新课程物理教与学

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出版者:福建教育出版社
作者:郭长江
出品人:
页数:203
译者:
出版时间:2005-4
价格:17.00元
装帧:
isbn号码:9787533440800
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 教学
  • 教育
  • 新课程
  • 教与学
  • 中学物理
  • 物理教学
  • 教师发展
  • 课程改革
  • 教学方法
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具体描述

对于物理教育问题,事实上,我们国家在教学研究上还是有比较多的积累的。但是在物理课程研究领域,无论是在理论认识还是实践操作方面,还存在比较明显的不足。这基本上是目前物理研究者的共识。然而,在物理教育研究上,还有一个非常重要的问题,那就是教育理论与物理教学的结合。教育理论绝不足灰色的,在当前中国教育转型的大背景下,亟需用教育理论思想来指导具体学科的教学研究。当然,这对教育理论也提出了新的、更高的要求。如何从教育理论的高度,结合具体的教学问题进行物理教育的系统研究,是我一直思考并将作为今后一段时间研究重点的问题。

这本书只是这种思考的初步成果,它还不完善,但是已经形成了一个研究的框架和思维方式的雏形,即以当前正在进行的课程改革运动为背景和载体,以中学物理教育实践为研究对象,从教育基本理论的视角,将教师和学生在学校的学习看成是一种生命活动,并追求其独特的意义而建立起来的关于中学物理的比较系统的教育理论体系。

