科學(xué)人文教學(xué)：大學(xué)理工科教師的方法取向

韋成龍　李小松　曾紀(jì)杰　李學(xué)罡　喻小明

［摘 要］ 科學(xué)人文教學(xué)，指理工科教學(xué)必須同時(shí)運(yùn)用科學(xué)的方法和人文的方法，培養(yǎng)大學(xué)生 的科學(xué)人文素質(zhì)?？茖W(xué)人文素質(zhì)是指大學(xué)生在科學(xué)與自然的學(xué)習(xí)、思考與探索中，逐漸形成 發(fā)展起來(lái)的科學(xué)素質(zhì)與人文素質(zhì)的渾沌體，這一渾沌體是個(gè)體素質(zhì)的一體兩面，共同構(gòu)成大 學(xué)生素質(zhì)結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)人文教學(xué)體現(xiàn)了一種科學(xué)人文觀，包含了多方面的功能和價(jià)值，它需要 教師具有淵博的知識(shí)，且有會(huì)通創(chuàng)新精神。科學(xué)人文教學(xué)的理論基礎(chǔ)在于：科學(xué)分化具有合 理性，理工科教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含豐富的人文因素，科學(xué)人文教學(xué)過(guò)程是一個(gè)豐富人的內(nèi)心世界的 過(guò)程。由此，提出了大學(xué)理工科教學(xué)的一系列方法取向。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)人文教學(xué)；科學(xué)人文素質(zhì)；大學(xué)理工科教學(xué)； 方法

［中圖分類號(hào)］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］Ａ［文章編號(hào)］1672-0717（２００８）06-0042-05

一

在論述科學(xué)人文教學(xué)之前，有必要說(shuō)明本文中要論述的科學(xué)人文素質(zhì)。所謂科學(xué)人文素質(zhì)是 指大學(xué)生在科學(xué)與自然的學(xué)習(xí)、思考與探索中，逐漸形成發(fā)展起來(lái)的科學(xué)素質(zhì)與人文素質(zhì)的 渾沌體，這一渾沌體是個(gè)體素質(zhì)的一體兩面，共同組成大學(xué)生素質(zhì)結(jié)構(gòu)。從教學(xué)的角度理 解 ，理工科教學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)教學(xué)一樣，既具有科學(xué)性，又具有人文性，是科學(xué)性與人文性 相統(tǒng)一的一種培養(yǎng)人的活動(dòng)。

所謂科學(xué)人文教學(xué)，指理工科教學(xué)必須同時(shí)運(yùn)用科學(xué)的方法和人文的方法，培養(yǎng)大學(xué)生的科 學(xué)人文素質(zhì)。理工科教學(xué)不僅要挖掘理工科教材的科學(xué)要素或信息，而且要挖掘其人文要素 或信息，教師應(yīng)該以一種自覺(jué)的方式去挖掘、透視和把握表達(dá)科學(xué)人文的信念和方法，促使 大學(xué)生在科學(xué)與自然的學(xué)習(xí)中，從科學(xué)的、理性的與邏輯的視角，體現(xiàn)人文，理解人文，弘 揚(yáng)人文。這就是筆者理解的在理工科教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)人文教學(xué)的基本精神。其內(nèi)涵包括：（ 1）科學(xué)人文教學(xué)體現(xiàn)了一種科學(xué)人文觀。在理工科教學(xué)中，以人的價(jià)值與潛能發(fā)展為核心 ，自覺(jué)關(guān)注人的價(jià)值和全面發(fā)展。從人與自然、自然與社會(huì)的整體角度，挖掘自然科學(xué)中的 人文思想與生命意義，關(guān)注人文的各個(gè)方面的科學(xué)人文信念。使教學(xué)既符合科學(xué)又要符合 人性發(fā)展，使理工學(xué)生發(fā)展呈現(xiàn)一幅豐滿的和諧的發(fā)展圖景。（2）理工科課程及其教學(xué) 包含了多方面的功能和價(jià)值。它一方面具有養(yǎng)成科學(xué)精神的價(jià)值，說(shuō)科學(xué)人文教學(xué)體現(xiàn)一種 科 學(xué)人文觀，決不是放棄理工科教學(xué)的科學(xué)精神的培養(yǎng)，即理工科教學(xué)必須按照自然 科學(xué)的研究方法和思維方式，使學(xué)生具備解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生“能做事”的目標(biāo)； 另一方面，大學(xué)培養(yǎng)出的理 工人才不能只 是具備某種技術(shù)性的專業(yè)知識(shí)，更重要的是要有愛(ài)國(guó)情操、高尚人格，具有人文社會(huì)科學(xué)素 養(yǎng)。（3）科學(xué)人文教學(xué)需要教師具有淵博的知識(shí)，且有會(huì)通創(chuàng)新精神。教育家梅貽琦193 1年就任清華大學(xué)校長(zhǎng)時(shí)說(shuō)：“大學(xué)者，非謂有大樓之謂也，有大師之謂也?！贝髮W(xué)理工科 教 師不同于一般的行業(yè)專家。大學(xué)的理工科教學(xué)在培養(yǎng)人才上，除應(yīng)適當(dāng)?shù)丶夹g(shù)化，還應(yīng)充分 地 人文化和社會(huì)化。理工科教學(xué)如果只是注重應(yīng)用性知識(shí)，而置科學(xué)精神和人文價(jià)值于不顧， 這是“謀食 ”而非“謀道”的辦法^[1]。大學(xué)如果只是為學(xué)生“謀食”，其要求 未免太低。大學(xué)在于“謀道 ”，即追求真理、光大學(xué)術(shù)、推進(jìn)科學(xué)。因此，大學(xué)理工科教 學(xué)要求教 師知識(shí)淵博，具有在理工科教學(xué)中融入人文精神的能力。

