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開設(shè)文科物理課程的初步探索
摘要：以培養(yǎng)文科生的科學(xué)素養(yǎng)為目的，討論了給文科生開設(shè)文科物理課程的意義，在此基礎(chǔ)上分析了課程體系和具體授課方法。將文科物理的教學(xué)理念及教學(xué)方法應(yīng)用到管理類學(xué)生和工業(yè)設(shè)計(jì)類學(xué)生的教學(xué)過程中，兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐表明教學(xué)效果較好，能很好地激發(fā)學(xué)生了解自然的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生本應(yīng)該具有的科學(xué)文化素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：文科物理；教學(xué)實(shí)踐
文科物理的授課對象是文科學(xué)生。文科學(xué)生在以后的工作中可能永遠(yuǎn)不會(huì)遇到“相對論”或者是“量子力學(xué)”的問題，他們不學(xué)大學(xué)物理，似乎是天經(jīng)地義的事。但是，進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我們再不能把大學(xué)教育簡單地看作是“崗位培訓(xùn)”，再不能把大學(xué)物理僅定位成為工科專業(yè)后繼課程服務(wù)的基礎(chǔ)課程，學(xué)生也不是“知識的容器”，文科生也需要具有一定的科學(xué)文化素養(yǎng)。
那么，給文科生開設(shè)文科物理課程的意義何在?如何給文科學(xué)生講授大學(xué)物理課程?筆者在這方面做了初步的教學(xué)探索。
一、文科生開設(shè)物理課的意義
愛因斯坦曾說過：“科學(xué)對于人類事務(wù)的影響有兩種方式，第一種方式是科學(xué)直接地、并在更大程度上間接地生產(chǎn)出完全改變了人類生活的工具；第二種方式是教育的性質(zhì)——它作用于心靈。”給文科生開設(shè)大學(xué)物理課程主要是想用科學(xué)對人類事物的第二種影響方式來影響他們。所以在這里關(guān)于開設(shè)文科物理課的意義我想強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：1、知識的積累；2、素質(zhì)教育。
美國物理學(xué)家費(fèi)曼曾經(jīng)說過：“物理學(xué)是最基本的、包羅萬象的一門學(xué)科，它對整個(gè)科學(xué)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響。”換句話說，物理學(xué)的研究對象很難用一個(gè)范圍、一句話去定義。力、熱、電磁、光、原子、基本粒子、凝聚態(tài)、材料、信息、超導(dǎo)等等，大到天體，小到基本粒子，從宏觀到微觀，從低速到高速，都是物理學(xué)的研究對象及范圍。無論是在過去、現(xiàn)在還是將來，物理學(xué)都是各類學(xué)科的帶頭學(xué)科和基礎(chǔ)學(xué)科，甚至為其它學(xué)科的建立提供了最基本的原理(支持保障等)。所以我給文科生提出來的學(xué)習(xí)大學(xué)物理的第一個(gè)目標(biāo)就是，通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)來積累知識，從而認(rèn)識自然，理解自然界中一些最基本的規(guī)律和現(xiàn)象，建立正確的世界觀。
我給文科生提出來的第二個(gè)目標(biāo)是，通過大學(xué)物理的學(xué)習(xí)來提高自身素質(zhì)，建立正確的方法論。現(xiàn)代教育觀點(diǎn)是：一個(gè)人接受終生教育，而大學(xué)所提供的教育是以基礎(chǔ)的、素質(zhì)的、方法的教育為主要目的的教育，是一個(gè)階段性的教育。大學(xué)教育把提高學(xué)生的素質(zhì)，也就是把能力的培養(yǎng)放在首位。物理學(xué)有自己的一套體系，它所涉及的思維方式、哲學(xué)思考、美學(xué)原則、科學(xué)方法，使其成為進(jìn)行素質(zhì)教育、方法教育的不可替代的學(xué)科。因此，開設(shè)大學(xué)物理課不僅僅是出于為某專業(yè)服務(wù)的考慮，更因?yàn)檫@是進(jìn)行素質(zhì)教育、方法教育的一個(gè)有效途徑。
