欧姆定律的概念范文

欧姆定律的概念范文第1篇

关键词：欧姆定律；理解概念；实际问题

欧姆定律是初中物理教材中一条很重要的电学定律，是电学内容的重要知识，也是学生今后学习电磁学最基础的知识。欧姆定律无论在理论上还是在实际生活中运用都非常广泛，可是对于初中生来说，学习起来有很大的难度，因此，作为一名物理教师，有责任教会学生怎样学好欧姆定律。下面是我在教学实践中的几点尝试，仅供大家参考：

一、引导学生理解概念内涵

学习欧姆定律的关键是从理解概念入手，因为多年的教学经验告诉我：很多学生能够准确地背诵欧姆定律公式，但不会对公式进行巧妙的运用，更说不上对公式进行深入理解了。这种现象往往导致学生在考试时经常出错，纵观我们的中考试题，很多题目涉及概念题，所以说理解概念是非常重要的。因此，在学习欧姆定律时，我这样引导学生理解欧姆定律：1.导体中的电流与导体两端电压是成正比的，与导体电阻是成反比的。2.在实际的电路中有几个导体，即使是同一个导体，在不同的时刻I、U、R值也是不同的，因此在运用欧姆定律时应看清是不是同一导体、同一时刻的I、U、R值。3.要明白是电阻大小的一个计算公式，不是决定式，如果某段导体两端的电压变化几倍，它的电流也随之变化几倍，因此，比值R是一个定值。

二、引导学生解决实际问题

在物理教学中，教师不只是让学生掌握教材知识，更重要的是引导他们运用物理知识来解决生活问题，学生只有把书本中的知识运用到生活当中，才能适应社会发展的需要。例如在学习欧姆定律时，我给同学们出示了这样一个问题：在开汽车时，听听音乐可以减轻司机驾车疲劳，使乘车人身心愉快，某汽车上的收音机基本结构如图所示，

初中物理中的欧姆定律对学生来说是一个难点，教师只有运用恰当的教学方法，学生才能有所收获。在今后的教学中，我将继续研究新颖的教学方法，进一步提高物理课堂教学效率。

参考文献：

[1]蒋国成.中考对欧姆定律的考查分析与复习指要[J].中学教学参考，2009（23）.

欧姆定律的概念范文第2篇

【关键词】物理；欧姆定律；问题；解题思路

欧姆定律是高中物理电学部分的核心内容，也是高考的重难点内容，同时欧姆定律掌握的好坏会直接影响我们的考试成绩，因此要多用时间将这块知识进行巩固，以取得更高的分数。

1在欧姆定律的学习中常遇到的问题

1.1欧姆定律的使用范围问题

在电路的实验过程中，我会出现忽略导线，电子元件与电源自身的电阻，将整个电路视为纯电阻电路的问题。而欧姆定律通常只适用于导电金属和导电液体，对于气体、半导体、超导体等特殊电路元器件不适用，但我们知道，白炽灯泡的灯丝是金属材料钨制成的，也就是说线性材料钨制成的灯丝应是线性元件，但实践告诉我们灯丝显然不是线性元件，因此这里的表述就不正确，本人为了弄清这里的问题，向老师进行了请教并查阅了相关资料，许多资料上说欧姆定律的应用有“同时性”与“欧姆定律不适用于非线性元件，但对于各状态下是适合的”。但我自身总觉得这样的解释难以接受，有牵强之意，即个人理解为既然各个状态下都是适合的，那就是适合整个过程。

1.2线性元件的存在问题

通过物理学习我们会发现材料的电阻率ρ会随其它因素的变化而变化（如温度），从而导致导体的电阻实际上不可能是稳定不变的，也就是说理想的线性元件并不存在。而在实际问题中，当通电导体的电阻随工作条件变化很小时，可以近似看作线性元件，但这也是在电压变化范围较小的情况下才成立，例如常用的炭膜定值电阻，其额定电流一般较小，功率变化范围较小。

1.3电流，电压与电阻使用的问题

电流、电压、电阻的概念及单位，电流表、电压表、滑动变阻器的使用，是最基础的概念，也是我最容易混淆的内容。电流表测量电流、电压表测量电压、变阻器调节电路中的电流，而电流、电压、电阻的概念是基本的电学测量仪器，另外，欧姆定律只是用来研究电路内部系统，不包括电源内部的电阻、电流等，在学习欧姆定律的过程中，电流表、电压表、导线等电子元器件的影响常常是不考虑在内的，而对于欧姆定律的公式I=UR，I、U、R这三个物理量，则要求必须是在同一电路系统中，且是同一时刻的数值。

2欧姆定律学习中需要掌握的内容

本人在基于电学的基础之上，通过对欧姆定律的解题方式进行分析，个人认为我们需掌握以下内容：了解产生电流的条件；理解电流的概念和定义式I=q/t，并能进行相关的计算；熟练掌握欧姆定律的表达式I=U/R，明确欧姆定律的适用条件范围，并能用欧姆定律解决相关的电路问题；知道什么是导体的伏安特性，什么是线性元件与非线性元件；知道电阻的定义和定义式R=U/I；能综合运用欧姆定律分析、计算实际问题；需要进行实验、设计实验，能根据实验分析、计算、统计物理规律，并能运用公式法和图像法相结合的方法解决问题。

3欧姆定律的解题思路及技巧

3.1加深对欧姆定律内容的理解

在欧姆定律例题分析中，我们比较常见的问题是多个变量的问题，以我自身为例，由于物理理解水平有限，且电压、电流、电阻的概念比较抽象，所以学习难度较大，但我通过相关教学短片的学习，将电阻比喻成“阻碍电流通行的路障，电阻越大路越不好走，电阻越小通过速度则快”的方式，明白了电阻是导体自身的特有属性，其大小是受温度、导体的材料、长度等各方面因素影响的，与其两端的电压跟电流的大小无关，并且明白了电阻不会随着电流或者电压的大小改变而改变。同时我们每一个人都知道对于不同的习题，解决步骤都是不相同的，虽同一问题会有不同的解题方法，但总是离不开欧姆定律这个框架。因此对于一些与电学有关的知识，我一般会利用欧姆定律解决电生磁现象与电功率计算问题。例如：某人做验时把两盏电灯串联起来，灯丝电阻分别为R1=30Ω，R2=24Ω，电流表的读数为0.2A，那么加在R1和R2两端的电压各是多少？我可以根据两灯串联这一关建条件，与U=IR得出：U1=IR1=0.2A×30Ω=6V，U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V，故R1和R2两端电压分别为6V、4.8V的结论。

3.2利用电路图进行进行计算

在解有关欧姆定律的题时，以前直接把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算，并把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻都代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算，因此经常混淆，不便于分析问题。通过后期老师给予我的建议，在解题前我都会先根据题意画出电路图，并在图上标明已知量、数值和未知量的符号，明确需分析的是哪一部分电路，这部分电路的连接方式是串联还是并联，以抓住电流、电压、电阻在串联、并联电路中的特征进行解题。同时，我还会注意开关通断引起电路结构的变化情况，并且回给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标，其中需注意单位的统一与电流表、电压表在电路中的连接情况，以及滑动变阻器滑片移动时电流、电压、电阻的变化情况。

3.3利用电阻进行知识拓展

本着从易到难的原则，我们可从一个电阻的问题进行计算，再扩展到两个电阻、三个电阻，逐渐拓宽我们的思路，让自己找到学习的目标以及方法。比如遇到当定值电阻接在电源两端后电压由U1变为U2，电路中的电流由I1增大到I2，这个定值电阻是多少的问题时，我们可利用欧姆定律的概念ΔU=ΔI・R得到电阻的值，而当难度增加由一个电阻变为两个电阻时，定值电阻与滑动变阻器串联在电压恒定的电源两端，电压表V1的变化量为ΔU1，电压表V2的变化量为ΔU2，电流表的示数为ΔI，在这样的问题上可将变化的问题转化为固定的关系之间的数值，就可简化许多变量问题的计算。当变量变为三个电阻时难度会进一步的增大，我起初认为这是一项不可能完成的任务，所以放弃了这类题，而在经过询问成绩优秀的同学时，才知道可将三个电阻尽量化为两个电阻，通过电压表与电流表的位置将电阻进行合并，以此简化题目。

4总结

简言之，欧姆定律是物理教材中最为重要的电学定律之一，是电学内容的重要知识，也是我们学习电磁学最基础的知识。当然，对于欧姆定律的学习与解题方法，自然不止以上所述方法，因而在具体的学习中，我们要立足于自身实际学习情况来进行方法的选取，突破重难点知识，以找到更好的解题思路。

参考文献：

[1]高飞.欧姆定律在串并联电路中的应用技巧[J].才智，2009（27）

欧姆定律的概念范文第3篇

关键词：欧姆定律 高中物理教学方法

一、教材分析

《欧姆定律》的内容，在初中阶段已经学过，高中阶段《物理》安排这节课的目的，主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识；体会物理学的基本研究方法（即通过实验来探索物理规律）；学习分析实验数据，得出实验结论的两种常用方法――列表对比法和图象法；再次领会定义物理量的一种常用方法――比值法。这就决定了《欧姆定律》教学的教学目的和教学要求。教学不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容，重点在于要让学生知道结论是如何得出的；在得出结论时用了什么样的科学方法和手段；在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的，从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。

《欧姆定律》的内容在全章中的作用和地位也是重要的，它一方面起到复习初中知识的作用，另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定了基础。《欧姆定律》实验中分析实验数据的两种基本方法，也将在后续课程中多次应用。因此也可以说，《欧姆定律》是后续课程的知识准备阶段。

通过《欧姆定律》的学习，要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围；理解电阻的概念及定义方法；学会分析实验数据的两种基本方法；掌握欧姆定律并灵活运用。《欧姆定律》内容的重点是进行演示实验和对实验数据进行分析。这是教学的核心，是教学成败的关键，是实现教学目标的基础。《欧姆定律》教学的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在电场一章中已经接触过，但学生由于缺乏较多的感性认识，对此还是比较生疏。从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量，还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式，从数学角度看只不过略有变形，但它们却具有完全不同的物理意义。有些学生常将两种表达式相混，对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清，要注意提醒和纠正。

二、关于教法和学法

《欧姆定律》教学采用以演示实验为主的启发式综合教学法。教师边演示、边提问，让学生边观察、边思考，最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论，教师可给予恰当的思维点拨，必要时可进行大面积课堂提问，让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点，也有利于充分发挥学生的主体作用，使课堂气氛更加活跃。

通过《欧姆定律》的学习，要使学生领会物理学的研究方法，领会怎样提出研究课题，怎样进行实验设计，怎样合理选用实验器材，怎样进行实际操作，怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和物理规律。同时要让学生知道，物理规律必须经过实验的检验，不能任意外推，从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。

三、对教学过程的构想

为了达成上述教学目标，充分发挥学生的主体作用，最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性，对一些主要教学环节，有以下构想：

1.在引入新课提出课题后，启发学生思考：物理学的基本研究方法是什么（不一定让学生回答）？这样既对学生进行了方法论教育，也为过渡到演示实验起了承上启下作用。

2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答。这样既巩固了他们的实验知识，也调动他们尽早投入积极参与。

3.在进行演示实验时可请两位学生上台协助，同时让其余同学注意观察，也可调动全体学生都来参与，积极进行观察和思考。

4.在用列表对比法对实验数据进行分析后，提出下面的问题让学生思考回答：为了更直观地显示物理规律，还可以用什么方法对实验数据进行分析？目的是更加突出方法，使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次高潮，通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨。

5.在得出电阻概念时，要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论，而应给予充分的时间，启发学生积极思考，并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢，可提问请学生回答或展开讨论，让学生的主体作用得到充分发挥，使课堂气氛掀起第二次高潮，也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象。

6.在得出实验结论的基础上，进一步提出欧姆定律，这实际上是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性，在此基础上可让学生先行，以锻炼学生的语言表达能力。教师重申时语气要加重，不能轻描淡写。要随即强调欧姆定律是实验定律，必有一定的适用范围，不能任意外推。

7.为检验教学目标是否达成，可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习，达到巩固之目的。然后结合课本练习题，熟悉欧姆定律的应用，但占时不宜过长，以免冲淡前面主题。

四、授课过程中几点注意事项

1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。

2.注意正确规范地进行演示操作，数据不能虚假拼凑。

3.注意演示实验的可视度。可预先制作电路板，演示时注意位置要加高。有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上，使全体学生都能清晰地看见。

4.定义电阻及欧姆定律时，要注意层次清楚，避免节奏混乱。可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出，而欧姆定律在归纳完实验结论后。这样学生就不易将二者混淆。

5.所编反馈练习题应重点放在概念辨析和方法训练上，不能把套公式计算作为重点。

6.注意调控课堂节奏，避免单调枯燥。

参考文献：

欧姆定律的概念范文第4篇

1.地位和作用

《欧姆定律及其应用》这一节在学生学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法及电流与电压、电阻的关系之后才编排的。通过这一节的学习，要求学生初步掌握和运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法，了解运用“控制变量法”研究物理问题的实验方法，为进一步学习电学内容打下一定的基础。

2.教学目标

（1）知识目标

理解掌握欧姆定律及其表达式，能用欧姆定律进行简单计算；根据欧姆定律得出串并联电路中电阻的关系；通过计算，学会解答电学计算题的一般方法，培养学生的逻辑思维能力。

（2）技能目标

学习用“控制变量法”研究问题的方法，培养学生运用欧姆定律解决问题的能力。

（3）情感目标

通过介绍欧姆的生平，培养学生严谨细致的科学态度和探索精神，学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神。通过欧姆定律的运用，帮助学生树立物理知识普遍联系的观点以及科学知识在实际中的价值意识。