總之，理工科教學(xué)應(yīng)該是在科學(xué)人文觀的指導(dǎo)下，整體地把握與透視理工科教學(xué)的人文性質(zhì) ，而不是固守傳統(tǒng)理工科教學(xué)中的機(jī)械的、彼此分割的以客觀知識(shí)為主要任務(wù)的分析框架， 其主要目的是 引 導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)做人做事(包含了處理人與人、人與自然、人與社會(huì)的關(guān)系)。大學(xué)理工科教 學(xué)決不能自然科學(xué)化，否則就意味著理工科教學(xué)的死亡。

二

筆者之所以在理工科學(xué)生教學(xué)中提出科學(xué)人文教學(xué)，并實(shí)踐這一命題，主要基于如下理由。

一是科學(xué)分化具有合理性^{[2］(P57-61)}。雖然科學(xué)分化帶來(lái)了學(xué)科之間以及科學(xué)認(rèn) 識(shí)的隔閡，科學(xué)知 識(shí)的分割、隔離和神秘化導(dǎo)致了它的非人化傾向和科學(xué)為人類帶來(lái)的奴役或致死的可能 性^[3]。但是，我們無(wú)法否認(rèn)科學(xué)分化具有合理性的事實(shí)。因?yàn)?，知識(shí)增 長(zhǎng)促進(jìn)作 為知識(shí)分類體系的學(xué)科分化幾乎是一個(gè)規(guī)律。而知識(shí)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變也推動(dòng)了作為知識(shí)勞動(dòng) 組織的 學(xué)科的產(chǎn)生和發(fā)展。同樣，科學(xué)分化過(guò)程中，作為知識(shí)分類體系的學(xué)科和作為知識(shí)勞動(dòng)組織 的學(xué)科的分化促進(jìn)知識(shí)增長(zhǎng)，尤其作為知識(shí)勞動(dòng)組織的學(xué)科是知識(shí)傳播、應(yīng)用、創(chuàng)造的集約 化組織。 因此，通識(shí)教育并不否認(rèn)科學(xué)分化的合理性，因?yàn)樗鼙３种R(shí)的可持續(xù)創(chuàng)新，增強(qiáng)知識(shí)的 “集 團(tuán)創(chuàng)造力^[4]”。所以，只有在承認(rèn)學(xué)科分化合理性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的教學(xué)才是有意 義的┙萄?。?/p>