綜上可見，開設(shè)文科物理課有兩種作用，一是通過基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，了解自然運(yùn)行的規(guī)律；另一個(gè)是思維方法的教學(xué)、科學(xué)精神的熏陶、創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，即科學(xué)文化的教學(xué)。這是一門軟硬結(jié)合的課程，從某種程度上講，科學(xué)文化教學(xué)的重要性不亞于基礎(chǔ)知識的教學(xué)。開設(shè)文科物理課的目的就是培養(yǎng)文科學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高學(xué)生的思維能力、觀察能力、動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，形成客觀認(rèn)識世界的方法，具備科學(xué)精神和人文精神。除了培養(yǎng)正確的世界觀和方法論，文科生開設(shè)大學(xué)物理有其更深遠(yuǎn)的意義所在。
伴隨著文藝復(fù)興，歐洲走出了中世紀(jì)，科學(xué)發(fā)展起來了，人類文化中便分出了科學(xué)文化，這種文化逐漸區(qū)別于早已形成的人文文化。在20世紀(jì)50年代的中國，為改變我國科技落后的面貌政策導(dǎo)向，我們曾倡導(dǎo)過“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”。這句話雖然在當(dāng)時(shí)曾受到批判，卻在實(shí)際上鼓勵(lì)了無數(shù)青年發(fā)奮地學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)。然而，兩種文化的分裂也以一種中國特色的形式表現(xiàn)出來了。
被譽(yù)為“德國教育之父”的洪堡提出：教育是個(gè)人狀況全面和諧的發(fā)展，是人的個(gè)性、特性的一種整體發(fā)展，教育是一個(gè)人一輩子都不可能結(jié)束的過程，教育是人自身目的，也是人的最高價(jià)值體現(xiàn)。一切社會(huì)活動(dòng)都是人的活動(dòng)，要改善我們的社會(huì)，就必須改善和提高人的全面素質(zhì)。因此我們的教育應(yīng)當(dāng)致力于培養(yǎng)德、智、體、能、美等諸方面和諧發(fā)展的一代新人。而要做到這一點(diǎn)，正如已故著名女科學(xué)家吳健雄所指出，應(yīng)該把人類文化已經(jīng)長期分裂而造成隔閡的兩種文化——科學(xué)文化與人文文化——在校園里重新加以彌合，這是為了避免社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中出現(xiàn)危機(jī)而必須解決的一個(gè)刻不容緩的問題。21世紀(jì)科學(xué)需要文理相通，這是給文科生開設(shè)物理課的根本意義所在。
二、文科物理的課程體系——立足于理，建瓴于文
經(jīng)多方比較，選用倪光炯先生的《文科物理——物理思想與人文精神的融合》作為教材。編者首先強(qiáng)調(diào)了一個(gè)重要理念，物理學(xué)既是科學(xué)也是文化。在人類的人文文化和科學(xué)技術(shù)文化兩大文化中，后者的重要部分就是物理文化。物理教育的基本任務(wù)之一是傳遞物理文化。因此，物理教育不應(yīng)僅是傳授物理知識的過程，而且要突出物理教育中的文化特征，重視對學(xué)生探索、求實(shí)精神及科學(xué)審美觀等的培養(yǎng)。一句話，就是要重視對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)與教育。
按照上述理念，《文科物理——物理思想與人文精神的融合》以物理學(xué)史的發(fā)展為主線，以物理學(xué)發(fā)展史和物理學(xué)研究方法論作為其主要內(nèi)容，從人文文化和科學(xué)文化的高度把有關(guān)的內(nèi)容組織起來。編者在該書的編寫中，充分體現(xiàn)了文理滲透的精神，注意加強(qiáng)物理學(xué)的人文色彩，并注意突出物理學(xué)的思想性和哲理性，立足于理，建瓴于文。
文科物理共分為十個(gè)章節(jié)。第一章，兩種文化的歷史演變。通過簡介中國傲人過去，引出李約瑟難題；在分析李約瑟難題過程中分析東西方哲學(xué)的差異；正是因?yàn)闁|西方哲學(xué)的不同開局導(dǎo)致了兩種文化的分裂；最后指出東西方文化的融合對可持續(xù)發(fā)展的必要性；21世紀(jì)的科學(xué)需要文理相同，再次強(qiáng)調(diào)文科生學(xué)習(xí)物理的必要性。第二章，經(jīng)典力學(xué)的建立。從哥白尼、地谷到開普勒，從伽利略到牛頓，簡單介紹了經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展與成熟，簡短的篇幅里面有完整的經(jīng)典力學(xué)體系。第三章，從靜電現(xiàn)象到電磁現(xiàn)象。包含了電磁學(xué)的整個(gè)完整體系，介紹思路也是順延物理學(xué)的發(fā)展過程。第四章，光的本性是什么。簡單的闡述了光的本質(zhì)和有關(guān)光的最基本的物理現(xiàn)象。第五章，打開微觀世界研究大門的三大發(fā)現(xiàn)。介紹了通向近代物理之門的三把鑰匙X射線、放射性、電子的發(fā)現(xiàn)過程，在了解物理知識的同時(shí)我們還能學(xué)到正確的分析問題和解決問題的方法，并能領(lǐng)略到科學(xué)家的大師風(fēng)范。