3.重点和难点

重点：理解欧姆定律的内容及其表达式和变换式的意义，并且能运用欧姆定律进行简单的电学计算。

难点：运用欧姆定律探究串、并联电路中电阻的关系。

二、说学生

1.学生学情分析

在学习这节之前学生已经了解了电流、电压、电阻的概念，并且还初步学会了电压表、电流表、滑动变阻器的使用，具备了学习欧姆定律基础知识的基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系的认识是肤浅的、不完整的，没有上升到理性认识，需要具体的形象来支持。所以在本节学习中应结合实验法和定量、定性分析法。

2.知识基础

要想学好本节，需要学生应具备的知识有：电流、电压、电阻的概念，电流表、电压表、滑动变阻器使用方法，电流与电压、电阻的关系。

三、说教法

结合学生情况和本节特点本人采取以下几个教法：采用归纳总结法、采用控制变量法、采用定性分析法和定量分析法。

四、说教学过程

1.课题导入（采用复习设置疑问的方式，时间3分钟）

复习：电流是如何形成的？导体的电阻对电流有什么作用？

设疑思考：电压、电阻和电流这三个量之间有什么样的关系呢？通过简单的回顾、分析，使学生很快回忆起这三个量的有关概念，通过猜想使学生对这三个量的关系研究产生了兴趣，达到引入新课的目的。

2.展开探究活动，自主总结结论（时间37分钟）

根据上节探究数据的基础，让学生自主总结出两个结论：导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。

为了进一步得出欧姆定律的内容，可采用以下几点做法：各小组在教师指导下，对实验数据进行数学处理，理解数学上“成正比关系”“成反比关系”的意思，从而引入欧姆定律的内容；让学生思考用一个什么样的式子可以将这两个结论所包含的意思表示出来，从而引入欧姆定律的表达式。

3.说明事项

在欧姆定律中有两处用到“这段导体”，其意思是电流、电压、电阻应就同一导体而言，即同一性和同时性。

向学生介绍欧姆的生平，以达成教学目标中的情感目标。学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神，激发学生的学习积极性。

欧姆定律应用之一：通过课本第26页例题和第29页习题2和习题3，让学生自己先试做，然后教师再加以点评和补充，使学生理解掌握欧姆定律表达式及变形式的应用，达成教学目标的知识目标，充分体现了课堂上学生的自主地位。

应用欧姆定律解题时应注意以下几点问题：

（1）同一性

即公式中的U、I，必须针对同一段导体而言，不许张冠李戴。

（2）统一性

即公式中的U、I、R的单位要求统一（都用国际主单位）。

（3）同时性

即公式中的U、I，必须是同一时刻的数值。

（4）规范性

解题时一定要注意解题的规范性（即按照已知、求、解、答四个步骤解题）。

欧姆定律应用之二：探究串并联电路中电阻的关系。

（1）实验分析

在演示实验之前，要鼓励学生进行各种大胆的猜想，当学生的猜想与实验结果相同时，他会在实验中体验到快乐与兴奋，有利于激发学生的学习兴趣。

①演示实验

将两个电阻串联起来，让学生观察灯泡的亮度情况（变暗了），并说出原因（电路中的电流变小了，说明总电阻变大了）。

得出结论：串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大。

②演示实验

将两个电阻并联起来，同样让学生观察灯泡的亮度情况（变亮了），并说出原因（路中的电流变大了，说明总电阻变小了）。

得出结论：并联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。

（2）定性分析

（提出问题）为什么串联后总电阻会变大？并联后总电阻会变小？

得出结论：电阻串联相当于导体的长度变长了，所以串联电阻的个数越多总电阻就越大；电阻并联相当于导体的横截面积变粗了，所以并联电阻的个数越多总电阻就越小。

（3）定量分析

利用欧姆定律公式以及前面学过的串并联电路中电流和电压的特点推导串并联电路中总电阻的关系得出结论：（1）电阻串联后的总电阻R串=R1+R2+…+Rn；（2）电阻并联后的总电阻=+…+。

4.小结（4分钟）

（1）理解掌握欧姆定律的内容及其表达式

（2）运用欧姆定律解决有关电学的计算题以及探究串、并联电路中电阻的关系

5.布置作业（1分钟）

本节作业的布置主要是针对欧姆定律表达式及其变形公式的运用，并结合前面学习过的串并联电路中电流、电压的特点的一些常见题型加以知识的巩固。

作业：《课堂点睛》17页至18页的习题。

五、说板书设计

欧姆定律的内容：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。

欧姆定律的表达式：I

电阻的串联：R串=R1+R2+…+Rn

欧姆定律的概念范文第5篇

有效的教学应该是有序的，何为有序?对于具体的一节课而言，“起、承、转、合”几个环节环环相扣，相得益彰，那么概念图用于探究式教学的策略如何呢?

1教师精心准备

备课是上好一节课的前提，运用概念图组织探究式教学，首先就要求我们教师对教学内容需要的资源进行二次开发，尤其注重收集生活中的现象，借助于多媒体将这些资源呈现出来，既引出了探究课题，也激发了学生学习兴趣，多个有联系的资源同时呈现，这体现了构建概念图的意识和思想．同时，教学目标也可以借助于概念图完整地呈现．例如，探究欧姆定律，可以设置教学目标如图2所示．

2学生预习，初建概念图

课前预习对于一节课的学习效果而言，是至关重要的，学生通过自主预习对学习内容有一个大致的了解，那么这些内容之间及内容与原有知识之间存在怎样的联系呢?可以自己尝试着画概念图，将自己能够同化的概念课前消化一部分，同时将疑问暴露出来。例如，探究欧姆定律这节课，围绕中心概念“电流”，学生自主预习后可以构成如图3所示的概念图．

3新课引入，资源可视化

物理概念都理性化，为了便于学生内化和掌握知识，笔者认为我们课堂上给学生的学习资源一定要可视化，引入新课，可以用图片、录像、动画等媒体手段引入，也可以将自己收集到的资源以概念图的形式引入，展现给学生，帮助学生将新旧知识联系到一起．

4讲授新课，进行科学探究

探究式物理课学生的探究活动是主要内容，这个过程也是可以实现可视化的，可视化的思维过程让学生的实验方法有效地迁移到规律探究中来，当然这个过程要让学生自己来完成，切忌由教师越俎代庖，给学生留足思维的时间和空间，在学生思维出现困难时，给予必要的帮助或提示，将方法迁移过来，促使学生能够完成探究．例如，探究欧姆定律这节课，探究时涉及到控制变量法，那么如何探究呢?能够和前期哪些规律探究构成联系呢?引导学生边思考边构建概念图(图4)．

5归纳总结，完善概念图

欧姆定律的概念范文第6篇

近年来，“说课”活动在一些中学广泛开展，成为受广大教师欢迎的一种新型教研模式．“说课”不是简单的教案复述，而是对备课、讲课等各教学环节从教育理论上进行阐述，把执教者的教学设想，教学思想及其理论依据说出来，供同行商榷和交流。本文是我根据张宗一老师在一次全地区优质课评选活动中的“说课”整理而成。“说课”的内容是《欧姆定律》一节。下面介绍说这节课的过程。

一、教材分析

《欧姆定律》一课，学生在初中阶段已经学过，高中必修本（下册）安排这节课的目的，主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识；体会物理学的基本研究方法（即通过实验来探索物理规律）；学习分析实验数据，得出实验结论的两种常用方法――列表对比法和图象法；再次领会定义物理量的一种常用方法――比值法。这就决定了本节课的教学目的和教学要求。这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容，重点在于要让学生知道结论是如何得出的；在得出结论时用了什么样的科学方法和手段；在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的，从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。

本节课在全章中的作用和地位也是重要的，它一方面起到复习初中知识的作用，另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础。本节课分析实验数据的两种基本方法，也将在后续课程中多次应用。因此也可以说，本节课是后续课程的知识准备阶段。

通过本节课的学习，要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围；理解电阻的概念及定义方法；学会分析实验数据的两种基本方法；掌握欧姆定律并灵活运用．

本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析。这是本节课的核心，是本节课成败的关键，是实现教学目标的基础。

本节课的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过，但学生由于缺乏较多的感性认识，对此还是比较生疏。从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量，还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式，从数学角度看只不过略有变形，但它们却具有完全不同的物理意义。有些学生常将两种表达式相混，对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清，要注意提醒和纠正。

二、关于教法和学法

根据本节课有演示实验的特点，本节课采用以演示实验为主的启发式综合教学法。教师边演示、边提问，让学生边观察、边思考，最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏，给学生充分的时间进行思考和讨论，教师可给予恰当的思维点拨，必要时可进行大面积课堂提问，让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点，也有利于充分发挥学生的主体作用，使课堂气氛更加活跃。

通过本节课的学习，要使学生领会物理学的研究方法，领会怎样提出研究课题，怎样进行实验设计，怎样合理选用实验器材，怎样进行实际操作，怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律。同时要让学生知道，物理规律必须经过实验的检验，不能任意外推，从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。

三、对教学过程的构想

为了达成上述教学目标，充分发挥学生的主体作用，最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性，对一些主要教学环节，有以下构想：1．在引入新课提出课题后，启发学生思考：物理学的基本研究方法是什么（不一定让学生回答）？这样既对学生进行了方法论教育，也为过渡到演示实验起承上启下作用。2．对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答。这样使他们既巩固了实验知识，也调动他们尽早投入积极参与。3．在进行演示实验时可请两位同学上台协助，同时让其余同学注意观察，也可调动全体学生都来参与，积极进行观察和思考。4．在用列表对比法对实验数据进行分析后，提出下面的问题让学生思考回答：为了更直观地显示物理规律，还可以用什么方法对实验数据进行分析？目的是更加突出方法教育，使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次高潮，通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨。5．在得出电阻概念时，要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论，而应给予充分的时间，启发学生积极思考，并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢，可提请学生回答或展开讨论，让学生的主体作用得到充分发挥，使课堂气氛掀起第二次高潮，也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象。6．在得出实验结论的基础上，进一步总结出欧姆定律，这实际上是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性，在此基础上可让学生先行总结，以锻炼学生的语言表达能力。教师重申时语气要加重，不能轻描淡写。随即强调欧姆定律是实验定律，必有一定的适用范围，不能任意外推。7．为检验教学目标是否达成，可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习，达到巩固之目的。然后结合课本练习题，熟悉欧姆定律的应用，但占时不宜过长，以免冲淡前面主题。

四、授课过程中几点注意事项

1．注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。

2．注意正确规范地进行演示操作，数据不能虚假拼凑。

3．注意演示实验的可视度．可预先制作电路板，演示时注意位置要加高．有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上，使全体学生都能清晰地看见。

4．定义电阻及总结欧姆定律时，要注意层次清楚，避免节奏混乱．可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出，而欧姆定律在归纳完实验结论后总结．这样学生就不易将二者混淆。

欧姆定律的概念范文第7篇

关键词：电工基础 教学 技巧 细节

《电工基础》是一门基础学科，它的对象是中专机械专业学生，其内容必须与后续专业课相符合。其基本理论以必要够用为度，减少数理论证，以掌握概念、突出应用和培养技能为教学重点。通过该课程的学习，学生可获得基本电路、电与磁、安全用电，电工测量的基本理论、基本知识和基本技能。由于它有基本概念多、涉及知识面广、内容综合度高、课后实验实践性强等特点，所以在教学中要做到重点突出、深入浅出，使学生尽快掌握，不是一件简单的事。笔者就《电工基础》教学中的细节问题谈谈自己的体会。

一、调整顺序，整合内容，相似概念集中教学

《电工基础》的教学内容中有些概念十分相似，很容易混淆。如果只是按照教材内容的结构顺序讲述，这些相似的内容就会被割裂开来，让学生理不清关系，抓不住要领。如果打破章节顺序，把类似的概念放在一起相互比较、集中讲解，则可起到事半功倍的效果。例如，在“电磁与电磁感应”教学时，左手定则、右手定则和右手螺旋定则都处于不同小节，而这几个定则又都是在介绍其他概念时配合应用的，比较分散，形式又很相近，致使很多学生经常混淆这三个定则的用法。如果采用集中教学、横向比较的方法，就能解决这个问题。先把这三个定则同时列出，并区分它们的适用场合，即右手螺旋定则用于判断通电导线周围的磁场方向，左手定则用于判断通电导线在磁场中的受力方向，而右手定则用于判断导线切割磁力线后产生的感应电动势的方向。再针对不同的使用场合具体地分析大拇指所指的方向代表什么，食指的方向代表什么，手心手背又有什么作用等等。这样，学生对三个定则概念的理解和使用方法的印象就非常深刻了。

二、找准特点，编顺口溜，记忆知识事半功倍

在《电工基础》中有些知识点很零碎，不容易记忆。如果让刚刚接触这些东西的学生死记硬背的话效果很差，而且日子一长就很容易弄错。例如正弦交流电路中的纯电感电路和纯电容电路中的电流电压相位关系：两种电路中电流电压相位都是相差π／2，但谁超前谁滞后学生很容易记混。这时我们就可以用顺口溜“鸭绒（压容）慢慢飘，流感后来到”来帮助学生记忆--电容中电压滞后于电流，电感中电流滞后于电压。通过记忆这样有意义的的语句来强化对零散知识点的记忆，可以达到不错的效果。