當(dāng)前理工科學(xué)生的人文素養(yǎng)不能完全依靠通識(shí)課程教學(xué)來(lái)完成，因?yàn)橥耆揽客ㄗR(shí)課程教學(xué) 的弊端明顯：(1)開(kāi)設(shè)的課程缺乏深度與可探索性。由于通識(shí)課程不是一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中 的專業(yè)課程，一般被視為專業(yè)課程以外的附加課程。所以，難以受到師生重視。(2)難以進(jìn) 行教學(xué)評(píng)價(jià)與管理。由于通識(shí)課程在師生眼中不是主課，學(xué)生選擇課程的主要目的是為了混 到學(xué)分， 并非真正對(duì)它有興趣。教師也因?yàn)橥ㄗR(shí)課程地位不高，一般上課走人，其教學(xué)缺少師生互動(dòng) 。(3)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間被沖得支離破碎。雖然通識(shí)課程五花八門，但因流于膚淺，難以達(dá)到 教 學(xué)目標(biāo)，學(xué)生最終只是學(xué)習(xí)到些雞毛蒜皮。顯然，完全依靠通識(shí)課程完成學(xué)生人文素質(zhì)培養(yǎng) 的任務(wù)，的確過(guò)于樂(lè)觀，是一種極端功能主義。

二是理工科教學(xué)內(nèi)容蘊(yùn)含豐富的人文因素。筆者在理工科教學(xué)中研究發(fā)現(xiàn)，理工科課程中 有如下科學(xué)人文因素：美學(xué)的理解性；文化和歷史的闡釋性；實(shí)證性和邏輯推理性；應(yīng)用的 價(jià)值性；與生命、宇宙與社會(huì)的聯(lián)系性；對(duì)世界未來(lái)的預(yù)見(jiàn)性等。這些科學(xué)人文因素不僅擴(kuò) 大了理工科的教學(xué)領(lǐng)域，而且 體現(xiàn)了文化的混沌統(tǒng)一性，并且使理工科教學(xué)體現(xiàn)出一定深度。它不僅有利于發(fā)展學(xué)生的批 判能力、審 美興趣、闡釋能力和理解能力，而且在啟發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)個(gè)體與社會(huì)及宇宙的聯(lián)系、人類價(jià) 值的思考、創(chuàng)造性思維等方面具有重要意義。這些因素體現(xiàn)了學(xué)科之間知識(shí)的廣度與深 度的統(tǒng)一，具有很 強(qiáng)的融合性質(zhì)，是當(dāng)前理工科教育走出困境的希望之一^{[2］(P57-61)}。

過(guò)去我們普遍認(rèn)為，理工科教學(xué)內(nèi)容與人文社會(huì)科學(xué)教學(xué)內(nèi)容是彼此獨(dú)立甚至是互相對(duì)立的 兩個(gè)范疇，導(dǎo)致了一種以傳授理工科知識(shí)和技術(shù)為主要任務(wù)和根本目的的教育理念和 技術(shù)系統(tǒng)。結(jié)果把理工科教學(xué)內(nèi)容抽象化、孤立化，并將之規(guī)定為固定性的、客觀的、對(duì)象 性的知識(shí)系統(tǒng)或課程體系，只要一個(gè)人學(xué)習(xí)了這些理工科系統(tǒng)知識(shí)或課程，他就是一個(gè)理工 素質(zhì)完善的人。殊不知，理工科知識(shí)技能與人文知識(shí)本是互相包融的，將理工科知識(shí)與 人文知 識(shí)分離將使學(xué)科壁壘的界線更加“嚴(yán)密”，結(jié)果必然導(dǎo)致理工科教學(xué)中科學(xué)人文 教學(xué)文化的缺損，把理工科學(xué)生束縛在自然科學(xué)的規(guī)范化知識(shí)技能框架內(nèi)，刻意地追求其知 識(shí)的效率和標(biāo)準(zhǔn)，如此，教學(xué)就成了一種封閉的、對(duì)知識(shí)機(jī)械加工的過(guò)程。

三是科學(xué)人文教學(xué)過(guò)程是一個(gè)豐富人的內(nèi)心世界的過(guò)程。過(guò)去的理工科教學(xué)，片面地追 逐其 功利價(jià)值，忽視甚至排斥其促進(jìn)個(gè)人自身完善的非功利價(jià)值。似乎理工科教學(xué)的唯一目的就 是為了“有用”，只有能達(dá)到“有用”目的的教學(xué)才是有用的，否則就是空疏或無(wú)用。 然而，學(xué)習(xí) 并不僅僅是為了外在的“有用”，它還有豐富人的精神生活的內(nèi)在價(jià)值，而且學(xué)習(xí)本身也是 一個(gè)能使人獲得樂(lè)趣和享受的過(guò)程^[5]。

