白色～蔷薇
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell 1831--1879) 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。1831年11月13日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育。10岁时进入爱丁堡中学学习14岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显露出出众的才华。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年转入剑桥大学三一学院数学系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11月5日在剑桥逝世。 麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。 麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：《论法拉第的力线》（1855年12 月至1856年2月）；《论物理的力线》（1861至1862年）；《电磁场的动力学理论》（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。1859年他首次用统计规律得出麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。1866年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体内摩擦过程。1867年引入了“统计力学”这个术语。麦克斯韦是运用数学工具分析物理问题和精确地表述科学思想的大师，他非常重视实验，由他负责建立起来的卡文迪什实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为举世闻名的学术中心之一。他善于从实验出发，经过敏锐的观察思考，应用娴熟的数学技巧，从缜密的分析和推理，大胆地提出有实验基础的假设，建立新的理论，再使理论及其预言的结论接受实验检验，逐渐完善，形成系统、完整的理论。特别是汤姆孙W卓有成效地运用类比的方法使麦克斯韦深受启示，使他成为建立各种模型来类比研究不同物理现象的能手。在他的电磁场理论的三篇论文中多次使用了类比研究方法，寻找到了不同现象之间的联系，从而逐步揭示了科学真理。超过1万字 
现在理论物理中的电磁作用理论基础是麦克斯维的电磁变换理论。这个理论可表述为：任意在空间随时间变化的电场可以激发出磁场，而在空间任意随时间变化的磁场也可以激发出电场。这个目前也是光在空间传播的理论基础。对于麦克斯维的电磁变换理论基础本身我认为他使用了这样一个物理或者说是数学模型：一个量的变化引起或者转化为了另一个不同性质的量。使用这样的模型建立一个物理方面的基础理论我认为是不完善或者说是仍然不够本质的。我的理由有两点。第一，一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量应该是有条件的；第二，一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量一定是有一个过程的。而他的电磁变换理论是无条件也无过程的，至少到如今仍然没有，也是无法给出的。或许有人认为这个无条件无过程的理论假设正是电磁原理中不可再深讨的本质基础，那么事实上我更愿意从更为经典的物理角度来建立一个理论并由此来分析现有的几种主要电磁作用原理的本质过程。事实上我就这样建立了一个我认为很好的理论。我在此申明我认为不能够说麦克斯维电磁变换定理是完全正确或错误，而应该说这个理论对于物理而言达到了一个怎样的本质程度。而我所建立的理论的目的是解释电磁作用更为具体的本质过程。对于迈克斯维电磁定理的那些方程我毫不怀疑它们的正确性，毕竟它们的应用是如此的成功。已经是相当成熟的理论了。而我的理论作用是电磁作用过程的具体化，这与麦克斯维理论本身是没有矛盾的。但这并不代表我的理论及解释工作没必要、没有意义。相反它的意义是非常大的。我认为数学和物理是有着本质上的差别的。他的理论可以说是限于数学上的，对于物理而言仍然是不够本质的。迈克斯维电磁定理的建立更多的是从数学入手并结合物理客观实际而得出的。所以它的实际应用性很强。但反过来对于物理本身而言它是有明显缺陷的。首先由于它的研究方法直接导致了一个问题。