三、采用比喻，化新为旧，帮助学生掌握知识

在《电工基础》课程中有些新概念不容易理解，学生学起来觉得比较吃力，所以往往对这些内容不感兴趣，如何帮助学生掌握这部分内容，往往要在教学中突出概念的理解性，采用比喻是一种让学生能理解掌握知识的好方法。例如，在讲解基尔霍夫电流定律和电压定律时，很多学生对支路、节点和回路的含义不理解，因而对掌握这两条定律感觉很困难。在教学中我们可以把支路比喻为城市里的街道，节点比喻成各个路口，回路比喻成环行路，而把电路中的电流比喻成城市里面的车辆。电流从一些支路流入节点（车辆从一些街道驶入路口），又从节点流向其他支路（车辆从路口驶出），流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和（有多少车辆驶入路口就会有多少车辆驶出路口）等等。因为学生对比喻出来的这些事物很熟悉，所以就能够很轻松地理解这些刚接触到的概念。

四、依据理论，联系实际，培养学生推理能力

在《电工基础》的教学中，除了合理选择教学内容外，还应突出教学的实践性，充分强调对实际的指导意义，思考分析理论在实际的具体应用。例如，在分析串联电路的应用时，学生对它的实际指导意义理解不深，我就补充举了个例子：有一个小灯泡额定电压为12V，额定功率为3W，要把它作为信号灯接到220V电路中，应该串联一个多大的电阻？可选的电阻有500欧姆、700欧姆、1000欧姆、1200欧姆四种。学生根据小灯泡的电压、功率，算出了小灯泡的额定电流为0.25A，电阻为48欧姆，再根据串联电路的电流0.25A和总电压220V算出串联电路的总电阻为880欧姆，最后将总电阻880欧姆减去小灯泡的电阻48欧姆得到832欧姆，即为应串联的电阻阻值。那么，能否选取最接近832欧姆的700欧姆呢？答案是否定的。因为如果选了700欧姆的电阻，串联后流过小灯泡的电流为0.29A，超过了它的额定电流，这是不允许的。在这个问题中前面算出的额定电流在实际应用时隐含的条件是只能小于等于它，而不能大于它。选取1000欧姆的电阻串联后，虽然电流下降到0.21A，小灯泡的亮度有所下降，但却能保证电路设备安全。

在《电工基础》的教学中善于引导和充分发挥学生的想象力也是十分重要的。在讲串联电路中电压和电阻成正比的关系时，我突然问了这样一个问题：如果两个电阻串联，其中一个电阻特别大，大到了无穷大，也就是断开了，那么在断口处的电压是多少？有的学生感到茫然，有的学生说那就没有电压了。其实这个问题可用动态抽象的电路去想象――在那个逐渐变大的电阻两端接上电压表一直监视，则电压表读数必然会越来越大，最终电压表的读数必然与电源电压相同。这就是为什么电线断线后如果有人碰到就会触电的原因。引导学生联系实际，让学生自己去推理解决问题不仅能加深学生对概念的理解，也能调动学生的学习积极性，让他们感到学的东西有用。

五.重视实验，培养技能，提高学生动手能力

《电工基础》是一门与生产实践联系很紧密的课程，是培养学生动手能力的重要环节，需要充分调动和发挥学生的主观能动性。必须扭转学生重理论、轻实践的倾向，加强对学生实验技能的培养。以往学生上实验课，都是由实验教师讲解后，按照给出的电路图接线，规定的实验步骤操作，画好的表格填写数据这样一种老是依样画葫芦的办法进行，束服了学生的手脚，所以，在讲解一些实验的共性问题时，比如针对实验内容怎样画好电路图、怎样选择仪表、如何操作、如何处理数据、如何书写实验报告之类问题进行介绍，并且举例示范。在以后的实验课中，要求学生在课下根据实验题目自己拟定实验方法、实验步骤以及所需使用的仪器设备。在上实验课操作之前，教师先进行检查，如发现问题和学生一起讨论，解决问题，然后学生进行独立操作，测出实验数据，最后写出完整的实验报告。这种办法有利于培养学生动手、动脑的习惯，提高学生实际操作和研究问题的能力。

总之，在《电工基础》教学过程中有很多有趣和耐人寻味的细节问题，只要我们多观察、多思考、多联想、多实践，就能使这门专业课生动、富有吸引力，使更多的学生喜欢它。

参考文献：

［1］柳青.《电工基础》教学方法的改革［J］.机械职业教育，2001(4).

［2］张江城.电工基础［M］.南京:东南大学出版社，2005.

［3］陶月强.浅谈《电工基础》课程的教学方法［J］.职业教育研究，2004(4).

欧姆定律的概念范文第8篇

在深化教育改革、全面推进素质教育的今天，各学科都在实施新课改，目的是培养高素质的人才。新课改促使我们教育工作者的教育思想发生革命性转变，从应试教育向素质教育转轨，这是中国教育发展的必然趋势。初中物理作为培养学生科学素质的一门重要课程，其教学现状与素质教育的要求有一定的差距。相当一部分学生对物理知识的学习及分析问题和解决问题的能力也还存在一定的问题，这也是当前物理教学中开展素质教育的一个障碍。新课程标准下的物理教学，作为教师应树立一切为学生的发展的教育思想。在教学中要关注每一个学生，注重学生的全面发展，提倡学习方式的多样化。在教学中教师要充分调动学生学生的积极性、主动性和创造性，激励学生最大限度地参与到教学中去，全面提高学生的素质。

二：班级基本情况分析

本学期的几个班通过上学期期末考试看，每个班的学生成绩 差距大，好成绩的学生少，学空生较多，上课时学生的积极性不高，不够灵活，有极个别学生上课不听课，课后不做作业，没有形成良好的生活和学习习惯。这就需要在以后的教学中进一步改进教学方法，优化课堂教学，激发学生学习兴趣，创新学生的思维，圆满完成教学任务。

三：教学内容分析

本学期教学时间共计二十二周，除去节假日，实际授课二十一周，教学时间紧张，教学任务繁重。本学期的教学内容从第十三章到第十八章共计六章，前两章为热学内容，后四为电学内容，这些内容比较抽象，特别是电路图分析对学生更是困难。

第十三章和第十四章内容有：分子热运动、内能、比热容、热机、热机的效率、能量守恒定律。这些内容是在学习了机械能的基础上，把能量的研究扩展到内能。教材首先介绍物质是由分子组成的，通过扩散现象引出热运动的概念，在分子动理论的基础上说明内能是所有分子热运动动能和势能的总和，通过实验说明热传递和做功都可以改变物体内能，并引出热量和比热容的概念。通过实验探究活动加深对比热容是物质的一种特性的理解，教材列出比热容表，让同学们知道水的比热容最大在实际生活中的应用，要求同学们能进行简单的热量计算。内能的利用教材中重点讲了热机的例子介绍热机的结构和工作原理。最后给出了能量守恒定律，这一节是对本章及以前所有的物理知识从能量观点进行的一次综合。

第十五章的教学内容是学习电学概念和规律的基础，生活中又经常用到，所以在讲解知识技能的同时，特别应该强调过程与方法的学习。教材尽可能多的联系是实际，提倡多动手，由学生经历与科学工作者进行科学探究相似的过程，体验科学探究的乐趣，领悟科学思想和精神。“电流和电路”的基本概念和它们在电路中的基本规律是本章的核心。

第十六章主要学习电压和电阻。“电压、电阻”是初中电学的重要内容，是学习电学基本规律的必备知识。本章是在学习“电流和电路”知识的基础上对电学知识学习的深入，是进一步落实课标标准，培养学生科学素质的必然要求。电压是电学三大基本概念之一，是学习欧姆定律的前提和基础，电压表的使用和变阻器的使用又是学生探究电学基本规律，进行后续电学知识学习的保障。

第十七章主要学习欧姆定律。欧姆定律是初中电学知识的基础和重点，处于电学的核心地位。欧姆定律是电流、电压和电阻之间关系的体现，也是学习下一章“电功率”的基础，同时也是学习高中物理中的闭合电路欧姆定律、电磁感应定律、交流电等内容的基础。本章通过探究电阻上电流跟电压的关系，明确电流、电压、电阻的关系，在探究结果的基础上得出欧姆定律。并利用欧姆定律对串、并联电阻的规律进行定性的分析。通过测量小灯泡的电阻的方法，探究测量导体的方法，这是欧姆定律在解决实际问题中很好的应用。通过这些探究活动，让学生领悟探究的全过程，特别是对实验的评估和对实验数据的分析，进一步学习利用控制变量法。

第十八章主要学习电功率。本章是在学习欧姆定律的基础上，把电学的研究扩展到电能和电功率，是对电学基本规律学习的深入，是电学规律的大综合，是初中电学知识的终极目标和核心。本章包括“电能”和“电功率”这两个重要的物理规律。同时介绍了电热的作用和有关安全用电方面的知识。从课程标准要求上看，这些内容都是初中电学的重要内容，同时电功率也是初中电学中最复杂的内容，是电学中的重点、难点。

四：教学措施

1：加强师生情感的交流，建立和谐平等的师生关系。“教”的目的是为了学生能够主动，积极地“学”。只有教师热爱学生，才会主动了解、关心学生。而学生又会从内心感激老师的帮助和指导，这样激发了学生奋发学习的精神，让学生主动地学，高兴地学，愉快的学。

2：运用多样化的教学方法，增加学生的学习兴趣。新课程物理教学方法多样化是时代的需要，在物理教学中可采用实验探究法，问题讨论法，调查事实法等。尤其实验教学应突出实验、观察与操作的趣味性，进而转化为学生的积极求知欲。

3：开展多样化的课外活动，巩固课堂学习内容。教学的空间不要只局限于课堂，教学模式也不再是那种上课由老师灌，课下围着习题转的传统的教学模式。中学生有一定的自主性，他们乐意按照自己的思维行事，解决问题。教师应尽量满足他们的要求如建立航模组、板报组、无线电小组、小制作组等让物理走进生活。使学生在实践中受到锻炼，增长才干，让物理爱好者充分发挥特长。

4：对学困生给予特别的照顾和关心，努力做好后进生转化工作。在教学中努力与中差生多相互交流如提问时容易回答的问题让他们回答，及时表扬，鼓励。为中差生多创造一些与好生参与学习的机会。

五：附教学进度表

周次 起讫时间教学内容课时备注

19.1---9.713.1分子热运动

13.2内能1

实验

29.8---9.1413.3比热容

复习及测试2

1中秋节

39.15---9.2114.1热机

14.2热机的效率1

49.22—9.2814.3能量的转化和守恒

复习第十四章及测试1

59.29---10.5国庆长假

610.6--- 10.1215.1两种电荷

15.2电流和电路

710.13---10.1915.3串联和并联

15.4电流的测量1

1月考

810.20-10.2615.5串、并电路中电流的规律

复习第十五章测试1

1+1

910.27—11.216.1电压

16.2串、并电路中电压的规律1

1011.3—11.916.3电阻X 16.4变阻器1

1111.10-11.16复习第十六章测试1+1

1211.17-11.2317.1电流与电压和电阻关系

17.2欧姆定律1

1311.24---

11.3017.3电阻的测量

17.4欧姆定律应用1

2月考

1412.1—12.7复习第十七章测试1+1

1512.8-12.1418.1电能、电功

18.2电功率 1

1612.15—

12.2118.3测量小灯泡的电功率

18.4焦耳定律

1712.22-12.28复习第十八章测试1+1

1812.29—1.4复习热学内容 元旦

191.5—1.11复习电学内容

欧姆定律的概念范文第9篇

1.欧姆定律的理解问题

欧姆定律是电力计算的基础，在初中阶段我们只是简单地对欧姆定律做一些介绍，但是许多同学还是对于基本概念问题感到疑惑，如果学生在欧姆定律的基本概念上犯了错误的话，将会对于今后的学习生活带来更大的错误．欧姆定律的内容是，在同一段电路中，通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与电阻成反比．随着社会快速的发展，欧姆定律逐渐被人们看重，世人也逐渐明白欧姆定律的重要性．在初中物理中，老师主要建立学生对于欧姆定律的根本认知，让学生了解定律中的内涵，在变换知识重点时也可以迎刃而解．欧姆定律只适用于最简单的纯电阻电路，但是这在初中范围内已经十分实用了，不考虑在工作时的损耗，电能直接转化为内能．在解决欧姆定律的问题时要使用标准的国际单位制，单位使用伏(V)、安(A)、欧(Ω)．例如在题目中对于欧姆定律的公式进行进一步的理解，在电流流过时改变长短、改变横截面积、改变导线的材质等方法，这些因素是否会改变导线的电流变成了学生和老师进行探讨的课题．根据公式，改变横截面积与改变导线的材质会使电流的大小改变．电阻的概念问题是学生学习的重点与难点，很多同学不知道电阻其实是导体本身的属性，取决于导体本身的材质与属性，电阻值只是为了计算时方便使用的一种计量单位与外加的电压与电流并没有什么关联，所以要改正学生所想的电阻随着电压改变的错误观点，要及时在学生的脑中建立正确的物理概念．

2.基本概念的应用问题

欧姆定律中的基础元件其实很简单就是导线中的电阻，欧姆定律中主要讨论的就是电压、电流与电阻三者之间的关系，要理解他们之间的关系，让学生理解电流随着电压与电阻的变化而变化，对于多个变量的问题要尽量将变量统一成为一个，这样方便学生对于事物的处理能力，在初中学习生活中要使学生尽量掌握这种方法帮助解决其他的物理问题，当学生掌握这些知识时，可以进一步地学习电学知识和简单的电力计算，这也是初中物理的重点知识．在基本元件使用时，学生要注意电阻在电路中是串联还是并联，在使用情况不同的场景下，电阻所起到的作用是一样的，但是电流与电压的关系却恰恰相反．在并联的情况下，每条支路的电流总和为从电源出来的电流，这条定律在现在大学的知识中依旧使用，只是变得更加高级———在一个节点流入和流出的电流之和为零;并联电路的电压都是相同的．在串联的情况下，回路中的电阻的电流都是相同的，电压根据电阻进行分压．在使用基础式子时，学生要理清串联与并联之间的关系，通过变量之间的关系才可以记住繁琐的知识点．在题目中我们经常看到通过改变支路的个数或者电阻的个数来讨论电流与电压的大小，经过这样的问题，我们要时刻保持警惕，清楚准确地了解并联与串联的关系导致电流电压的不同．

