文科物理课程的初步探索
摘要:以培养文科生的科学素养为目的,讨论了给文科生开设文科物理课程的意义,在此基础上分析了课程体系和具体授课方法。将文科物理的教学理念及教学方法应用到管理类学生和工业设计类学生的教学过程中,两个学期的教学实践表明教学效果较好,能很好地激发学生了解自然的兴趣,培养了学生本应该具有的科学文化素养。
关键词:文科物理;教学实践
文科物理的授课对象是文科学生。文科学生在以后的工作中可能永远不会遇到“相对论”或者是“量子力学”的问题,他们不学大学物理,似乎是天经地义的事。但是,进入知识经济时代,我们再不能把大学教育简单地看作是“岗位培训”,再不能把大学物理仅定位成为工科专业后继课程服务的基础课程,学生也不是“知识的容器”,文科生也需要具有一定的科学文化素养。
那么,给文科生开设文科物理课程的意义何在?如何给文科学生讲授大学物理课程?笔者在这方面做了初步的教学探索。
一、文科生开设物理课的意义
爱因斯坦曾说过:“科学对于人类事务的影响有两种方式,第一种方式是科学直接地、并在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具;第二种方式是教育的性质——它作用于心灵。”给文科生开设大学物理课程主要是想用科学对人类事物的第二种影响方式来影响他们。所以在这里关于开设文科物理课的意义我想强调两点:1、知识的积累;2、素质教育。
美国物理学家费曼曾经说过:“物理学是最基本的、包罗万象的一门学科,它对整个科学的发展有深远的影响。”换句话说,物理学的研究对象很难用一个范围、一句话去定义。力、热、电磁、光、原子、基本粒子、凝聚态、材料、信息、超导等等,大到天体,小到基本粒子,从宏观到微观,从低速到高速,都是物理学的研究对象及范围。无论是在过去、现在还是将来,物理学都是各类学科的带头学科和基础学科,甚至为其它学科的建立提供了最基本的原理(支持保障等)。所以我给文科生提出来的学习大学物理的第一个目标就是,通过大学物理的学习来积累知识,从而认识自然,理解自然界中一些最基本的规律和现象,建立正确的世界观。
我给文科生提出来的第二个目标是,通过大学物理的学习来提高自身素质,建立正确的方法论。现代教育观点是:一个人接受终生教育,而大学所提供的教育是以基础的、素质的、方法的教育为主要目的的教育,是一个阶段性的教育。大学教育把提高学生的素质,也就是把能力的培养放在首位。物理学有自己的一套体系,它所涉及的思维方式、哲学思考、美学原则、科学方法,使其成为进行素质教育、方法教育的不可替代的学科。因此,开设大学物理课不仅仅是出于为某专业服务的考虑,更因为这是进行素质教育、方法教育的一个有效途径。
综上可见,开设文科物理课有两种作用,一是通过基础知识的学习,了解自然运行的规律;另一个是思维方法的教学、科学精神的熏陶、创新素质的培养,即科学文化的教学。这是一门软硬结合的课程,从某种程度上讲,科学文化教学的重要性不亚于基础知识的教学。开设文科物理课的目的就是培养文科学生的综合素质,提高学生的思维能力、观察能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力,形成客观认识世界的方法,具备科学精神和人文精神。除了培养正确的世界观和方法论,文科生开设大学物理有其更深远的意义所在。
伴随着文艺复兴,欧洲走出了中世纪,科学发展起来了,人类文化中便分出了科学文化,这种文化逐渐区别于早已形成的人文文化。在20世纪50年代的中国,为改变我国科技落后的面貌政策导向,我们曾倡导过“学好数理化,走遍天下都不怕”。这句话虽然在当时曾受到批判,却在实际上鼓励了无数青年发奋地学习科学技术。然而,两种文化的分裂也以一种中国特色的形式表现出来了。
被誉为“德国教育之父”的洪堡提出:教育是个人状况全面和谐的发展,是人的个性、特性的一种整体发展,教育是一个人一辈子都不可能结束的过程,教育是人自身目的,也是人的最高价值体现。一切社会活动都是人的活动,要改善我们的社会,就必须改善和提高人的全面素质。因此我们的教育应当致力于培养德、智、体、能、美等诸方面和谐发展的一代新人。而要做到这一点,正如已故着名女科学家吴健雄所指出,应该把人类文化已经长期分裂而造成隔阂的两种文化——科学文化与人文文化——在校园里重新加以弥合,这是为了避免社会可持续发展中出现危机而必须解决的一个刻不容缓的问题。21世纪科学需要文理相通,这是给文科生开设物理课的根本意义所在。
二、文科物理的课程体系——立足于理,建瓴于文