第六章，物質(zhì)觀的革命——量子論。屬于近代物理的范疇，帶學(xué)生們走入微觀世界，了解神秘的量子理論。第七章，統(tǒng)計(jì)規(guī)律，混沌，熵與信息。屬經(jīng)典熱學(xué)范疇，研究了生活中遇到的熱現(xiàn)象的微觀實(shí)質(zhì)。第八章，時(shí)空觀的革命——相對論。屬于近代物理范疇，它將帶學(xué)生們走進(jìn)高速的研究領(lǐng)域，在這里大家根深蒂固的時(shí)空觀將被推翻。第九章天體物理學(xué)的新發(fā)展將給學(xué)生們簡單介紹天空中各種星體的運(yùn)行。演化和研究手段。第十章物理亦文化再次給大家展示物理學(xué)的魅力所在。
物理學(xué)在研究和發(fā)展過程中所形成的各種方法、理論與實(shí)踐、歸納與演繹、分析與綜合、類比聯(lián)想和假設(shè)試探、理想化方法與模型化方法等都是培養(yǎng)和提高人的觀察能力、思維能力、表達(dá)能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新能力等素質(zhì)最有效的方法。文科物理中不僅蘊(yùn)含著先進(jìn)的生產(chǎn)力，同時(shí)也蘊(yùn)含著先進(jìn)文化，對人類的未來能夠起到?jīng)Q定性的作用。
三、文科物理課程的授課方法及其可行性分析
在高等教育從精英教育向大眾化教育的轉(zhuǎn)型時(shí)期，在教學(xué)中首先要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這就要求教師在課堂上追求全方位的精彩。講出物理學(xué)中的科學(xué)之美，簡捷與統(tǒng)一之美，深邃與含蓄的內(nèi)在之美，奇異與對稱的和諧之美。讓學(xué)生在浩繁的物理概念和推理下感受物理大師們賦予自然科學(xué)的真善美。出于這方面的考慮，文科物理教學(xué)過程一定要優(yōu)化教學(xué)方法。
文科物理的教學(xué)過程中綜合采用了知識結(jié)構(gòu)法教學(xué)、發(fā)現(xiàn)法教學(xué)、案例法教學(xué)、討論法教學(xué)。
知識結(jié)構(gòu)是指一門學(xué)科的基本概念、基本原理以及這些基本概念和原理之間的內(nèi)部聯(lián)系。運(yùn)用知識結(jié)構(gòu)法教學(xué)，一方面可以增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解力，另一方面可以提高學(xué)生對知識的記憶能力。文科物理教學(xué)過程不是不要完整的知識結(jié)構(gòu)，也不是簡單的刪減知識體系，而是要精講文科物理的知識體系，給學(xué)生提供一個(gè)非常明確的知識理論框架。發(fā)現(xiàn)法教學(xué)是一種典型的啟發(fā)性教學(xué)方法，“發(fā)現(xiàn)”并不是要求學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新的科學(xué)理論和概念，而是把前人的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造的過程從教育的角度加以改造，加以精簡，引導(dǎo)學(xué)生沿著簡化的思維路線去“尋找”解決方法。案例法教學(xué)是在文科物理的教學(xué)中，結(jié)合實(shí)際問題進(jìn)行講解，能很好的激發(fā)學(xué)生的好奇心。討論法教學(xué)是選擇學(xué)生感興趣的話題或和學(xué)生專業(yè)相關(guān)的話題，讓學(xué)生們自己準(zhǔn)備資料展開討論。在交流和討論過程中，要善于引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生積極探索知識的欲望，使學(xué)生的思維活躍起來，從而有利于學(xué)習(xí)能力的提高。一個(gè)成功的教學(xué)活動(dòng)，并不在于通過這一活動(dòng)交給了學(xué)生多少既定問題的答案，而在于通過這一活動(dòng)給學(xué)生擴(kuò)展了多大的自主進(jìn)行創(chuàng)造性學(xué)習(xí)活動(dòng)的天地，在于引發(fā)了學(xué)生多么強(qiáng)烈的自主追求和創(chuàng)造的沖動(dòng)。
將上述文科物理教學(xué)理念及教學(xué)方法應(yīng)用到大學(xué)物理課時(shí)較少的管理類學(xué)生和工業(yè)設(shè)計(jì)類學(xué)生的教學(xué)過程中。兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐表明教學(xué)效果較好，能很好地激發(fā)學(xué)生了解自然的好奇心，培養(yǎng)了學(xué)生本應(yīng)具有的科學(xué)文化素養(yǎng)。
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