3.基本元件的使用问题

在初中物理知识中，主要使用的基本元件是电流表、电压表和变阻器，这些元件是最基本的，不仅仅要在题目中能分辨出它们，还要在现实生活中可以自在地使用这些元器件．这些内容是学生无法立即掌握的知识，要经过长时间的演示才可以让学生明白这些仪器的使用与操作．这项工作要直接将学习的内容建立在学生的头脑中，不要让学生对于这项实验有误解，不带有一丝疑问地学习下去，认真地做好演示．在研究方法上我们将选择在上述中说过的控制变量法，对于所拥有的三个变量进行限制:如固定电阻不改变，研究电流与电压的关系;固定电压不变，研究电流与电阻的关系，在这样的情况下我们才可以看清变量之间的实验关系．要直接在电源的正极开始，按照正极入、负极出的原则进行接线，要将线路连接起来形成一个闭合回路，电压表要并联在电阻上，这样不会使线路断路，不要忘掉电源和滑动变阻器在线路中的重要作用，可以根据真实的题目来进行连线．这时候电流表所显示出来的数为所接线路上的电流值，电压表所显现出来的数字为所并线路上的电压数值．

4.欧姆定律的变量问题

在初中物理的欧姆定律的讲解中，变化量的问题往往是难住学生与老师的一类的题型，难住学生使学生无法在知识中找到有效解决这类问题的方法，难住教师是因为教师因为这类题目过于繁琐，无法将这类知识有效地、系统地将学生教会，所以找出有效的方法教给学生是解决变量问题得分少的方法．本着从易到难的原则，先从一个电阻的问题讲起，再扩展到两个电阻、三个电阻的情况，在此基础上逐渐拓宽学生的思路，逐渐掌握所学知识，让学生找到学习的目标以及方法．当定值电阻接在电源两端后，电压由U1变为U2，电路中的电流由I1增大到I2，这个定值电阻是多少呢?很简单利用欧姆定律的概念就可以解出ΔU=ΔI•R，通过这个公式可以得到电阻的值．当难度增加时，由一个电阻变为两个电阻，定值电阻与滑动变阻器串联在电压恒定的电源两端，电压表V1的变化量为ΔU1，电压表V2的变化量为ΔU2，电流表的示数为ΔI，在这样的问题上将变化电阻上的电压与电流之比转化为定值电阻上电压与电流之间的关系就可以了，将变化的问题转化为固定的关系之间的数值，明显地简化了许多变量问题的计算．当变量变为三个电阻时，难度进一步的增大，大部分学生认为这是一项不可能完成的任务，大部分学生放弃了这类题，在遇到这类问题时我们要将三个电阻尽量化为两个电阻的问题，在这个问题上学生可以恢复自信心，跨过思维障碍．通过电压表与电流表的位置，将电阻进行合并，这样不管有多少电阻都可以化简为两个电阻，这样学生会感觉题目简单多了．

5.实验中遇到的问题

在做实验的时候，我们在碰到复杂的电路时，很难将线路在实验台上理清或是自己设计实验电路是没有思路，不了解线路是怎样的，无法在原有的知识上将思维进行发散，让自己的思维投入到更深层次的知识学习中，在每做一步实验步骤时要仔细想一想，这一步会对实验线路有怎样的影响，不要只是照葫芦画瓢，只知其然不知其所以然．学生在实验时会遇到许多他们无法预测的问题，在遇到问题时不要惊慌，仔细分析，当解决一类问题时，学生的激情就会提升上来，会使学生解决问题的能力提升，所以改变这一问题的根本方法就是提升学生的自信心以及对待问题的好奇心和决心．对待问题要举一反三，进行逻辑思维，对于电路要进行不断的猜想，这样得到的结论才是有意义的，学生通过猜想与假设的阶段，即使不成功也会提供给自己不少的经验，在实验中找经验才可以提升自己的能力．学生之间也要有沟通和交流，让彼此的思想互相交流一下，有助于电路的优化，群策群力帮助学生得到更好的学习效果．

欧姆定律的概念范文第10篇

一、抓规范解题

就是把学生在解题过程中表现出来的种种问题，有针对性地评出优劣。不少学生答题往往与要求不符，或答题不规范，这是由于读题不认真、审题不准。要正确地指导学生读题、审题，抓住题意关键，寻找答案突破点。例如：一物体重3.92牛顿，体积为500立方厘米，将物体放入水中静止，求该物体受到的浮力。许多学生根据浮力计算公式F浮=p水gV排=1.0×103千克/米3×9.8牛／千克×500×10-6米3=4.9牛，最后得出物体受到的浮力为4.9牛。

造成此错误答案的原因是审题不透彻，不能灵活运用沉浮条件而机械地套用公式。正确的思路是算出F浮=4.9牛，由于F浮＞G，故物体上浮，最终漂浮在水面上，由此物体静止后受到的浮力F浮=3.92牛顿。

这样，针对学生解题中出现的问题给以透彻的剖析，做到有的放矢，能提高学生解题的准确性、规范性。

二、抓解题方法与技巧

近年来，中考试题的容量、信息密度越来越大，只有掌握了解题方法与技巧，才能提高解题效率。如选择题常用一些“排除法”、“极值法”、“等效法”等。例：将阻值分别为5欧姆、20欧姆的两个电阻并联，其总电阻是（　）。

A、5欧姆　B、20欧姆　C、25欧姆　D、4欧姆

针对该题，大部分学生都能根据并联电路的特点进行计算，得出答案4欧姆。但是个别同学独辟蹊径，利用“并联电路的总值小于每个支路电阻”的性质，不计算而直接看出答案D。教师日常教学中要针对题目的特点，鼓励学生多动脑，激励其求异思维的发展，善于总结技巧经验等。

三、抓联想，抓对比

要引导学生展开联想，对题目中用到的知识与以前学过的知识进行联想、展开对比。通过联想，对一些相关知识进行思维加工，扩大知识面，将新知识纳入已有的知识体系中；通过对比，对一些相近知识进行区分比较，寻找异同点。

欧姆定律的概念范文第11篇

关键词：概念和规律；必然性；创设情境；适用范围

物理知识中最重要最基本的内容是物理概念和规律，它们是整个物理知识的基本组成元素，学好物理概念和规律，并使学生的认识能力在形成概念和掌握规律的过程中得到发展，是物理教学的首要任务。物理概念和规律是人类在探索物理世界过程中，在大量观察实验的基础上，运用逻辑思维的方法，把物理现象，物理过程的本质属性加以抽象、概括形成的。任何概念和规律的形成并非一蹴而就，都需要一个发展的过程，其发展、完善的过程不乏有过程的科学分析，研究方法的确立以及人文价值的体现，这都是新课程标准的基本理念中的内容。

物理概念和规律的教学，一般要经过四个环节：引入概念和规律的必然性，建立概念和规律的过程，讨论概念和规律的适用性， 应用概念和规律解决问题的思路。

一、引入概念和规律的必然性

每一个概念和规律的引入都有它的必然性，当我们研究问题时用以前的概念和规律无法解释时，这就为概念和规律的引入创造了必然性，例如：在引入速度时，根据学生的生活经验，体育课100米赛跑，班里谁最快？汽车与骑自行车同时开始，哪个快？学生用时间或路程比较物体运动快慢，当甲同学跑150米用30秒， 乙同学270米用50秒，甲乙谁快？此时用时间或路程比物体运动快慢就不可行，就需要建立速度的概念来说明问题。

引入概念和规律的核心方法是创设物理情境，提供感性平台，概念和规律的基础是以感性现象为出发点，通过对具体的物理现象及其特性进行概括、提炼、归纳、汇总，才能形成概念，对于物理现象变化规律及概念之间的本质联系进行概括、归纳，就形成了物理规律，因此，教师要给学生提供丰富的感性素材。可以运用实验来展示感性素材的物理现象和过程，利用直观教具，利用学生已有的生活经验，以及学生已经学习过的知识来展示感性素材，让学生从这些不同的运动过程中，找出共性，从而概括定义。为形成概念、规律而选用的事例，必须是包括主要类型的，本质联系明显的。

二、建立概念和规律的过程

物理概念和规律是人脑对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物，在获得感性认识的基础上，提出问题，引导学生进行分析、综合、概括，排除次要因素，抓住主要矛盾，找出一系列现象的共性、本质属性，才能使学生正确形成概念。如功的概念的建立，是通过大量的生活情景，引导学生找出这些过程的共性，即不论哪个过程，都要有一个力，且物体都沿着这个力的方向移动一段距离。从而提炼出“功”的定义，在对共性进行概括和提炼时，教师要有意识引导学生突出本质，摒弃非本质，才能建立起正确的概念与规律。

三、讨论物理概念和规律的适用范围

教学实践证明，只有学生真正理解了的东西，才能牢固地掌握。因此，在物理概念和规律建立以后，还必须引导学生对概念和规律进行讨论，以深化认识。一般要从以下三个方面进行讨论：一是讨论其物理意义，二是讨论其适用范围和条件，三是讨论有关概念和规律间的关系。例如对于欧姆定律的讨论，首先应该让学生知道欧姆定律研究的是电流与电压、电阻的关系。而非电压与电流、电阻的关系，或是电阻与电压、电流的关系。其次要强调应用欧姆定律的对应性，这是学生特别容易出错的地方，另外还要从电压、电阻的作用入手说明电流与电压成正比，与电阻成反比的内在联系，只有把这三个方面的问题交代清楚了，学生在理解和掌握欧姆定律时才会少出错误。

四、运用物理概念和规律解决实际问题

学习物理知识的目的在于运用，在这一环节中，一方面要用典型的问题，通过教师的示范和师生共同讨论，深化活化对所学的概念和规律的理解，逐步领会分析、处理和解决物理问题的思路和方法；另一方面，更主要的是组织学生进行运用知识的练习，要帮助和引导学生在练习的基础上，逐步总结出在解决问题时的一些带有规律性的思路和方法。其次，物理知识来源于自然，它又要服务于自然，使科学技术真正成为生产力。

欧姆定律的概念范文第12篇

1.教材的地位和作用

“欧姆定律”是在学生学习了电流、电压、电阻等概念以及使用电压表、电流表、滑动变阻器之后的内容，这样的安排既符合学生由易到难、由简到繁的认知规律，又保持了知识的结构性、系统性。通过学习“欧姆定律”，主要使学生掌握在同一电路中电学三个基本物理量之间的关系，初步掌握运用欧姆定律解决简单电学问题的思路和方法，同时也为下一步学习“电功率”以及“焦耳定律”等其他电学知识与电路分析和计算打下基础，起到了承上启下的作用。

2.教学目标

（1）知识与技能

通过实验探究电流跟电压、电阻的定量关系，分析归纳得到欧姆定律。理解欧姆定律，能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题。

（2）过程与方法

运用“控制变量法”探究电流跟电压、电阻的关系，归纳得出欧姆定律。

（3）情感态度与价值观

通过对欧姆定律的认识，体会物理规律的客观性和普遍性，增强对科学和科学探究的兴趣。

3.教学的重难点

重点：理解欧姆定律，能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题。

难点：对欧姆定律的理解和应用。

二、说教法

这节课可综合应用目标导学、讲授和讨论等多种形式的教学方法，提高课堂效率，培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知欲望。充分体现以教师为主导，以学生为主体的原则。

三、说学法

在物理教学中，应该对学生进行学法指导，应重视学情，突出自主学习，锻炼实验操作能力。在本节课的教学中，通过阅读例题，让学生在阅读过程中进行分析、推理，培养学生的自学能力与分析推理能力。

四、说教学设计

在教学中公式的推导是建立在学生体验的基础上的，先由学生解题而后再去总结、引导，学生通过自主解决实际问题获得感性认识。教师该讲的还是要讲，该放手的就尽管让学生去完成，即便会有一些问题，也可以让学生去发现问题的源头出在哪里，让学生对问题进行分析和讨论，这样既加深学生对欧姆定律的理

欧姆定律的概念范文第13篇

【关键词】康德哲学/非欧几何/狭义相对论/批判精神

【正文】

20世纪早期可谓科学史上罕有的黄金时代。其间，现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学相继创立，由此不仅为物理学提供了新的范式，而且为人类的整个自然观带来了重大变革。赞叹之余，我们更应细察这些科学思想的源流，从而发现通向未来的重要启迪。这就必然把我们带到19世纪后半叶这一令德国人为之骄傲的时代，尤其是在被誉为“德国科学的帝国首相”的亥姆霍兹身上，我们将会发现导向20世纪物理学革命的一系列重要思想。

一　追踪“先天”空间形式的世俗血统

在人类文明史上，数学因其在我们的整个知识体系中的特殊地位而与哲学有着非同寻常的关系。对数学基本问题的思考不仅是推动数学发展的重要动力，而且也使数学的内容不断深化和发展。从柏拉图到康德的哲学唯理论流派就把数学当作自己重要的理论基石，欧氏几何学曾被康德看作是存在先天综合判断的根本依据之一。“经验论哲学家们则反对这一论证，结果都失败了；唯理论者有数学家站在他的一边，要反对他的逻辑，似乎是没有希望的。非欧几何发现之后，情况为之逆转。”[1]经验主义思潮随开始盛行。对于认识论的这次重大革命，亥姆霍兹功不可没。