科學(xué)人文教學(xué)主要追求兩個(gè)主要目標(biāo)：首先是“有用”，即要使大學(xué)生成為高素質(zhì)的現(xiàn)代化 人才或 勞動(dòng)者，這仍然是理工科教學(xué)追求的重要目標(biāo)；其次是享受，主要指對(duì)精神財(cái)富的享受。成 為 一個(gè)優(yōu)秀的勞動(dòng)者是大學(xué)生作為未來(lái)人才的基本屬性，但不能僅僅把大學(xué)生作為勞動(dòng)力和“ 工具”來(lái)培養(yǎng)，理工科教學(xué)要關(guān)注作為勞動(dòng)者的人的發(fā)展，馬克思關(guān)于人的全面發(fā)展學(xué)說(shuō)就 非 常注重人的精神享受能力的發(fā)展，以及人的“豐富的個(gè)性”發(fā)展和人的自我完善。教學(xué)必須 “培養(yǎng) 社會(huì)的人的一切屬性，并且把他作為盡可能具有豐富多彩的屬性和聯(lián)系的人，因而具有盡可 能廣 泛需要的人生產(chǎn)出來(lái)——把他作為盡可能完整的和全面的社會(huì)產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)”^{[6］(P2 92)}?！耙?yàn)?要有多方面的享受，他就必須是具有高度文明的人”^[6］(P293)。人不僅僅是勞動(dòng) 力，人也不僅僅 是為勞動(dòng)而生活的，勞動(dòng)只是人的生活的一部分。因此，作為勞動(dòng)力的發(fā)展只是人的發(fā)展的 一個(gè)方面，人要有豐富多彩的生活，他就應(yīng)該有豐富多彩的發(fā)展。而且，如果 僅僅把人 作為勞動(dòng)力來(lái)培養(yǎng)，也很難造就出高質(zhì)量的人才。教學(xué)要與學(xué)習(xí)者的生活世界、個(gè)體需要與 潛能發(fā)展緊密聯(lián)系起來(lái)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道博士曾說(shuō)，科學(xué)與人文的共同基礎(chǔ) 是人 類的創(chuàng)造力，它們追求的目標(biāo)是真理的普遍性。追求科學(xué)與人文之間的關(guān)聯(lián)的均衡，是人的 創(chuàng)造力的本能需求。因此，如何將學(xué)生的這種潛在的本能發(fā)掘出來(lái)，是現(xiàn)代大學(xué)的重要任務(wù) 。而將科學(xué)與人文人為地割裂開(kāi)來(lái)，卻想在各學(xué)科領(lǐng)域中培養(yǎng)出卓越人才，顯然是困難的 、難以想象的。

三

筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，一直努力探索著力學(xué)系列課程進(jìn)行科學(xué)人文教學(xué)的途徑，主要有 以下幾點(diǎn)做法：

一是以數(shù)學(xué)知識(shí)為切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。力學(xué)系列課程中材料力學(xué)是以實(shí)驗(yàn) 為 基礎(chǔ)的分析變形體力學(xué)的唯象理論。這就注定了它不像理論力學(xué)那樣依賴于數(shù)學(xué)的邏輯推 理，有些地方會(huì)給初學(xué)者以說(shuō)理性不充分、邏輯性不強(qiáng)的錯(cuò)覺(jué)。為此教師應(yīng)不 失時(shí)機(jī)地引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)理邏輯的角度去理解材料力學(xué)中的概念，分析其中的問(wèn)題。如對(duì)彎 曲梁中 必存在中性層這一推斷，就可以結(jié)合高等數(shù)學(xué)中的羅爾定理加以推理：一個(gè)連續(xù)(變形)函數(shù) ，從正(拉伸)到負(fù)(壓縮)，必經(jīng)過(guò)零(不伸縮層：中性層)。這樣既可以幫助學(xué)生理解中性層 的概 念，又可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題的能力。又如，在講到扭轉(zhuǎn)軸的合理截面 選擇時(shí) ，雖然可加以定性說(shuō)明，但如能引入定量分析方法，應(yīng)用數(shù)學(xué)工具加以嚴(yán)格證明，就更 具說(shuō)服力。教師在教學(xué)實(shí)踐中可引導(dǎo)學(xué)生證明這樣的命題：材料、截面積及扭矩均相同的矩 形、 正方形、實(shí)心圓截面和空心圓截面，哪種截面形狀哪種最合理，哪種最不合理；以及 按合理 程度排出次序。再比如，在講解梁在兩個(gè)相互垂直平面內(nèi)同時(shí)彎曲時(shí)，需要確定最大合成彎 矩發(fā)生的截面位置。如果兩個(gè)平面內(nèi)的彎矩圖均是直線，教師可引導(dǎo)學(xué)生證明這樣的命題： 中間任一截面的合成彎矩的數(shù)值都將位于直線兩端截面合成彎矩?cái)?shù)值之間。這樣一方面可打 消學(xué) 生在求最大合成彎矩發(fā)生的截面位置時(shí)的疑惑，另一方面又鍛煉了學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析問(wèn) 題的能力。

