了。德国与奥地利科学家的此类工作为智能自动化”的研宄掀开了新的一页。
还应指出的是，单电子晶体管”的研制成功还可能为人类更进一步把视觉伸向更深层的基本粒子如中子、质子、各类介子、中微子、光子、电子以至各种夸克粒子的内部结构打破坚冰，开通航道，正如今天我们人类已用集成电路半导体晶体管和电子透镜的巨大的放大作用，窥见到原子、分子的真实形貌一样。同时也使我们从人脑思维改造物质世界的巨大威力联想到了未来的光速以至超光速人脑智能机，与能感知宇宙巨细万物物理和化学性能的超微型仪器仪表直接连接，将产生的更加无法估量、难以想象的魔法神力。