从其科学生涯的早期，亥姆霍兹就致力于对数学、物理学基本概念的哲学分析和批判考察。在他看来，自然科学与逻辑学在思维方式上是根本不同的。因为在作为“哲学的一部分的逻辑学中，关于大前提及小前提的起源问题一般是没有说明的，……传统逻辑把自己限于那种方式、方法，由这种方式、方法你就能从已知的和给定的命题推出新命题，即一个人如何从三段论中推出命题。它并没有给出我们如何达到最初命题的大前提和小前提的任何信息。一般说来，这正是由一位未知的权威所给的命题。”[2]而自然科学的程序则恰恰相反，它的目的在于获得先前未知的知识，这些知识是不能由任何权威给出的。正是那些先前不知道的命题，形成了自然科学的主要部分及最重要的部分。按照这种精神，对于一个理论来说，亥姆霍兹最为关注的必然是对其前提及基本原理的批判性审查，并进而揭示出它们的“世俗血统”，这正是他科学与哲学研究的突出特色，也是一切富有创造性的杰出科学家及哲学家所共有的优秀品格。因此，从其对生理光学的研究到对一般空间知觉的起源和本性的沉思，再到对几何学及算术公理之基础的批判性考察就成了亥姆霍兹科学与哲学探索的必然发展趋势。

早在1857年给其父亲的信中，亥姆霍兹就明确谈到：“我正感到某些问题急需特别处理的必要性。就我所知，还没有任何一位现代哲学家着手处理这些问题，它们全部属于康德所探讨的先验概念的范围。例如几何学原理和力学原理的起源问题，以及我们必须逻辑地把实在归诸于物质和力这两个抽象概念的理由。其次是来自类比的无意识推理的规律，由此规律我们才从感觉进到知觉。我清楚地认识到这些只有通过哲学探讨才能被解决，也才是可能解决的，以致我感到对更深奥的哲学知识的迫切需要。”[3]但另一方面，他也深知解决这些重大问题决不能像前人那样单靠纯思辨的方法，否则就会重蹈覆辙。随之，亥姆霍兹对感官生理学、特别是生理光学及知觉的起源与本性进行了长期的深入研究，直到1866年才真正转向几何学公理及算术公理之基础的研究。

在亥姆霍兹看来，像几何学这样的科学可以存在，而且按它的方式被建构起来这一事实，已经必然地引起每个对认识论问题感兴趣的人的关注。我们的知识中没有别的学科像几何学那样似乎是现成地出现的。在这方面，它完全避开了其它的自然科学学科必须做的那种收集经验材料的繁琐任务，以致它的程序的形式是唯一地演绎的，结论来自结论，并且谁都不最终地怀疑这些几何定理对现实世界的有效性，从而使得几何学总是被当作令人叹服的例子去证明，不必借助经验我们也能获得关于实在内容的命题的知识，特别是被康德当成了存在先天综合判断的根据，这是不符合批判精神的。亥姆霍兹要进一步对这些所谓的“自明公理”进行批判考察，其目标在于“给出有关几何公理，它们与经验的关系以及用其他公理代替原有公理的逻辑可能性的最新研究成果的一种解释。”[4]

那么，欧氏几何所隐含的基本事实是什么呢？亥姆霍兹的分析表明，欧氏几何的所有证明的基础都在于确立相关的线、角、平面图形及立体图形的叠合。只有当两个图形完全重合时，它们才是相等的。对之作进一步的分析将会发现，为了使两个图形相等，必须把一个图形移向另一个图形。但是如何移动呢？答案无疑是要保证移动过程中图形保持不变，这相当于移动一个不变的刚体。显然，这里隐含的公设是不变刚体的存在，而这个概念是来自对自然物体所显现的物理的或化学的特性的抽象。如果刚体或质点系统不能形状不变地相互移动，如果几何图形的叠合不是一个独立于一切运动的事实，我们就不能谈论全等，也不会有空间测量的可能性。因而，对欧氏几何来说，首要的是全等概念，而不是两点间的最短线，这就是亥姆霍兹基于事实的分析而非解析的准则所得到的一个重要结论。正如他在谈到这一点时所说：“我的出发点是一切最初的空间测量都是基于对全等的观察。显然，光作为直线的性质是一个物理事实，它受到其它领域的特定实验的支持，对于可以获得对几何公理的精确性充分确信的盲人来说，光的这一特性是绝对不重要的。”[5]因为盲人不借助光的直线性也能理解欧氏几何学，但盲人并非通过触觉没有领悟全等。

亥姆霍兹认为，riemann的解析方法的不足之处在于它没有反映出我们的空间概念所必须的经验部分。而他自己的目标则在于以确立重合为起点，去假定空间测量的可能性并进而探求多维空间的一般解析表达式，这就意味着经验地得到了几何公理。在谈到与riemann的研究思路的重大区别时，亥姆霍兹指出：“我自己达到同样的考虑部分地来自对于颜色的空间描述的研究，部分地通过对以视野中的测量为目的的视觉估计之起源的研究。riemann从描述空间中无限接近的两点间距离的一般解析表达式开始，由此导出了关于不变的空间结构的自由运动定理，而我则从观察事实出发，这一事实即不变的空间构形在我们空间中运动的自由性是可能的，并且我由这一事实导出了较riemann当作公理的解析表达式的必然性。以下就是我的计算所基于的假定：(a)关于空间的连续性和维数；(b)可动刚体的存在，它是通过叠合而进行空间测量的比较时所必需的；(c)这种刚体的可自由运动特性，由(b)(c)两点可保证两个空间图形的叠合与其所在的空间位置无关；(d)刚体的旋转不变性。”[6]亥姆霍兹认为，这四个假定都是普通几何所具有的，“尽管以上假定没有关于直线和平面的存在的公理及平行线公理，它也是完备的和自足的，并且从理论上看，它具有完备性和易于检验的优点。”[7]

从以上四个假设出发，亥姆霍兹达到了riemann的研究起点，即n维空间中扩展了的毕达哥拉斯定理。如令维数为三，并假定空间是无限扩展的，就只有欧氏空间是可能的。也就是说，欧氏空间只是满足叠合条件的不同类型的空间中的一种。这些空间包括球面空间和伪球面空间，它们也是可设想的无矛盾的几何学。

那么，为什么我们接受了欧氏几何，而没有接受其它可能形式的非欧几何呢？为此，亥姆霍兹认为必须首先研究可想象的和可知觉的东西之间的关系，并进一步从中发现新的准则，以便用于有关几何学的特殊考虑，从而区别出空间知觉中的先天因素和后天因素。他先后研究了假想的二维生物在平面、球面及椭球面上所产生的几何学。从而得出结论：欧氏几何学之所以是我们周围实在世界的几何学，这没有什么可奇怪的，因为我们的视觉观念已经变得与这一环境相适应，因而也服从欧氏几何定律。如果生活在另一种几何结构不同的环境中，我们就会与新的环境相适应，学会看非欧几里德式的三角形，会觉得三角形的内角和不等于180度是正常的，我们也将学会用被那个世界的刚体所定义的一致性来测量距离。也就是说，欧氏几何的优先权是古老习惯的产物，它的基础在于我们的物质环境的欧几里德特性，我们由之认识几何关系的物理实体——刚体和光线在结构上是与欧氏几何定律相一致的，这种经验事实正是这类习惯的源泉。因而，康德意义上的终极范畴是不存在的，它所被赋予的确定性和固有的必然性也是虚幻的。由此，空间直观的“世俗血统”显然无疑其基础受到了根本性的动摇。一场新的认识论革命即将到来，它的目标正是对那些被赋予先天性的基本概念进行彻底地批判和清洗。马赫及赫兹的力学批判正是这一革命的重要组成部分，相对论的创立则是这一认识论革命的重大成果。在爱因斯坦看来，如果没有亥姆霍兹的非欧几何思想，就不可能通向相对论。

二　爱因斯坦：“时间是可疑的”

众所周知，爱因斯坦是完成人类时空观根本变革的伟大哲人——科学家。他的青年时期正值追寻科学原理之基础的英雄时代，而善于从思想起源对基本概念进行批判性考察恰是爱因斯坦成功的关键，这与亥姆霍兹不无重大关系。

正如爱因斯坦多次谈到的那样：还在苏黎世联邦工业大学学习时，他就利用课余时间认真研读了亥姆霍兹、玻耳兹曼、赫兹等人的论著，特别是亥姆霍兹的五卷本《理论物理学讲义》使他受益匪浅。其中的第一卷有一半讲的都是哲学和认识论，具体实验却很少提及，甚至连那个在他的赞同下首次完成的迈克尔逊实验都未提及。正是这套讲义加强了爱因斯坦的批判意识及研究认识论的自觉性。当谈及这段经历时，爱因斯坦不无感慨地说：“在那里我有几位卓越的老师（比如胡尔维兹(a.hurwitz)、明可夫斯基(h.minkowski)），所以照理说，我应在数学方面得到深造。可是我大部分时间却是在物理实验室里工作，迷恋于同经验直接接触。其余时间，则主要用于在家里阅读基尔霍夫(g.r.kirchhoff)、亥姆霍兹(h.l.f.von helmholtz)、赫兹(h.r.hertz)等人的著作。”[8]大学毕业后，在伯尔尼专利局做试用检验员的爱因斯坦与c·哈比希特、m·索洛文三人组成了奥林比亚科学院，其中研读和讨论包括亥姆霍兹在内的大师们的著作是科学院的主要活动之一。因而，亥姆霍兹对于几何学、数学及力学基本概念的批判对爱因斯坦的认识论及其对康德哲学的看法有着直接影响。

在爱因斯坦看来，康德哲学中最重要的东西是他所说的构成科学的先验概念，而承认先验综合判断的存在则是他设下的圈套。[9]事实上，康德在那些作为任何思维的必要前提的基本概念与来自经验的概念间所作的根本性区分是不正确的，其原因在于康德只强调了那些基本概念的有效性而忘记了它们的世俗来源，从而它们就会被看作是一成不变的既定的东西，并打上“思维的必然性”、“先验地给予”等等烙印。康德正是这样去看欧氏几何的。正如爱因斯坦在“物理学与实在”一文中所指出的那样：“欧几里德几何的纯逻辑的（公理学的）表示，固然有较大的简单性和明确性这个优点，可是它为此所付出的代价是放弃概念构造同感觉经验之间的联系，而几何学对于物理学的意义仅仅是建筑在这种联系之上的。致命的错误在于：认为先于一切经验的逻辑必然性是欧几里德几何的基础，而空间概念是从属于它的。这个致命错误是由这样的事实所引起的：欧几里德几何的公理构造所依据的经验基础已被遗忘了。”[10]既然“先天”空间形式已不可能，“先天的”时间形式还成立吗？这便是相对论的诞生必须突破的一道难关。在放弃了许多无效的尝试之后，爱因斯坦终于醒悟到：“时间是可疑的。”谈到这一点时，爱因斯坦特别强调了休谟和马赫的影响，在他看来：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里。那么任何想令人满意地澄清这个悖论的尝试，都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性，实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的思想，就我的情况来说，特别是由于阅读了戴维·休谟和恩斯特·马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”[11]这里并未提到亥姆霍兹的作用。的确，亥姆霍兹由于认识到“时间”观念的复杂性而更关注于空间观念的批判性考察。但这种批判对相对论的创立同样有着至关重要的作用。其影响并不亚于马赫那“坚不可摧的怀疑论”。[12]在谈到非欧几何与物理学时爱因斯坦也指出：“物理世界的几何究竟是怎样的？它究竟是欧几里德式的还是任何别种的？许多人都争论过这个问题有没有意义。为了说明这种争论，必须在下面两种观点中彻底坚持一种。第一种观点，同意几何‘体’实际上体现着物理固体，当然，这只要固体遵守那些关于温度、机械应力等等已知的规定就行了。这是从事实际工作的实验物理学家的观点。如果几何的‘截段’，同自然界的一定客体相对应，那么几何的一切命题也都具有说明现实物体的性质。这种观点亥姆霍兹说得最明白，可以补充一句：要是没有这种观点，实际上就不可能通向相对论”。[13]对此应怎样理解呢？如果我们深入考察亥姆霍兹的非欧几何思想，我们将发现，其中不仅仅有对先天空间形式的批判，而且包含着关于“空间”相等的一种操作定义，从而为建立新的时空观指明了方向。

在有关空间知觉的早期研究中，亥姆霍兹就指出，我们对各种空间形状、距离及空间关系的知识的获得都是通过我们的身体或简单仪器的操作及实验而达到的。他关于非欧几何的探讨是通过空间中刚体的运动而进行的，而其中的相等关系正是由刚体向它的比较对象发生的真实运动来作出操作定义的。关于空间间隔的测量，必须首先对作为测量标准的刚体的某些特性给出明确规定，此后测量的意义就由这个作为标准的刚体的重复操作而确定。也就是说，康德意义上的那种绝对普遍而必然的几何学并不存在，只有与关于等同性的操作定义相关的几何学。按着这一观点，爱因斯坦在长时间的沉思之后，对时间概念提出了类似思考：同时性也没有任何绝对意义，它只能在一个确定的操作定义之上讨论，即同时性的爱因斯坦定义。

在“论动体的电动力学”这一划时代论文中，爱因斯坦基于对电动力学所导致的不对称现象的深刻分析和长达十年之久的追光悖论的沉思，首先提出了相对性原理和光速不变原理这两个公设。在随后的运动学部分，爱因斯坦首先给出了同时性的操作定义，从而使得“同时性”概念不仅摆脱先验色彩和直觉性，而且使它与经验建立了密不可分的联系，其结论是同时性的相对性。这个突破之后，先前的极大困难就迎刃而解了，时间的相对性和空间的相对性以及新的时空变换都不过是同时性的相对性的必然结果。这便是该文的运动学部分所提供的狭义相对论的完整的基本原理。