二是以力學(xué)基本知識(shí)為切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性與靈活性。力學(xué)課程中的一些概念、 原理看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但學(xué)生因?yàn)槲茨苌钊氲乩斫膺@些內(nèi)容，往往只能靠死記硬背來(lái)掌握 它們。教師如果能夠引導(dǎo)學(xué)生從更深層次上分析和理解這些內(nèi)容，就有可能使學(xué)生創(chuàng)造性 地運(yùn)用 這些概念、原理以及公式去分析和解決復(fù)雜的工程實(shí)際問(wèn)題。例如，“功的互等定理”以及 相關(guān)的“位移互等定理”，一般只涉及集中力和集中力偶以及線位移和角位移。筆者在講授 這部分內(nèi)容時(shí)，通過(guò)講解、具體問(wèn)題的課堂討論的方式，使學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解什么是“互等定 理”， 以及怎樣應(yīng)用互等定理，然后通過(guò)對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的課堂測(cè)試以及課外作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生深化 對(duì)于“互等 定理”的理解，使他們認(rèn)識(shí)到“互等定理”中的“力”是廣義的：它不僅僅是集中力和集中 力偶，而且可以是沿長(zhǎng)度方向分布的力，也可以是沿面積上分布的力；同時(shí)，“位移”也是 廣義的 ：它可以是線位移和角位移，也可以是面積和體積。廣義力和廣義位移的概念，大大地拓寬 了學(xué)生的思路，擴(kuò)大了其所能解決問(wèn)題的領(lǐng)域。又如 “小擺動(dòng)理論”是“非線性擺動(dòng)理論 ” 的 線性化結(jié)果，一般的教學(xué)過(guò)程只介紹相關(guān)的線性微分方程及其解答，而對(duì)于“小擺動(dòng)”中的 “ 小”到底有多小、線性解相對(duì)于精確解的誤差有多大等一些工程中必須回答的問(wèn)題則很少涉 及。筆者在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)線性結(jié)果和二階近似結(jié)果，分別與應(yīng)用Metalab算出的結(jié)果相比 較，得到兩種 近似結(jié)果與精確解在不同角度的誤差。這樣，不僅使學(xué)生認(rèn)識(shí)到線性結(jié)果的近似性，而且使 他們掌握了提高擺動(dòng)理論精確度的途徑和方法，培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。

與理論力學(xué)以質(zhì)點(diǎn)和剛體為研究對(duì)象不同，材料力學(xué)的研究對(duì)象為變形體。很多剛體力學(xué) 原理及方法不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用到變形體中。例如，理論力學(xué)中力的可傳性原理以及力線平 移定理就不能應(yīng)用到變形體力學(xué)中。因?yàn)闊o(wú)論是哪一種力的移動(dòng)方式，都將改變內(nèi)力的分布 ，從而使應(yīng)力和變形也隨之改變，這一點(diǎn)學(xué)生不難看出；但是令學(xué)生難以理解的是，在用疊 加法 求梁的變形時(shí)，經(jīng)常將外力在梁上平行移動(dòng)，這樣一來(lái)還就改變了對(duì)梁的作用了嗎?教 師在這里應(yīng)告訴學(xué)生：如不考慮某段梁的變形，就相當(dāng)于將此段梁視為剛體，而根據(jù)理論力 學(xué)剛體靜力學(xué)中的力線平移定理，在剛體上的力是可以按平移定理平移的，而不會(huì)改變作用 效果。這樣講解即解除了學(xué)生的疑惑，又培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，還為以后分析構(gòu) 件的組合變形時(shí)外力的簡(jiǎn)化掃清了┱習(xí)。