探寻知识的边界:现代数学与计算科学前沿研究综述 本书聚焦于当前数学与计算科学领域最活跃、最具影响力的前沿课题,旨在为高等院校的教师、研究生以及致力于交叉学科研究的科研人员提供一份深入且全面的知识导航。全书不涉及任何基础物理教学方法论或特定课程的教学实践,而是完全专注于抽象理论的构建、新模型的提出与复杂计算工具的革新。 本书的编纂旨在弥补当前教材在介绍新兴数学分支与尖端计算技术之间的鸿沟,以严谨的学术视角,系统梳理了过去十年间该领域取得的突破性进展。全书共分为五个主要部分,每一部分都由该领域最杰出的专家撰写,确保了内容的权威性与前瞻性。 --- 第一部分:拓扑学与几何学的深度融合:高维数据的结构分析 本部分深入探讨了代数拓扑工具在分析高维、非欧几里得数据结构中的应用。我们摒弃了传统的基于度量空间的统计方法,转而采用持久同调(Persistent Homology)理论,来刻画复杂数据集(如基因表达谱、社交网络结构、材料微观形貌)中“洞”和“连通性”等内在拓扑特征。 章节细述: 1. 持久同调的理论基础与算法优化: 详细阐述了Simplicial Complexes的构造、Betti数序列的计算,并重点分析了近年来在计算复杂性上取得显著进展的降维算法,例如基于Mapper算法的拓扑数据分析(TDA)在生物信息学中的实际案例演示。 2. 黎曼几何在机器学习中的应用: 考察了流形学习(Manifold Learning)在处理非线性高维数据时的局限性,并引入了Fisher信息度量和各种黎曼度量(如Wasserstein距离)来定义数据空间上的最优传输路径,这对于训练深度生成模型(如GANs的改进版)至关重要。 3. 低维嵌入与拓扑不变量: 探讨了如何利用极小化能量函数的方法,将高维拓扑结构“软性”地嵌入到低维空间中,同时保证关键拓扑不变量(如环群结构)的相对稳定性。 --- 第二部分:数理逻辑与可计算性理论的现代诠释 本部分关注纯粹的理论计算机科学与数理逻辑的交叉领域,特别是关于复杂性理论的最新猜想及其在形式化验证中的应用。我们完全聚焦于理论层面,不涉及任何编程语言的语法或编译原理。 章节细述: 1. P/NP问题的新进展与交互式证明系统: 对角谷(Diagonal Arguments)在复杂性理论中的最新应用,以及零知识证明(Zero-Knowledge Proofs, ZKP)的数学构造。重点分析了Pinocchio协议和Plonk协议的代数结构基础,而非其在区块链技术中的应用。 2. 非经典逻辑与自动定理证明: 探讨了直觉主义逻辑、模态逻辑以及直觉类型论(Intuitionistic Type Theory)在构建更强大且可靠的自动化推理引擎中的潜力。分析了Coq和Lean等形式化验证工具背后的高阶Lambda演算基础。 3. 随机化计算与量子算法的理论极限: 深入研究了BQP(有界误差量子多项式时间)类与NP类的关系。详尽解析了Shor算法和Grover算法的数学构造,并讨论了量子纠错码(如表面码)的代数拓扑构造原理。 --- 第三部分:随机过程与非线性动力系统的精确数值方法 此部分脱离了对基础概率论的复述,直接进入高阶随机分析和混沌系统模拟的前沿。重点在于如何设计高效且误差可控的数值积分器来处理高维随机微分方程(SDEs)和偏微分方程(SPDEs)。 章节细述: 1. 随机微分方程的伊藤积分与Stratonovich积分的统一框架: 详细比较了两种积分定义的数学等价性,并引入了基于高阶Runge-Kutta方法的Milstein方案及其在金融建模中的适用性(不涉及具体的金融产品定价)。 2. 多尺度建模中的均值化方法(Homogenization): 探讨了如何利用多尺度分析来分离和简化具有不同时间尺度的复杂物理或生物系统。重点分析了基于多尺度有限元法(MsFEM)的数值实现,特别是处理周期性微结构时的挑战。 3. 混沌系统的长程误差估计与Lyapunov指数计算: 介绍了快速算法来精确估计高维系统的最大Lyapunov指数,并探讨了Poincaré截面法在识别吸引子结构中的局限性。 --- 第四部分:代数几何与编码理论的交集:构造高效率的纠错码 本部分完全聚焦于抽象代数在信息论领域的最新应用,特别是代数几何码(Algebraic Geometry Codes, AG Codes)和格理论(Lattice Theory)在构建后量子密码学安全系统中的核心地位。 章节细述: 1. 黎曼-洛赫定理与代数几何码的界限: 详细推导了Goppa码的构造过程,并利用代数曲线上的点和除数概念,精确计算了此类码的最小距离和渐近相对速率。 2. 格密码学的基础:Lattice Reduction算法的优化: 深入研究了LLL算法和BKZ算法的数学原理,并分析了SVP(最近向量问题)和CVP(最近平面问题)的Hardness假设如何支撑后量子密码体制的安全基础。 3. 环理论在循环码和BCH码中的应用: 运用多项式环的理想理论来构造和分析循环码,特别是针对Reed-Solomon码的代数结构进行深入剖析。 --- 第五部分:计算数学中的高性能并行化策略与算法收敛性分析 本书的最后一部分关注于如何将前述的复杂数学模型转化为可以在大规模并行计算架构上高效运行的实际算法,重点在于算法收敛性的理论保证和加速技术。 章节细述: 1. 预条件子理论与迭代方法的加速: 聚焦于Krylov子空间方法的理论深度,如GMRES和BiCGSTAB的收敛速度分析。重点介绍基于代数多重网格(AMG)的预条件子的构造,该方法完全基于线性系统的代数结构,而非底层的物理背景。 2. 域分解方法(Domain Decomposition Methods)的理论基础: 探讨了Schur补和Hessian矩阵块分解在处理大规模偏微分方程系统时的作用。分析了非重叠和重叠域分解方法的收敛率与子域数量的关系。 3. 不适定问题的正则化理论: 分析了Tikhonov正则化和谱截断方法在处理病态线性系统时的数学原理,以及如何通过经验费雷法(Empirical Fermi’s Rule)来确定最优的正则化参数。 本书的最终目标是推动读者从“应用”层面转向“创造”层面,深入理解现代数学和计算科学工具的深层结构和内在限制,为未来的理论创新打下坚实的数理基础。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计非常吸引人,那种深邃的蓝色调配上简约的白色字体,立刻就给我一种专业而严谨的感觉。我本来是抱着试试看的心态翻开的,但没想到内容组织得如此清晰。尤其是它对高中物理核心概念的拆解,简直是化繁为简的大师手笔。比如,在讲到电磁感应的时候,作者并没有直接堆砌复杂的公式,而是先用非常生动的日常例子引入,比如变压器的工作原理,让人一下子就抓住了核心。这种教学方式,对于我这种物理基础相对薄弱的学习者来说,无疑是一剂强心针。它不是那种让人望而生畏的教科书,更像是一位经验丰富、耐心十足的老师,在你身边一步步引导。而且,书中的插图质量极高,不仅仅是示意图,更像是艺术品,精准地描绘了抽象的物理过程,这一点真的非常加分,让我对学习的兴趣大大提升。