三　从亥姆霍兹到爱因斯坦：富有批判精神的优良传统

科学哲学家赖欣巴哈在谈到相对论的哲学意义时曾指出：“我们把几何学问题的哲学说明归功于亥姆霍兹。他看出物理几何依赖于刚体全等的定义，并因此推得，物理几何本质的清楚说明在逻辑上比几十年之后发展起来的彭加勒的约定论更优越。又是亥姆霍兹，借助于形象化是有关固体和光线的经验结果这一发现，澄清了非欧几何的直观说明。……亥姆霍兹不能成功地劝服他的同代人脱离康德的时空先验论并不是他的错误。只有很少的专家知道他的哲学观点。当由于爱因斯坦的理论使公众的兴趣转向这些问题时，哲学家便开始让步并脱离了康德的先验论”。[14]我们认为，其中的“哲学说明”是指亥姆霍兹的思维和方法在本质上是哲学的，即对基本概念和理论前提进行彻底的批判考察，这正是康德哲学所富有的批判精神。正如海涅谈到康德的《纯粹理性批判》在德国引起的哲学热潮时所说：“康德引起这次巨大的精神运动，与其说是通过他的著作的内容，倒不如说是通过在他著作中的那种批判精神，那种现在已经渗入于一切科学之中的批判精神。所有学科都受到了它的侵袭。……德国被康德引入了哲学的道路，因此哲学变成了一件民族的事业。一群出色的大思想家突然出现在德国的国土上，就像用魔法呼唤出来的一样。”[15]的确，在康德之后，出现了费希特、谢林和黑格尔，他们沿着唯心主义道路进一步发展了康德哲学。与之不同的是，稍后的一大批德国杰出的科学家走的是另外一条以实证科学去解释和发展康德哲学的道路，其结果是康德哲学的许多结论得到了改造，但就其精神本质而论，则是对康德哲学的精神——批判精神的真正继承与发扬，这也正是德国科学的优秀传统的突出特点。这后一条道路的开拓者正是亥姆霍兹，他也因而被看作新康德主义的领导者和科学哲学的先驱者。赫兹、普朗克、爱因斯坦则是他的直接传人。他们的思维在本质上是哲学的思维，他们既是科学家，也是哲学家。在此，富有批判精神的文化传统发挥着重要的助长剂和催化剂的作用。爱因斯坦对此深有感触，他认为：“使青年人发展批判的独立思考，对于有价值的教育也是生命攸关的。”[16]

以上探讨不免使我们联想到中国教育的现状。我们的课堂、教材灌入给青少年的都是无血无肉的死的东西，知识技能化的倾向愈演愈烈，科学精神、科学思想丧失殆尽。由此，怎么能培育出世界级的科学大师呢？这或许可算作我们从本文得到的一个重要启示吧！

【参考文献】

[1]赖欣巴哈．科学哲学的兴起[m]．北京：商务印书馆，1983.112．

[2]helmholtz: vorlesungen uber theorerische phydsik, bd.i, leipzig,1897.s.5-6．

[3]l.koenigsberger:hermann von helmholtz, oxford,1906.p.160．

[4][5]helmholtz: epistemological writings,boston,1997,p.2;p.39．

[6][7]helmholtz: wissenschaftliche abhandlungen,leigzig,1868,s.621.s.616．

[8][9][10][11][13]爱因斯坦文集（第一卷）[m]．北京：商务印书馆，1983.7、104、349、24、207．

[12]a·i·米勒．科学思维中的意象[m]．武汉：湖北教育出版社，1991.104．

[14]albert einstein: philosopher--scientist,edited by p. a. schilpp, new york,1949,p.304．

欧姆定律的概念范文第14篇

【关键词】康德哲学/非欧几何/狭义相对论/批判精神

【正文】

20世纪早期可谓科学史上罕有的黄金时代。其间，现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学相继创立，由此不仅为物理学提供了新的范式，而且为人类的整个自然观带来了重大变革。赞叹之余，我们更应细察这些科学思想的源流，从而发现通向未来的重要启迪。这就必然把我们带到19世纪后半叶这一令德国人为之骄傲的时代，尤其是在被誉为“德国科学的帝国首相”的亥姆霍兹身上，我们将会发现导向20世纪物理学革命的一系列重要思想。

一　追踪“先天”空间形式的世俗血统

在人类文明史上，数学因其在我们的整个知识体系中的特殊地位而与哲学有着非同寻常的关系。对数学基本问题的思考不仅是推动数学发展的重要动力，而且也使数学的内容不断深化和发展。从柏拉图到康德的哲学唯理论流派就把数学当作自己重要的理论基石，欧氏几何学曾被康德看作是存在先天综合判断的根本依据之一。“经验论哲学家们则反对这一论证，结果都失败了；唯理论者有数学家站在他的一边，要反对他的逻辑，似乎是没有希望的。非欧几何发现之后，情况为之逆转。”[1]经验主义思潮随开始盛行。对于认识论的这次重大革命，亥姆霍兹功不可没。

从其科学生涯的早期，亥姆霍兹就致力于对数学、物理学基本概念的哲学分析和批判考察。wwW.133229.cOM在他看来，自然科学与逻辑学在思维方式上是根本不同的。因为在作为“哲学的一部分的逻辑学中，关于大前提及小前提的起源问题一般是没有说明的，……传统逻辑把自己限于那种方式、方法，由这种方式、方法你就能从已知的和给定的命题推出新命题，即一个人如何从三段论中推出命题。它并没有给出我们如何达到最初命题的大前提和小前提的任何信息。一般说来，这正是由一位未知的权威所给的命题。”[2]而自然科学的程序则恰恰相反，它的目的在于获得先前未知的知识，这些知识是不能由任何权威给出的。正是那些先前不知道的命题，形成了自然科学的主要部分及最重要的部分。按照这种精神，对于一个理论来说，亥姆霍兹最为关注的必然是对其前提及基本原理的批判性审查，并进而揭示出它们的“世俗血统”，这正是他科学与哲学研究的突出特色，也是一切富有创造性的杰出科学家及哲学家所共有的优秀品格。因此，从其对生理光学的研究到对一般空间知觉的起源和本性的沉思，再到对几何学及算术公理之基础的批判性考察就成了亥姆霍兹科学与哲学探索的必然发展趋势。

早在1857年给其父亲的信中，亥姆霍兹就明确谈到：“我正感到某些问题急需特别处理的必要性。就我所知，还没有任何一位现代哲学家着手处理这些问题，它们全部属于康德所探讨的先验概念的范围。例如几何学原理和力学原理的起源问题，以及我们必须逻辑地把实在归诸于物质和力这两个抽象概念的理由。其次是来自类比的无意识推理的规律，由此规律我们才从感觉进到知觉。我清楚地认识到这些只有通过哲学探讨才能被解决，也才是可能解决的，以致我感到对更深奥的哲学知识的迫切需要。”[3]但另一方面，他也深知解决这些重大问题决不能像前人那样单靠纯思辨的方法，否则就会重蹈覆辙。随之，亥姆霍兹对感官生理学、特别是生理光学及知觉的起源与本性进行了长期的深入研究，直到1866年才真正转向几何学公理及算术公理之基础的研究。

在亥姆霍兹看来，像几何学这样的科学可以存在，而且按它的方式被建构起来这一事实，已经必然地引起每个对认识论问题感兴趣的人的关注。我们的知识中没有别的学科像几何学那样似乎是现成地出现的。在这方面，它完全避开了其它的自然科学学科必须做的那种收集经验材料的繁琐任务，以致它的程序的形式是唯一地演绎的，结论来自结论，并且谁都不最终地怀疑这些几何定理对现实世界的有效性，从而使得几何学总是被当作令人叹服的例子去证明，不必借助经验我们也能获得关于实在内容的命题的知识，特别是被康德当成了存在先天综合判断的根据，这是不符合批判精神的。亥姆霍兹要进一步对这些所谓的“自明公理”进行批判考察，其目标在于“给出有关几何公理，它们与经验的关系以及用其他公理代替原有公理的逻辑可能性的最新研究成果的一种解释。”[4]

那么，欧氏几何所隐含的基本事实是什么呢？亥姆霍兹的分析表明，欧氏几何的所有证明的基础都在于确立相关的线、角、平面图形及立体图形的叠合。只有当两个图形完全重合时，它们才是相等的。对之作进一步的分析将会发现，为了使两个图形相等，必须把一个图形移向另一个图形。但是如何移动呢？答案无疑是要保证移动过程中图形保持不变，这相当于移动一个不变的刚体。显然，这里隐含的公设是不变刚体的存在，而这个概念是来自对自然物体所显现的物理的或化学的特性的抽象。如果刚体或质点系统不能形状不变地相互移动，如果几何图形的叠合不是一个独立于一切运动的事实，我们就不能谈论全等，也不会有空间测量的可能性。因而，对欧氏几何来说，首要的是全等概念，而不是两点间的最短线，这就是亥姆霍兹基于事实的分析而非解析的准则所得到的一个重要结论。正如他在谈到这一点时所说：“我的出发点是一切最初的空间测量都是基于对全等的观察。显然，光作为直线的性质是一个物理事实，它受到其它领域的特定实验的支持，对于可以获得对几何公理的精确性充分确信的盲人来说，光的这一特性是绝对不重要的。”[5]因为盲人不借助光的直线性也能理解欧氏几何学，但盲人并非通过触觉没有领悟全等。

亥姆霍兹认为，riemann的解析方法的不足之处在于它没有反映出我们的空间概念所必须的经验部分。而他自己的目标则在于以确立重合为起点，去假定空间测量的可能性并进而探求多维空间的一般解析表达式，这就意味着经验地得到了几何公理。在谈到与riemann的研究思路的重大区别时，亥姆霍兹指出：“我自己达到同样的考虑部分地来自对于颜色的空间描述的研究，部分地通过对以视野中的测量为目的的视觉估计之起源的研究。riemann从描述空间中无限接近的两点间距离的一般解析表达式开始，由此导出了关于不变的空间结构的自由运动定理，而我则从观察事实出发，这一事实即不变的空间构形在我们空间中运动的自由性是可能的，并且我由这一事实导出了较riemann当作公理的解析表达式的必然性。以下就是我的计算所基于的假定：(a)关于空间的连续性和维数；(b)可动刚体的存在，它是通过叠合而进行空间测量的比较时所必需的；(c)这种刚体的可自由运动特性，由(b)(c)两点可保证两个空间图形的叠合与其所在的空间位置无关；(d)刚体的旋转不变性。”[6]亥姆霍兹认为，这四个假定都是普通几何所具有的，“尽管以上假定没有关于直线和平面的存在的公理及平行线公理，它也是完备的和自足的，并且从理论上看，它具有完备性和易于检验的优点。”[7]

从以上四个假设出发，亥姆霍兹达到了riemann的研究起点，即n维空间中扩展了的毕达哥拉斯定理。如令维数为三，并假定空间是无限扩展的，就只有欧氏空间是可能的。也就是说，欧氏空间只是满足叠合条件的不同类型的空间中的一种。这些空间包括球面空间和伪球面空间，它们也是可设想的无矛盾的几何学。

那么，为什么我们接受了欧氏几何，而没有接受其它可能形式的非欧几何呢？为此，亥姆霍兹认为必须首先研究可想象的和可知觉的东西之间的关系，并进一步从中发现新的准则，以便用于有关几何学的特殊考虑，从而区别出空间知觉中的先天因素和后天因素。他先后研究了假想的二维生物在平面、球面及椭球面上所产生的几何学。从而得出结论：欧氏几何学之所以是我们周围实在世界的几何学，这没有什么可奇怪的，因为我们的视觉观念已经变得与这一环境相适应，因而也服从欧氏几何定律。如果生活在另一种几何结构不同的环境中，我们就会与新的环境相适应，学会看非欧几里德式的三角形，会觉得三角形的内角和不等于180度是正常的，我们也将学会用被那个世界的刚体所定义的一致性来测量距离。也就是说，欧氏几何的优先权是古老习惯的产物，它的基础在于我们的物质环境的欧几里德特性，我们由之认识几何关系的物理实体——刚体和光线在结构上是与欧氏几何定律相一致的，这种经验事实正是这类习惯的源泉。因而，康德意义上的终极范畴是不存在的，它所被赋予的确定性和固有的必然性也是虚幻的。由此，空间直观的“世俗血统”显然无疑其基础受到了根本性的动摇。一场新的认识论革命即将到来，它的目标正是对那些被赋予先天性的基本概念进行彻底地批判和清洗。马赫及赫兹的力学批判正是这一革命的重要组成部分，相对论的创立则是这一认识论革命的重大成果。在爱因斯坦看来，如果没有亥姆霍兹的非欧几何思想，就不可能通向相对论。

二　爱因斯坦：“时间是可疑的”

众所周知，爱因斯坦是完成人类时空观根本变革的伟大哲人——科学家。他的青年时期正值追寻科学原理之基础的英雄时代，而善于从思想起源对基本概念进行批判性考察恰是爱因斯坦成功的关键，这与亥姆霍兹不无重大关系。