那就是将电磁力这个力的作用特殊化了。不光如此，从他的理论我们无法看到物质作用的具体而形象的过程，就是像牛顿力学那样的或者其它更为经典的物理过程。千万不要说这些都无所谓。不同性质的力的统一研究是物理学永远的目标。这些研究更不能只停留在数学层面上。一直以来物理学家试图尽量用原有的经典理论来解释新的物理现象和理论并不是没有道理的。所有物理学理论都应有着本质上的相同。这是对于物理学本身的发展而言的。或许你认为那对应用物理的发展没多大用处，那也是错误的想法。物理学无论本质发展还是数学相关的应用发展都需要物理理论本质性的统一。找到了这些统一性我们就才能接近物理真理。实际的物理应用也才会随之而来。过多的从数学入手显然不能达到这一目标。要解决这一问题是必须要从物理本身入手的。看看现在理论物理的发展就知道了。我认为现在的理论物理简直就是掉进了相对论和量子力学的泥潭了。而没有像牛顿力学那样的本质的发展。相对论和量子力学都是物理学家在用旧的经典理论来解释新的物理现象时才产生的新理论。不可否认它们带来的物理学上的进步。但不论这两种理论体系给物理界带来了怎样的活力和希望。但我看见的却是，这些理论的任何一点进步都像是撕开了物理真理的一座座冰山上的一角。这座冰山还没尽入眼前。却又发现了另一座冰山。人们总是不断发现新的冰山。可是却永远无法看到这些冰山的真面目。原因就是他们在建立物理理论的时候忽略了对物理本性的研究探讨。研究方法过于数学化了。这是现代物理学家不可避免要陷入的误区。原因是因为现代数学的发达。现在大家或许能够体会到物理理论统一目标的重要性了。对于这两种理论体系，我认为它们表明物理学界对物理的理解还是存在明显误区的。也就是说这两种理论的形成形态及好坏不光是目前物理学发展的问题。还应是人为的思想上的误区。这里我谈到了物理理论研究目标和入手的根本方法问题。到此为止，目的在于说明我的理论及解释工作的必要性和意义。下面继续我的理论本身。 首先我的理论实际上是从对光的电磁传播相关理论推敲而来。我认为光的波动能量在空间的传播依然需要依靠介质。而这种充满宇宙大部分（并不一定是整个宇宙）的各个角落的物质就是以太，包括原子的原子核，电子，中子，质子等都处于这样的一个环境中。以太物质的称呼和存在假设其实在国外早就提出过。但后来由于迈克逊－莫雷等实验的反面结果而否定。再加上后来麦克斯维电磁理论的发展及成功应用理论物理似乎就彻底抛弃了这个假设。不管现在我再次提出这样的一个假设看起来有多荒谬，我仍然建立了我的理论并以此来解释分析几种主要的电磁作用原理。从结果看我认为这个理论很有前途。相关的论述证明了理论本身的正确性。我认为它还另外揭示了相当重要的东西，能给物理学带来很大的进步。下面正式介绍我的理论的核心内容。 电子绕原子核的空间圆周运动在它所处的以太环境中沿其轨迹留下了一种以太的运动形式。实际上这种运动形式是电子圆周运动作用于以太而形成的，而以太的这种运动形式能反过来作用于电子并使其获得一定的动量。我用图一所示的带有箭头方向的小圈来表示，我将这个小圈叫做流圈。而它就是磁的本质。
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相关范文：关于测控专业学员电磁学前概念的研究摘 要 介绍了一种转变前概念的教学策略。以建构主义学习理论为指导，以电磁学六个方面的含前概念的调查问卷为工具，通过对测控专业学员321名学员的问卷调查，得出学员在电磁学存在的一些典型的前概念。根据调查分析的结果，分析了前概念的成因、特点，并提出了转变前概念的教学策略。 关键词 前概念 电磁学 教学策略 Abstract A kind of teaching method is Using the constructivism as the guideline， the questionnaire with preconception of 6 parts of electromagnetism as tools， by investigating 321 students， 21 pieces of typical preconception are By the results of investigation， analyzing the traits and the reasons， some teaching method for changing the preconception is Key words preconception electromagnetics teaching method 一、引言 学习者总是以已有的认知结构为基础来建构对新知识的理解[1]，在学习者己有的认知中有些是与科学概念相一致的，有些是与科学概念不一致的，我们就把这些与科学概念不一致的认知称为“前科学概念”(简称前概念)[2]。