三是以力學(xué)史為切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)人文精神。在理工科教學(xué)過(guò)程中，教師適當(dāng)?shù)匾?與教 學(xué)內(nèi)容有關(guān)的科學(xué)發(fā)展史、科學(xué)家的故事以及知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，有助于激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情 ，培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、熱愛(ài)真理、感悟人生的科學(xué)人文精神。在教學(xué)實(shí)踐中，這方面的切入 點(diǎn)較多，如筆者在講授“梁”的理論時(shí)，介紹伽利略在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了最早的“梁 ”的 理論，由于伽利略所處的時(shí)代只有脆性材料，因而他的理論我們今天看來(lái)是錯(cuò)誤的。后來(lái)， 法國(guó)科學(xué)家納維在全世界第一本“材料力學(xué)”著作的手抄本中依然重復(fù)著伽利略的錯(cuò)誤，但 是兩年后當(dāng)這本書(shū)正式出版時(shí)，這一錯(cuò)誤被糾正了，形成了正確的“梁”的理論。這一錯(cuò)誤 得以糾正，是因?yàn)樵谶@兩年的時(shí)間里法國(guó)政府派納維到英國(guó)考察懸索橋，懸索橋的材料不是 脆性材料，而是鋼鐵。在課上講述這段歷史，不僅加深了學(xué)生對(duì)于“梁”的理論的理解，而 且還會(huì)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，科學(xué)的發(fā)展與時(shí)代密切相關(guān)，科學(xué)家是可以犯錯(cuò)誤的，而真理是相對(duì) 的。又如在推導(dǎo)完彎曲正應(yīng)力公式后，應(yīng)簡(jiǎn)要介紹這一歷經(jīng)百年才得到的正確公式的曲折發(fā) 現(xiàn)過(guò) 程。此外，講解我國(guó)古今科學(xué)家對(duì)力學(xué)的貢獻(xiàn)，如在講拉壓胡克定律時(shí)，簡(jiǎn)單介紹東漢鄭玄 發(fā) 現(xiàn)力與位移成正比的規(guī)律(即胡克定律)；在講提高梁的抗彎強(qiáng)度的措施時(shí)，介紹北宋李 誡 發(fā)現(xiàn)在圓木中截取木方的合理方法；在講強(qiáng)度理論時(shí)介紹我國(guó)科學(xué)家俞茂宏教授提出的 雙剪強(qiáng)度理論，等等。這些知識(shí)同時(shí)可以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感、自信心和愛(ài)國(guó)主義精神。

四是以力學(xué)分析為切入點(diǎn)，認(rèn)識(shí)科學(xué)的內(nèi)在美。結(jié)構(gòu)工程是藝術(shù)、科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合體。一 個(gè)好的結(jié)構(gòu)不僅凝聚了睿智的科學(xué)和精湛的技術(shù)，而且本身就是一種美，一種閃耀著智慧 光芒的美。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是為結(jié)構(gòu)分析提供理論依據(jù)的，課 程中對(duì)各種結(jié)構(gòu)特性的描述以及結(jié)構(gòu)的受力分析，無(wú)不體現(xiàn)出美的含義。例如，實(shí)際的結(jié)構(gòu) 是多種多樣的，人們要想嚴(yán)格地考慮每個(gè)結(jié)構(gòu)的全部細(xì)節(jié)及各部分之間的相互作用來(lái)進(jìn)行分 析計(jì) 算，是不可能的，必須有意識(shí)地略去一些次要因素，采用簡(jiǎn)化的圖形來(lái)代替實(shí)際結(jié)構(gòu)，于是 就得到了結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算簡(jiǎn)圖為結(jié)構(gòu)的分析奠定了基礎(chǔ)，它體現(xiàn)了簡(jiǎn)潔之美。又如， 用機(jī)動(dòng)法作多跨靜定梁的影響線，將力學(xué)模型假想為蹺蹺板，求解過(guò)程概括為十四字的口訣 ：“求何撤何代以何；沿何施力位移”^[7]。它體現(xiàn)了抽象之美。如結(jié)構(gòu)力學(xué)中定 義：凡是 做功的力統(tǒng)稱為廣義力，相應(yīng)的位移統(tǒng)稱為廣義位移。這種高度概括的廣義位移，包含了結(jié) 構(gòu)計(jì)算中所需求解的所有位移。這種從表面紛繁雜亂的自然現(xiàn)象中概括出簡(jiǎn)單明了的本質(zhì)規(guī) 律，展示出它的內(nèi)在美。另外，在幾何組織與靜定性的關(guān)系上，條理非常清晰：靜定結(jié)構(gòu)為 幾何不變無(wú)多余約束的體系；超靜定結(jié)構(gòu)為幾何不變有多余約束的體系。概念的描述體現(xiàn)出 簡(jiǎn)明、嚴(yán)整的美，等等。通過(guò)這種在課堂上融入美學(xué)教育的元素，使學(xué)生的人文素質(zhì)得到了 較大的提高。