正如爱因斯坦多次谈到的那样：还在苏黎世联邦工业大学学习时，他就利用课余时间认真研读了亥姆霍兹、玻耳兹曼、赫兹等人的论著，特别是亥姆霍兹的五卷本《理论物理学讲义》使他受益匪浅。其中的第一卷有一半讲的都是哲学和认识论，具体实验却很少提及，甚至连那个在他的赞同下首次完成的迈克尔逊实验都未提及。正是这套讲义加强了爱因斯坦的批判意识及研究认识论的自觉性。当谈及这段经历时，爱因斯坦不无感慨地说：“在那里我有几位卓越的老师（比如胡尔维兹(a.hurwitz)、明可夫斯基(h.minkowski)），所以照理说，我应在数学方面得到深造。可是我大部分时间却是在物理实验室里工作，迷恋于同经验直接接触。其余时间，则主要用于在家里阅读基尔霍夫(g.r.kirchhoff)、亥姆霍兹(h.l.f.von helmholtz)、赫兹(h.r.hertz)等人的著作。”[8]大学毕业后，在伯尔尼专利局做试用检验员的爱因斯坦与c·哈比希特、m·索洛文三人组成了奥林比亚科学院，其中研读和讨论包括亥姆霍兹在内的大师们的著作是科学院的主要活动之一。因而，亥姆霍兹对于几何学、数学及力学基本概念的批判对爱因斯坦的认识论及其对康德哲学的看法有着直接影响。

在爱因斯坦看来，康德哲学中最重要的东西是他所说的构成科学的先验概念，而承认先验综合判断的存在则是他设下的圈套。[9]事实上，康德在那些作为任何思维的必要前提的基本概念与来自经验的概念间所作的根本性区分是不正确的，其原因在于康德只强调了那些基本概念的有效性而忘记了它们的世俗来源，从而它们就会被看作是一成不变的既定的东西，并打上“思维的必然性”、“先验地给予”等等烙印。康德正是这样去看欧氏几何的。正如爱因斯坦在“物理学与实在”一文中所指出的那样：“欧几里德几何的纯逻辑的（公理学的）表示，固然有较大的简单性和明确性这个优点，可是它为此所付出的代价是放弃概念构造同感觉经验之间的联系，而几何学对于物理学的意义仅仅是建筑在这种联系之上的。致命的错误在于：认为先于一切经验的逻辑必然性是欧几里德几何的基础，而空间概念是从属于它的。这个致命错误是由这样的事实所引起的：欧几里德几何的公理构造所依据的经验基础已被遗忘了。”[10]既然“先天”空间形式已不可能，“先天的”时间形式还成立吗？这便是相对论的诞生必须突破的一道难关。在放弃了许多无效的尝试之后，爱因斯坦终于醒悟到：“时间是可疑的。”谈到这一点时，爱因斯坦特别强调了休谟和马赫的影响，在他看来：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里。那么任何想令人满意地澄清这个悖论的尝试，都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性，实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的思想，就我的情况来说，特别是由于阅读了戴维·休谟和恩斯特·马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”[11]这里并未提到亥姆霍兹的作用。的确，亥姆霍兹由于认识到“时间”观念的复杂性而更关注于空间观念的批判性考察。但这种批判对相对论的创立同样有着至关重要的作用。其影响并不亚于马赫那“坚不可摧的怀疑论”。[12]在谈到非欧几何与物理学时爱因斯坦也指出：“物理世界的几何究竟是怎样的？它究竟是欧几里德式的还是任何别种的？许多人都争论过这个问题有没有意义。为了说明这种争论，必须在下面两种观点中彻底坚持一种。第一种观点，同意几何‘体’实际上体现着物理固体，当然，这只要固体遵守那些关于温度、机械应力等等已知的规定就行了。这是从事实际工作的实验物理学家的观点。如果几何的‘截段’，同自然界的一定客体相对应，那么几何的一切命题也都具有说明现实物体的性质。这种观点亥姆霍兹说得最明白，可以补充一句：要是没有这种观点，实际上就不可能通向相对论”。[13]对此应怎样理解呢？如果我们深入考察亥姆霍兹的非欧几何思想，我们将发现，其中不仅仅有对先天空间形式的批判，而且包含着关于“空间”相等的一种操作定义，从而为建立新的时空观指明了方向。

在有关空间知觉的早期研究中，亥姆霍兹就指出，我们对各种空间形状、距离及空间关系的知识的获得都是通过我们的身体或简单仪器的操作及实验而达到的。他关于非欧几何的探讨是通过空间中刚体的运动而进行的，而其中的相等关系正是由刚体向它的比较对象发生的真实运动来作出操作定义的。关于空间间隔的测量，必须首先对作为测量标准的刚体的某些特性给出明确规定，此后测量的意义就由这个作为标准的刚体的重复操作而确定。也就是说，康德意义上的那种绝对普遍而必然的几何学并不存在，只有与关于等同性的操作定义相关的几何学。按着这一观点，爱因斯坦在长时间的沉思之后，对时间概念提出了类似思考：同时性也没有任何绝对意义，它只能在一个确定的操作定义之上讨论，即同时性的爱因斯坦定义。

在“论动体的电动力学”这一划时代论文中，爱因斯坦基于对电动力学所导致的不对称现象的深刻分析和长达十年之久的追光悖论的沉思，首先提出了相对性原理和光速不变原理这两个公设。在随后的运动学部分，爱因斯坦首先给出了同时性的操作定义，从而使得“同时性”概念不仅摆脱先验色彩和直觉性，而且使它与经验建立了密不可分的联系，其结论是同时性的相对性。这个突破之后，先前的极大困难就迎刃而解了，时间的相对性和空间的相对性以及新的时空变换都不过是同时性的相对性的必然结果。这便是该文的运动学部分所提供的狭义相对论的完整的基本原理。

三　从亥姆霍兹到爱因斯坦：富有批判精神的优良传统

科学哲学家赖欣巴哈在谈到相对论的哲学意义时曾指出：“我们把几何学问题的哲学说明归功于亥姆霍兹。他看出物理几何依赖于刚体全等的定义，并因此推得，物理几何本质的清楚说明在逻辑上比几十年之后发展起来的彭加勒的约定论更优越。又是亥姆霍兹，借助于形象化是有关固体和光线的经验结果这一发现，澄清了非欧几何的直观说明。……亥姆霍兹不能成功地劝服他的同代人脱离康德的时空先验论并不是他的错误。只有很少的专家知道他的哲学观点。当由于爱因斯坦的理论使公众的兴趣转向这些问题时，哲学家便开始让步并脱离了康德的先验论”。[14]我们认为，其中的“哲学说明”是指亥姆霍兹的思维和方法在本质上是哲学的，即对基本概念和理论前提进行彻底的批判考察，这正是康德哲学所富有的批判精神。正如海涅谈到康德的《纯粹理性批判》在德国引起的哲学热潮时所说：“康德引起这次巨大的精神运动，与其说是通过他的著作的内容，倒不如说是通过在他著作中的那种批判精神，那种现在已经渗入于一切科学之中的批判精神。所有学科都受到了它的侵袭。……德国被康德引入了哲学的道路，因此哲学变成了一件民族的事业。一群出色的大思想家突然出现在德国的国土上，就像用魔法呼唤出来的一样。”[15]的确，在康德之后，出现了费希特、谢林和黑格尔，他们沿着唯心主义道路进一步发展了康德哲学。与之不同的是，稍后的一大批德国杰出的科学家走的是另外一条以实证科学去解释和发展康德哲学的道路，其结果是康德哲学的许多结论得到了改造，但就其精神本质而论，则是对康德哲学的精神——批判精神的真正继承与发扬，这也正是德国科学的优秀传统的突出特点。这后一条道路的开拓者正是亥姆霍兹，他也因而被看作新康德主义的领导者和科学哲学的先驱者。赫兹、普朗克、爱因斯坦则是他的直接传人。他们的思维在本质上是哲学的思维，他们既是科学家，也是哲学家。在此，富有批判精神的文化传统发挥着重要的助长剂和催化剂的作用。爱因斯坦对此深有感触，他认为：“使青年人发展批判的独立思考，对于有价值的教育也是生命攸关的。”[16]

以上探讨不免使我们联想到中国教育的现状。我们的课堂、教材灌入给青少年的都是无血无肉的死的东西，知识技能化的倾向愈演愈烈，科学精神、科学思想丧失殆尽。由此，怎么能培育出世界级的科学大师呢？这或许可算作我们从本文得到的一个重要启示吧！

【参考文献】

[1]赖欣巴哈．科学哲学的兴起[m]．北京：商务印书馆，1983.112．

[2]helmholtz: vorlesungen uber theorerische phydsik, bd.i, leipzig,1897.s.5-6．

[3]l.koenigsberger:hermann von helmholtz, oxford,1906.p.160．

[4][5]helmholtz: epistemological writings,boston,1997,p.2;p.39．

[6][7]helmholtz: wissenschaftliche abhandlungen,leigzig,1868,s.621.s.616．

[8][9][10][11][13]爱因斯坦文集（第一卷）[m]．北京：商务印书馆，1983.7、104、349、24、207．

[12]a·i·米勒．科学思维中的意象[m]．武汉：湖北教育出版社，1991.104．

[14]albert einstein: philosopher--scientist,edited by p. a. schilpp, new york,1949,p.304．

欧姆定律的概念范文第15篇

【关键词】康德哲学/非欧几何/狭义相对论/批判精神

【正文】

20世纪早期可谓科学史上罕有的黄金时代。其间，现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学相继创立，由此不仅为物理学提供了新的范式，而且为人类的整个自然观带来了重大变革。赞叹之余，我们更应细察这些科学思想的源流，从而发现通向未来的重要启迪。这就必然把我们带到19世纪后半叶这一令德国人为之骄傲的时代，尤其是在被誉为“德国科学的帝国首相”的亥姆霍兹身上，我们将会发现导向20世纪物理学革命的一系列重要思想。

一追踪“先天”空间形式的世俗血统

在人类文明史上，数学因其在我们的整个知识体系中的特殊地位而与哲学有着非同寻常的关系。对数学基本问题的思考不仅是推动数学发展的重要动力，而且也使数学的内容不断深化和发展。从柏拉图到康德的哲学唯理论流派就把数学当作自己重要的理论基石，欧氏几何学曾被康德看作是存在先天综合判断的根本依据之一。“经验论哲学家们则反对这一论证，结果都失败了；唯理论者有数学家站在他的一边，要反对他的逻辑，似乎是没有希望的。非欧几何发现之后，情况为之逆转。”[1]经验主义思潮随开始盛行。对于认识论的这次重大革命，亥姆霍兹功不可没。

从其科学生涯的早期，亥姆霍兹就致力于对数学、物理学基本概念的哲学分析和批判考察。在他看来，自然科学与逻辑学在思维方式上是根本不同的。因为在作为“哲学的一部分的逻辑学中，关于大前提及小前提的起源问题一般是没有说明的，……传统逻辑把自己限于那种方式、方法，由这种方式、方法你就能从已知的和给定的命题推出新命题，即一个人如何从三段论中推出命题。它并没有给出我们如何达到最初命题的大前提和小前提的任何信息。一般说来，这正是由一位未知的权威所给的命题。”[2]而自然科学的程序则恰恰相反，它的目的在于获得先前未知的知识，这些知识是不能由任何权威给出的。正是那些先前不知道的命题，形成了自然科学的主要部分及最重要的部分。按照这种精神，对于一个理论来说，亥姆霍兹最为关注的必然是对其前提及基本原理的批判性审查，并进而揭示出它们的“世俗血统”，这正是他科学与哲学研究的突出特色，也是一切富有创造性的杰出科学家及哲学家所共有的优秀品格。因此，从其对生理光学的研究到对一般空间知觉的起源和本性的沉思，再到对几何学及算术公理之基础的批判性考察就成了亥姆霍兹科学与哲学探索的必然发展趋势。

早在1857年给其父亲的信中，亥姆霍兹就明确谈到：“我正感到某些问题急需特别处理的必要性。就我所知，还没有任何一位现代哲学家着手处理这些问题，它们全部属于康德所探讨的先验概念的范围。例如几何学原理和力学原理的起源问题，以及我们必须逻辑地把实在归诸于物质和力这两个抽象概念的理由。其次是来自类比的无意识推理的规律，由此规律我们才从感觉进到知觉。我清楚地认识到这些只有通过哲学探讨才能被解决，也才是可能解决的，以致我感到对更深奥的哲学知识的迫切需要。”[3]但另一方面，他也深知解决这些重大问题决不能像前人那样单靠纯思辨的方法，否则就会重蹈覆辙。随之，亥姆霍兹对感官生理学、特别是生理光学及知觉的起源与本性进行了长期的深入研究，直到1866年才真正转向几何学公理及算术公理之基础的研究。

在亥姆霍兹看来，像几何学这样的科学可以存在，而且按它的方式被建构起来这一事实，已经必然地引起每个对认识论问题感兴趣的人的关注。我们的知识中没有别的学科像几何学那样似乎是现成地出现的。在这方面，它完全避开了其它的自然科学学科必须做的那种收集经验材料的繁琐任务，以致它的程序的形式是唯一地演绎的，结论来自结论，并且谁都不最终地怀疑这些几何定理对现实世界的有效性，从而使得几何学总是被当作令人叹服的例子去证明，不必借助经验我们也能获得关于实在内容的命题的知识，特别是被康德当成了存在先天综合判断的根据，这是不符合批判精神的。亥姆霍兹要进一步对这些所谓的“自明公理”进行批判考察，其目标在于“给出有关几何公理，它们与经验的关系以及用其他公理代替原有公理的逻辑可能性的最新研究成果的一种解释。”[4]

那么，欧氏几何所隐含的基本事实是什么呢？亥姆霍兹的分析表明，欧氏几何的所有证明的基础都在于确立相关的线、角、平面图形及立体图形的叠合。只有当两个图形完全重合时，它们才是相等的。对之作进一步的分析将会发现，为了使两个图形相等，必须把一个图形移向另一个图形。但是如何移动呢？答案无疑是要保证移动过程中图形保持不变，这相当于移动一个不变的刚体。显然，这里隐含的公设是不变刚体的存在，而这个概念是来自对自然物体所显现的物理的或化学的特性的抽象。如果刚体或质点系统不能形状不变地相互移动，如果几何图形的叠合不是一个独立于一切运动的事实，我们就不能谈论全等，也不会有空间测量的可能性。因而，对欧氏几何来说，首要的是全等概念，而不是两点间的最短线，这就是亥姆霍兹基于事实的分析而非解析的准则所得到的一个重要结论。正如他在谈到这一点时所说：“我的出发点是一切最初的空间测量都是基于对全等的观察。显然，光作为直线的性质是一个物理事实，它受到其它领域的特定实验的支持，对于可以获得对几何公理的精确性充分确信的盲人来说，光的这一特性是绝对不重要的。”[5]因为盲人不借助光的直线性也能理解欧氏几何学，但盲人并非通过触觉没有领悟全等。