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阅读这本书的过程,我体会到了一种久违的、深入理解知识的满足感。它最让我称道的一点,是其对“思维导图”式学习路径的构建。很多物理书都是线性叙述,学完一个章节就结束了,但这本书似乎在每一个知识点之间都埋下了伏笔和联系。比如,在介绍完牛顿运动定律后,紧接着就巧妙地将这些定律迁移到了更复杂的圆周运动和万有引力中,这种无缝衔接的处理方式,让知识体系的完整性得到了极大的体现。我发现自己不再是孤立地记忆公式,而是开始理解物理规律是如何相互支撑、相互转化的。这种全局观的培养,对于应试和长远发展都至关重要。我甚至觉得,这本书与其说是教我们解题,不如说是教我们如何像物理学家那样思考问题,这才是最宝贵的财富。

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这本书的装帧和纸张质量也值得称赞,这在如今很多追求成本效益的出版物中算是难能可贵了。内页采用了偏黄的哑光纸张,长时间阅读下来,眼睛的疲劳感明显减轻了许多。作为需要长时间面对物理难题的学生来说,这一点非常贴心。更重要的是,排版极其考究,字体大小适中,关键术语和公式都被加粗或用不同颜色区分,视觉焦点非常明确。翻阅起来非常顺畅,不像有些教材,排版过于拥挤,让人一看就心生畏惧。这种对阅读体验的重视,也侧面反映了出版方对教育质量的认真态度,让人感觉手里的这本书是真正用心打磨出来的精品,而不是应付差事的产物。

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我个人感觉,这本书最大的亮点在于它对现代物理前沿概念的引入,虽然是高中教材体系,但作者巧妙地在不超出教学大纲的前提下,植入了许多激发好奇心的内容。比如在讲完经典物理的局限性后,会简略介绍相对论和量子力学的基本思想,这种“仰望星空”的设计,极大地拓展了我的视野。它让我明白,我们现在学习的这些定律,并不是物理学的终点,而是一个宏大体系中的一个阶段。这种宏观视野的培养,对于激发学生对科学探索的终极热情非常有帮助。它不再是单纯的知识灌输,而是点燃了一颗对未知世界探索的火种,这种精神层面的引导,是我在其他同类书籍中很少见到的宝贵特质。

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不得不提的是,这本书在例题和习题部分的编排简直是教科书级别的范本。很多教辅材料的例题往往只是简单地套用公式,但这本书的每一个例题都配备了详尽的“解题思路剖析”和“易错点辨析”。我尤其喜欢它对“陷阱”的设置和提醒,比如在处理矢量合成与分解时,经常有人忽视方向问题,这本书就用几个醒目的提示框将这些细节强调出来。这感觉就像是作者亲身经历过无数次考试的失败,然后把所有的“坑”都提前帮你填平了。此外,习题难度梯度设置得非常合理,从基础巩固到拔高探究,层层递进,让人在完成每一阶段的练习后,都能获得实实在在的进步感,而不是盲目地刷题。

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