经多方比较,选用倪光炯先生的《文科物理——物理思想与人文精神的融合》作为教材。编者首先强调了一个重要理念,物理学既是科学也是文化。在人类的人文文化和科学技术文化两大文化中,后者的重要部分就是物理文化。物理教育的基本任务之一是传递物理文化。因此,物理教育不应仅是传授物理知识的过程,而且要突出物理教育中的文化特征,重视对学生探索、求实精神及科学审美观等的培养。一句话,就是要重视对学生科学素质的培养与教育。
按照上述理念,《文科物理——物理思想与人文精神的融合》以物理学史的发展为主线,以物理学发展史和物理学研究方法论作为其主要内容,从人文文化和科学文化的高度把有关的内容组织起来。编者在该书的编写中,充分体现了文理渗透的精神,注意加强物理学的人文色彩,并注意突出物理学的思想性和哲理性,立足于理,建瓴于文。
文科物理共分为十个章节。第一章,两种文化的历史演变。通过简介中国傲人过去,引出李约瑟难题;在分析李约瑟难题过程中分析东西方哲学的差异;正是因为东西方哲学的不同开局导致了两种文化的分裂;最后指出东西方文化的融合对可持续发展的必要性;21世纪的科学需要文理相同,再次强调文科生学习物理的必要性。第二章,经典力学的建立。从哥白尼、地谷到开普勒,从伽利略到牛顿,简单介绍了经典力学的发展与成熟,简短的篇幅里面有完整的经典力学体系。第三章,从静电现象到电磁现象。包含了电磁学的整个完整体系,介绍思路也是顺延物理学的发展过程。第四章,光的本性是什么。简单的阐述了光的本质和有关光的最基本的物理现象。第五章,打开微观世界研究大门的三大发现。介绍了通向近代物理之门的三把钥匙X射线、放射性、电子的发现过程,在了解物理知识的同时我们还能学到正确的分析问题和解决问题的方法,并能领略到科学家的大师风范。第六章,物质观的革命——量子论。属于近代物理的范畴,带学生们走入微观世界,了解神秘的量子理论。第七章,统计规律,混沌,熵与信息。属经典热学范畴,研究了生活中遇到的热现象的微观实质。第八章,时空观的革命——相对论。属于近代物理范畴,它将带学生们走进高速的研究领域,在这里大家根深蒂固的时空观将被推翻。第九章天体物理学的新发展将给学生们简单介绍天空中各种星体的运行。演化和研究手段。第十章物理亦文化再次给大家展示物理学的魅力所在。
物理学在研究和发展过程中所形成的各种方法、理论与实践、归纳与演绎、分析与综合、类比联想和假设试探、理想化方法与模型化方法等都是培养和提高人的观察能力、思维能力、表达能力、理论联系实际能力和创新能力等素质最有效的方法。文科物理中不仅蕴含着先进的生产力,同时也蕴含着先进文化,对人类的未来能够起到决定性的作用。
三、文科物理课程的授课方法及其可行性分析
在高等教育从精英教育向大众化教育的转型时期,在教学中首先要提高学生的学习兴趣,这就要求教师在课堂上追求全方位的精彩。讲出物理学中的科学之美,简捷与统一之美,深邃与含蓄的内在之美,奇异与对称的和谐之美。让学生在浩繁的物理概念和推理下感受物理大师们赋予自然科学的真善美。出于这方面的考虑,文科物理教学过程一定要优化教学方法。
文科物理的教学过程中综合采用了知识结构法教学、发现法教学、案例法教学、讨论法教学。
知识结构是指一门学科的基本概念、基本原理以及这些基本概念和原理之间的内部联系。运用知识结构法教学,一方面可以增强学生对知识的理解力,另一方面可以提高学生对知识的记忆能力。文科物理教学过程不是不要完整的知识结构,也不是简单的删减知识体系,而是要精讲文科物理的知识体系,给学生提供一个非常明确的知识理论框架。发现法教学是一种典型的启发性教学方法,“发现”并不是要求学生去发现和创造新的科学理论和概念,而是把前人的发现创造的过程从教育的角度加以改造,加以精简,引导学生沿着简化的思维路线去“寻找”解决方法。案例法教学是在文科物理的教学中,结合实际问题进行讲解,能很好的激发学生的好奇心。讨论法教学是选择学生感兴趣的话题或和学生专业相关的话题,让学生们自己准备资料展开讨论。在交流和讨论过程中,要善于引导,激发学生积极探索知识的欲望,使学生的思维活跃起来,从而有利于学习能力的提高。一个成功的教学活动,并不在于通过这一活动交给了学生多少既定问题的答案,而在于通过这一活动给学生扩展了多大的自主进行创造性学习活动的天地,在于引发了学生多么强烈的自主追求和创造的冲动。
将上述文科物理教学理念及教学方法应用到大学物理课时较少的管理类学生和工业设计类学生的教学过程中。两个学期的教学实践表明教学效果较好,能很好地激发学生了解自然的好奇心,培养了学生本应具有的科学文化素养。