五是以工程實(shí)例、災(zāi)難性工程事故和日常生活實(shí)踐為切入點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、社會(huì)與人之 間的關(guān)系的理解能力。力學(xué)與工程密切相關(guān)，力學(xué)的一些概念、原理以及公式看起來(lái)枯燥無(wú) 味，很難吸引學(xué)生的注意力。如果在講解這些內(nèi)容時(shí)能夠引進(jìn)相關(guān)的工程實(shí)例，情況就不一 樣了。例如通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析高層建筑為什么大都是中空的，介紹“截面慣性矩”的概念， 說(shuō)明同樣的橫截面面積，空心截面的抗彎以及抗振動(dòng)的能力優(yōu)于實(shí)心截面，高層建筑采用空 心結(jié)構(gòu)正是為了減小風(fēng)力載荷引起的振動(dòng)。又如，講解圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，我們通過(guò)視頻先介紹面 包和泡泡糖制造過(guò)程中所采用的攪拌機(jī)承受扭轉(zhuǎn)的軸，然后再引導(dǎo)學(xué)生分析大型海洋風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備中葉輪軸以及水力發(fā)電設(shè)備中水輪機(jī)的主軸也都是受扭的。這樣做既提高了學(xué)生的學(xué) 習(xí)興趣，又訓(xùn)練了學(xué)生觀察問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

大多數(shù)工程事故特別是災(zāi)難性事故都包含力學(xué)因素。教師也可以以此作為切入點(diǎn)，科學(xué) 地分析發(fā) 生這些事故的原因，特別是與力學(xué)相關(guān)的原因，培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析實(shí)際問(wèn)題的能力。例如 筆者在講解強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)，介紹北美一座高層建筑在施工過(guò)程發(fā)生坍塌的過(guò)程和機(jī)理后，從力 學(xué)上分析坍塌的原因：在結(jié)構(gòu)和施工設(shè)計(jì)中，錯(cuò)誤地將承受偏心載荷的懸掛樓板的螺栓當(dāng)作 承受軸向載荷。又如，我們?cè)诮榻B剪切問(wèn)題時(shí)，介紹了國(guó)外一座百貨公司主樓，由于在施工 的過(guò)程中，錯(cuò)誤地省略了樓板與立柱連接的柱帽，使連接處樓板承受的剪應(yīng)力大大增加，從 而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌。這些內(nèi)容的引入，為學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)良好的效果。

此外，針對(duì)日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中有很多與力學(xué)有關(guān)的知識(shí)(如青年學(xué)生普遍愛(ài)好體 育運(yùn)動(dòng))，教師可以此為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生用材料力學(xué)的方法去分析和解決體育運(yùn)動(dòng)中與力 學(xué)有關(guān)的問(wèn)題。在講拉壓桿內(nèi)力時(shí)，首先鼓勵(lì)學(xué)生憑直覺(jué)判斷拔河 比賽中的 繩索哪一部分最易拉斷，然后再讓學(xué)生從繩索內(nèi)的內(nèi)力分布出發(fā)，分析為什么會(huì)是此段易斷 ，以使學(xué)生掌握分析拉壓桿的內(nèi)力的截面法。在介紹提高梁的抗彎強(qiáng)度的措施時(shí)，教 師可請(qǐng)學(xué)生注意觀察標(biāo)準(zhǔn)雙杠的中跨長(zhǎng)度與外伸部分長(zhǎng)度之比值，并引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解 釋設(shè)計(jì)成這一比值的道理何在，以使學(xué)生掌握梁的合理設(shè)計(jì)的方法。在介紹自由落體 沖擊時(shí)，教師可給出跳水中跳板的幾何及物理參數(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生按所學(xué)的自由落體沖擊的知識(shí) ，對(duì)跳板的動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)位移作出初步的估計(jì)，以期使學(xué)生掌握自由落體沖擊下的彈性結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度和剛度的分析┓椒?。?/p>