近年来，随着认知科学的不断发展，人们越来越认识到学习者头脑中的这些前概念会对学习者接受、形成和发展科学概念产生严重的阻碍作用。因此，探究学习者头脑中存在的前概念并根据学员已有的认知结构采取相应的措施进行概念转变教学，逐渐成为国内外教育心理学界研究的热点。对于军队院校的大专学员（士官）来说更是如此，他们的基础更加薄弱一些，纠正他们头脑中存在的前概念，优化其认知结构显得十分重要。 二、基本概念和研究方法 （一）基本概念。在有关概念及概念转变的文献中，研究者使用了很多不同的名词，其中比较常用的有“前概念(preconception) ”，“错误概念(misconception)”、“相异构想(alternative framework ) ”，“概念框架(conception framework )”[3]。 1、前概念。“前概念”有很多种称谓，苏联心理学家维果斯基把它称为如“孩子的概念”、“替代的概念”；前苏联“日常概念”、“自发概念”。它是指“未经专门教学，在同其他人进行日常交际和积累个人经验的过程中掌握的概念” “教学前概念”是指“在进行教学之前学生就己持有的概念”。杜伊特(RDuit)将其化分为错误概念和前概念两部分，同时，他认为错误概念是指“学生在以前的正式学习中形成的错误理解”，其中前概念的含义与前面相同。 2、概念框架。“概念框架”是指学生对自然现象的认识通常并不是个别的孤立的概念，而大都是能形成一种结构并且在自然中得到拓展。现有研究的结果充分地支持了这一观点，学生的概念通常并不是“模糊”观点的集合，而是非常清晰的，尽管从科学角度来看他们的认识范围十分有限。 （二）研究方法。根据研究目的及具体的研究条件，本研究以问卷调查法为主，并辅以个别访谈法对测控专业学员有关电磁学前概念进行研究。问卷中的试题为单项选择题，要求学员不仅要选出答案，而且要说明所做出选择的理由，以期获取学员产生错误推理、错误概念的原因等有用信息。 1、研究内容。由于电磁学涉及的内容较为广泛，在有限的时间内要全面细致研究是不现实的。本研究在阅读相关研究文献基础上，结合电磁学部分的教学内容和要求，具体设置了:电荷、电场线与电场之间的关系、导体的静电平衡、库仑定律、电势与场强之间的关系、真空中的GUSS定理6个方面的内容。 2、研究对象。本研究旨在探查测控专业学员在电磁学中存在的某些前概念。考虑到电磁学的教学时间、学员的具体情况以及论文的进展情况，我们选择了装备指挥技术学院士官系2006， 2007(简称06， 07)级测控专业的部分学员作为被试对象。其中，06级学员己学完电磁学课程一年，并且进行了后继学科电动力学相关部分的学习；07级学员刚刚学习电磁学中有关测试部分的内容，还未进行后继学科电动力学的学习。 3、问卷编订。参考程守沫、江之永的《普通物理学》，赵凯华、陈熙谋的《电磁学》，陈秉乾、舒幼生、胡望雨的《电磁学专题研究》、张静江的《电磁学问题一一分析与思考》，苏铁力、马德录的《电磁学基本概念学习指导》以及四川师范学院电磁学教研室的《电磁学思考题分析与解答》等材料，并参照戴维德(David )等人的电场和磁场概念理解调查问卷(the Conceptual Survey of Electricity and Magnetism)的设计模式，结合长期从事电磁学一线教学的教员的建议，编制了包含20个题目的初始调查问卷。测查题目情况具体如表1所示。主要测查学员在电磁学中存在的前概念。 表1 测查题目及内容分布 测查内容 电荷 电场线与电场关系 导体的静电平衡 库仑定律 电势与场强关系 真空中的GUSS定理 题号 1，10，17 2，7，12 4，9，13， 18 6，11，19 5，14，15，16 3，8，20 三、结果与分析 为进一步分析测控专业学员在电磁学中存在的某些前概念，我们对问卷调查结果进行了统计分析。试卷回收统计情况如表2所示。 