亥姆霍兹认为，Riemann的解析方法的不足之处在于它没有反映出我们的空间概念所必须的经验部分。而他自己的目标则在于以确立重合为起点，去假定空间测量的可能性并进而探求多维空间的一般解析表达式，这就意味着经验地得到了几何公理。在谈到与Riemann的研究思路的重大区别时，亥姆霍兹指出：“我自己达到同样的考虑部分地来自对于颜色的空间描述的研究，部分地通过对以视野中的测量为目的的视觉估计之起源的研究。Riemann从描述空间中无限接近的两点间距离的一般解析表达式开始，由此导出了关于不变的空间结构的自由运动定理，而我则从观察事实出发，这一事实即不变的空间构形在我们空间中运动的自由性是可能的，并且我由这一事实导出了较Riemann当作公理的解析表达式的必然性。以下就是我的计算所基于的假定：(a)关于空间的连续性和维数；(b)可动刚体的存在，它是通过叠合而进行空间测量的比较时所必需的；(c)这种刚体的可自由运动特性，由(b)(c)两点可保证两个空间图形的叠合与其所在的空间位置无关；(d)刚体的旋转不变性。”[6]亥姆霍兹认为，这四个假定都是普通几何所具有的，“尽管以上假定没有关于直线和平面的存在的公理及平行线公理，它也是完备的和自足的，并且从理论上看，它具有完备性和易于检验的优点。”[7]

从以上四个假设出发，亥姆霍兹达到了Riemann的研究起点，即N维空间中扩展了的毕达哥拉斯定理。如令维数为三，并假定空间是无限扩展的，就只有欧氏空间是可能的。也就是说，欧氏空间只是满足叠合条件的不同类型的空间中的一种。这些空间包括球面空间和伪球面空间，它们也是可设想的无矛盾的几何学。

那么，为什么我们接受了欧氏几何，而没有接受其它可能形式的非欧几何呢？为此，亥姆霍兹认为必须首先研究可想象的和可知觉的东西之间的关系，并进一步从中发现新的准则，以便用于有关几何学的特殊考虑，从而区别出空间知觉中的先天因素和后天因素。他先后研究了假想的二维生物在平面、球面及椭球面上所产生的几何学。从而得出结论：欧氏几何学之所以是我们周围实在世界的几何学，这没有什么可奇怪的，因为我们的视觉观念已经变得与这一环境相适应，因而也服从欧氏几何定律。如果生活在另一种几何结构不同的环境中，我们就会与新的环境相适应，学会看非欧几里德式的三角形，会觉得三角形的内角和不等于180度是正常的，我们也将学会用被那个世界的刚体所定义的一致性来测量距离。也就是说，欧氏几何的优先权是古老习惯的产物，它的基础在于我们的物质环境的欧几里德特性，我们由之认识几何关系的物理实体——刚体和光线在结构上是与欧氏几何定律相一致的，这种经验事实正是这类习惯的源泉。因而，康德意义上的终极范畴是不存在的，它所被赋予的确定性和固有的必然性也是虚幻的。由此，空间直观的“世俗血统”显然无疑其基础受到了根本性的动摇。一场新的认识论革命即将到来，它的目标正是对那些被赋予先天性的基本概念进行彻底地批判和清洗。马赫及赫兹的力学批判正是这一革命的重要组成部分，相对论的创立则是这一认识论革命的重大成果。在爱因斯坦看来，如果没有亥姆霍兹的非欧几何思想，就不可能通向相对论。

二爱因斯坦：“时间是可疑的”

众所周知，爱因斯坦是完成人类时空观根本变革的伟大哲人——科学家。他的青年时期正值追寻科学原理之基础的英雄时代，而善于从思想起源对基本概念进行批判性考察恰是爱因斯坦成功的关键，这与亥姆霍兹不无重大关系。

正如爱因斯坦多次谈到的那样：还在苏黎世联邦工业大学学习时，他就利用课余时间认真研读了亥姆霍兹、玻耳兹曼、赫兹等人的论著，特别是亥姆霍兹的五卷本《理论物理学讲义》使他受益匪浅。其中的第一卷有一半讲的都是哲学和认识论，具体实验却很少提及，甚至连那个在他的赞同下首次完成的迈克尔逊实验都未提及。正是这套讲义加强了爱因斯坦的批判意识及研究认识论的自觉性。当谈及这段经历时，爱因斯坦不无感慨地说：“在那里我有几位卓越的老师（比如胡尔维兹(A.Hurwitz)、明可夫斯基(H.Minkowski)），所以照理说，我应在数学方面得到深造。可是我大部分时间却是在物理实验室里工作，迷恋于同经验直接接触。其余时间，则主要用于在家里阅读基尔霍夫(G.R.Kirchhoff)、亥姆霍兹(H.L.F.vonHelmholtz)、赫兹(H.R.Hertz)等人的著作。”[8]大学毕业后，在伯尔尼专利局做试用检验员的爱因斯坦与C·哈比希特、M·索洛文三人组成了奥林比亚科学院，其中研读和讨论包括亥姆霍兹在内的大师们的著作是科学院的主要活动之一。因而，亥姆霍兹对于几何学、数学及力学基本概念的批判对爱因斯坦的认识论及其对康德哲学的看法有着直接影响。

爱因斯坦看来，康德哲学中最重要的东西是他所说的构成科学的先验概念，而承认先验综合判断的存在则是他设下的圈套。[9]事实上，康德在那些作为任何思维的必要前提的基本概念与来自经验的概念间所作的根本性区分是不正确的，其原因在于康德只强调了那些基本概念的有效性而忘记了它们的世俗来源，从而它们就会被看作是一成不变的既定的东西，并打上“思维的必然性”、“先验地给予”等等烙印。康德正是这样去看欧氏几何的。正如爱因斯坦在“物理学与实在”一文中所指出的那样：“欧几里德几何的纯逻辑的（公理学的）表示，固然有较大的简单性和明确性这个优点，可是它为此所付出的代价是放弃概念构造同感觉经验之间的联系，而几何学对于物理学的意义仅仅是建筑在这种联系之上的。致命的错误在于：认为先于一切经验的逻辑必然性是欧几里德几何的基础，而空间概念是从属于它的。这个致命错误是由这样的事实所引起的：欧几里德几何的公理构造所依据的经验基础已被遗忘了。”[10]既然“先天”空间形式已不可能，“先天的”时间形式还成立吗？这便是相对论的诞生必须突破的一道难关。在放弃了许多无效的尝试之后，爱因斯坦终于醒悟到：“时间是可疑的。”谈到这一点时，爱因斯坦特别强调了休谟和马赫的影响，在他看来：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里。那么任何想令人满意地澄清这个悖论的尝试，都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性，实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的思想，就我的情况来说，特别是由于阅读了戴维·休谟和恩斯特·马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”[11]这里并未提到亥姆霍兹的作用。的确，亥姆霍兹由于认识到“时间”观念的复杂性而更关注于空间观念的批判性考察。但这种批判对相对论的创立同样有着至关重要的作用。其影响并不亚于马赫那“坚不可摧的怀疑论”。[12]在谈到非欧几何与物理学时爱因斯坦也指出：“物理世界的几何究竟是怎样的？它究竟是欧几里德式的还是任何别种的？许多人都争论过这个问题有没有意义。为了说明这种争论，必须在下面两种观点中彻底坚持一种。第一种观点，同意几何‘体’实际上体现着物理固体，当然，这只要固体遵守那些关于温度、机械应力等等已知的规定就行了。这是从事实际工作的实验物理学家的观点。如果几何的‘截段’，同自然界的一定客体相对应，那么几何的一切命题也都具有说明现实物体的性质。这种观点亥姆霍兹说得最明白，可以补充一句：要是没有这种观点，实际上就不可能通向相对论”。[13]对此应怎样理解呢？如果我们深入考察亥姆霍兹的非欧几何思想，我们将发现，其中不仅仅有对先天空间形式的批判，而且包含着关于“空间”相等的一种操作定义，从而为建立新的时空观指明了方向。

在有关空间知觉的早期研究中，亥姆霍兹就指出，我们对各种空间形状、距离及空间关系的知识的获得都是通过我们的身体或简单仪器的操作及实验而达到的。他关于非欧几何的探讨是通过空间中刚体的运动而进行的，而其中的相等关系正是由刚体向它的比较对象发生的真实运动来作出操作定义的。关于空间间隔的测量，必须首先对作为测量标准的刚体的某些特性给出明确规定，此后测量的意义就由这个作为标准的刚体的重复操作而确定。也就是说，康德意义上的那种绝对普遍而必然的几何学并不存在，只有与关于等同性的操作定义相关的几何学。按着这一观点，爱因斯坦在长时间的沉思之后，对时间概念提出了类似思考：同时性也没有任何绝对意义，它只能在一个确定的操作定义之上讨论，即同时性的爱因斯坦定义。

在“论动体的电动力学”这一划时代论文中，爱因斯坦基于对电动力学所导致的不对称现象的深刻分析和长达十年之久的追光悖论的沉思，首先提出了相对性原理和光速不变原理这两个公设。在随后的运动学部分，爱因斯坦首先给出了同时性的操作定义，从而使得“同时性”概念不仅摆脱先验色彩和直觉性，而且使它与经验建立了密不可分的联系，其结论是同时性的相对性。这个突破之后，先前的极大困难就迎刃而解了，时间的相对性和空间的相对性以及新的时空变换都不过是同时性的相对性的必然结果。这便是该文的运动学部分所提供的狭义相对论的完整的基本原理。

三从亥姆霍兹到爱因斯坦：富有批判精神的优良传统

科学哲学家赖欣巴哈在谈到相对论的哲学意义时曾指出：“我们把几何学问题的哲学说明归功于亥姆霍兹。他看出物理几何依赖于刚体全等的定义，并因此推得，物理几何本质的清楚说明在逻辑上比几十年之后发展起来的彭加勒的约定论更优越。又是亥姆霍兹，借助于形象化是有关固体和光线的经验结果这一发现，澄清了非欧几何的直观说明。……亥姆霍兹不能成功地劝服他的同代人脱离康德的时空先验论并不是他的错误。只有很少的专家知道他的哲学观点。当由于爱因斯坦的理论使公众的兴趣转向这些问题时，哲学家便开始让步并脱离了康德的先验论”。[14]我们认为，其中的“哲学说明”是指亥姆霍兹的思维和方法在本质上是哲学的，即对基本概念和理论前提进行彻底的批判考察，这正是康德哲学所富有的批判精神。正如海涅谈到康德的《纯粹理性批判》在德国引起的哲学热潮时所说：“康德引起这次巨大的精神运动，与其说是通过他的著作的内容，倒不如说是通过在他著作中的那种批判精神，那种现在已经渗入于一切科学之中的批判精神。所有学科都受到了它的侵袭。……德国被康德引入了哲学的道路，因此哲学变成了一件民族的事业。一群出色的大思想家突然出现在德国的国土上，就像用魔法呼唤出来的一样。”[15]的确，在康德之后，出现了费希特、谢林和黑格尔，他们沿着唯心主义道路进一步发展了康德哲学。与之不同的是，稍后的一大批德国杰出的科学家走的是另外一条以实证科学去解释和发展康德哲学的道路，其结果是康德哲学的许多结论得到了改造，但就其精神本质而论，则是对康德哲学的精神——批判精神的真正继承与发扬，这也正是德国科学的优秀传统的突出特点。这后一条道路的开拓者正是亥姆霍兹，他也因而被看作新康德主义的领导者和科学哲学的先驱者。赫兹、普朗克、爱因斯坦则是他的直接传人。他们的思维在本质上是哲学的思维，他们既是科学家，也是哲学家。在此，富有批判精神的文化传统发挥着重要的助长剂和催化剂的作用。爱因斯坦对此深有感触，他认为：“使青年人发展批判的独立思考，对于有价值的教育也是生命攸关的。”[16]

以上探讨不免使我们联想到中国教育的现状。我们的课堂、教材灌入给青少年的都是无血无肉的死的东西，知识技能化的倾向愈演愈烈，科学精神、科学思想丧失殆尽。由此，怎么能培育出世界级的科学大师呢？这或许可算作我们从本文得到的一个重要启示吧！

【参考文献】

[1]赖欣巴哈．科学哲学的兴起[M]．北京：商务印书馆，1983.112．

[2]Helmholtz:VorlesungenuberTheorerischePhydsik,Bd.I,Leipzig,1897.S.5-6．

[3]L.Koenigsberger:HermannvonHelmholtz,Oxford,1906.P.160．

[4][5]Helmholtz:EpistemologicalWritings,Boston,1997,P.2;P.39．

[6][7]Helmholtz:WissenschaftlicheAbhandlungen,Leigzig,1868,S.621.S.616．

[8][9][10][11][13]爱因斯坦文集（第一卷）[M]．北京：商务印书馆，1983.7、104、349、24、207．

[12]A·I·米勒．科学思维中的意象[M]．武汉：湖北教育出版社，1991.104．

[14]AlbertEinstein:Philosopher--Scientist,EditedbyP.A.Schilpp,NewYork,1949,P.304．