表2 试题测试答案统计表 题号 答对率/人数 含前概念回答率/人数 放弃率/人数 题号 答对率/人数 含前概念回答率/人数 放弃率/人数 1 5/143 6/169 9/9 11 4/136 6/162 3/10 2 6/278 4/56 0/3 12 7/217 6/98 7/5 3 7/256 4/56 9/9 13 3/203 7/102 0/16 4 6/185 5/127 0/10 14 7/109 0/95 3/7 5 5/223 7/89 8/9 15 7/124 3/85 0/2 6 5/143 7/169 8/9 16 7/92 7/109 6/10 7 6/156 0/151 4/14 17 6/111 5/94 9/6 8 6/201 6/111 8/9 18 5/226 6/92 9/3 9 6/217 8/99 7/5 19 1/183 9/125 0/13 10 5/200 2/109 3/12 20 6/207 5/104 9/9 1、年级差异。统计结果中发现，对于不同年级得分率有较大差异，具体情况如图1所示。从图中我们发现随着年级的增长，学员的得分率有所提高，这说明从新课教学以及一些其他相关学科的学习，对于一部分前概念的纠正和科学概念的形成是有效的，能够在一定程度上提高学员成绩。 2、概念差异。此外对06、07级6部分测查内容得分率分别进行了统计，统计情况如图2所示。 图2 06、07级各部分测查内容平均得分率 从图2我们可以看出学员在各部分测查内容方面的平均得分也随年级的增长而提高，这也说明通过后继学科的学习能在一定程度上减少学员的前概念，提高学员的学习成绩。这说明通过新课教学可以有效的纠正学员头脑中的前概念并且能有效的帮助学员形成正确的物理概念。07和06年级之间存在明显的差异，这说明后继学科的学习纠正学员的部分前概念。其中库仑定律增幅最高，说明这部分内容存在的前概念多。而真空中的GUSS定理增幅最小，这说明这部分内容存在的前概念最小。这主要是因为库仑定律比较普遍，学员接触的较多一些，而后者学员在学习中接触的较少，所以前概念就少一些。学员具体在库仑定律方面存在的前概念如下表3所示。 表3 在库仑定律方面存在的典型前概念 序号 前概念内容 1 极小的带电物体均可看作点电荷 2 根据公式 可知r→∞，E→∞3 根据公式 可知r→0，无意义四、教学策略 由上面的调查分析判断，电磁学教学的关键在于促进学生的概念转变，学习是否发生是依据概念发展而不是依据新信息的零星积累来判断的。要确定适当的概念转变教学策略，应当考虑以下几个因素：(1)学生原有的概念，促进概念转变的教学首先需要知道学生在概念转变中存在那些常见的问题，从而有针对性的设计教学；(2)分析在发展和转变观念的过程中对学生智力的要求，这种分析集中于学习者从现有概念向预期结果转变的过程中需要经历的智力途径的性质；(3)考虑可能用来帮助学生从现有概念向科学概念转变的各种具体教学对策。促进概念转变的关键在于营造一个有利于概念转变的教学环境，在这一环境中，新旧概念间的矛盾被突出，从而激起学生解决矛盾的愿望，并提供给学生比较充分的解释、交流的机会。根据新旧概念矛盾的激化程度不同，促进概念转变的教学策略可以分为以下两种。 一是充实。充实(Enrichment)指在现存的概念结构中概念的增加或删除，包括对前概念的区分、合并以及增加层级组织。这一途径涉及前概念的量的扩展，是一条“进化”的、连续的途径，发生在学生的原有概念结构同科学概念一致的情况下。这一策略常用的引导学生概念转变的方式有：从学生前概念的积极方面入手，以两种概念的一致点为出发点，逐步过渡到科学概念。对学生存在的错误观念，找出一个情景比较相似但较容易理解的事例，在二者之间建立类比关系，为学生从错误观念走向科学概念架起桥梁；另外，我们可以让学生先动手完成一些简单的实验，然后以试验内容和现象为素材进行讨论，澄清错误概念。 二是重建。重建(Restructuring)意味着创造新结构，这种新结构的建构是为了解释老的信息或说明新信息。这是一条“革命性”的、不连续的途径，它发生在学生的前概念与科学概念不一致或完全冲突的情况下。在这种不连续的情况下，认知冲突起关键作用。这一策略常用的引导学生概念转变的方式是通过学生对某一物理现象的解释来暴露前概念，在与进一步的物理事实的对比中引起认知冲突，从而帮助学生建立起正确的物理概念。这种教学方式使新旧概念之间的矛盾冲突表面化、集中化，对学生头脑中原有的知识结构有一个强烈的震撼，然后通过顺应重新建立新的认知结构。 5、结论 介绍了一种转变前概念的教学策略。以电磁学六个方面的含前概念的调查问卷为工具，通过对测控专业学员的问卷调查，得出学员在电磁学存在的一些典型的前概念。根据调查分析的结果，分析了前概念的成因、特点，最后得出了转变前概念的教学策略。 参考文献 杜军义高中学生学习物理的相异构想初探[J]物理教师，2002;(6):1～3 陈秉乾，舒幼生，胡望雨电磁学专题研究[M]北京:高等教育出版社，1～70 赵凯华，陈熙谋电磁学[M]北京:高等教育出版社，1～53仅供参考，请自借鉴希望对您有帮助