六是以材料前沿科技知識(shí)為切入點(diǎn)，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野。機(jī)械類材料 力學(xué)主要研究對(duì)象是 傳統(tǒng)的金屬材料。然而，隨著新技術(shù)尤其是納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出了各種新材料，找 到適當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)，向?qū)W生介紹材料科學(xué)的重大成果，不僅是力學(xué)教師份內(nèi)的事，也是學(xué)生專 業(yè)學(xué)習(xí)的必然 要求。如在講解應(yīng)力的單位時(shí)，除了介紹Pa、kPa、MPa、GPa外，亦可向?qū)W生說(shuō)明，計(jì)量某 些納米材料(如碳納米 管的應(yīng)力)時(shí)，還需用到更大的單位TPa。如講解伸長(zhǎng)率時(shí)，可向?qū)W生簡(jiǎn)要介紹納米 銅的驚人的超級(jí)延展性，其可拉長(zhǎng)至原長(zhǎng)的50倍仍不出現(xiàn)裂紋。

總之，在教學(xué)中，教師不應(yīng)該僅僅滿足于傳授書(shū)本上的知識(shí)，還應(yīng)以力學(xué)系列課程為載體， 善于發(fā)現(xiàn)知識(shí)與人、知識(shí)與社會(huì)的關(guān)系，從中著力培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)人文素質(zhì)”。

［參考文獻(xiàn)］

［１］羅天虎.高校人才培養(yǎng)要注重人文教育與科學(xué)教育的融合［J］.西北工業(yè) 大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版) 2005，（3）：76．

［2］唐松林，于德介.如何維護(hù)教育的通識(shí)教育本質(zhì)［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（ 5）：57-61．

［3］薛現(xiàn)林.影響科學(xué)認(rèn)識(shí)的因素研究［J］．河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版)，200 3，(6)：45-46．

［4］宣勇，錢佩忠.知識(shí)增長(zhǎng)與學(xué)科發(fā)展的關(guān)系探析［J］.大學(xué)?研究與評(píng)價(jià)，2007，（ 4)：21．

［5］扈中平，教育目的應(yīng)定位于培養(yǎng)“人”［Ｊ］．北京大學(xué)教育評(píng)論，2004，（3）： 24-29．

［6］馬克思，恩格斯.馬克思恩格斯全集(46卷?上）［Ｍ］．北京:人民出版社, 1972．

［7］武際可，隋允康. 力學(xué)史與方法論［M］. 北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2003.170－177．

(責(zé)任編輯 黃建新)

Scientific and Humanities Teaching: the Method Orientation

of Science Teachers in University

—Taking Mechanics Teaching as an Example

WEI Cheng-long1, LI Xiao-song2, ZENG Ji-jie2, LI Xue-gang 3,YU Xiao-ming3

(1. Office of Institute, Hunan Institute of Science and Engineering, Yuey ang, Hunan 414000 China;

2. Department of Mechanical and Electrical Engineering, HunanInstitute of Science and Engineering, Yueyang, Hunan 414000 China;

3. College of Bridge and Structural Engineering, Changsha University of Science& Technology, Changsha, Hunan 410076, China))Abstract:Scientific and humanistic teaching refers to foste r students' qualityof science and humanities by using the method of science and humanities. Scienti fic and humanistic quality is a mixture of science and humanities, which are for med and developed gradually when studying and thinking. Meanwhile it is the twosides of an individual quality. It embodies a scientific and humanistic viewpoin t, which contains various function and value, and needs teachers to possess exte nsive knowledge and original spirit. The theoretical basis of scientific and hum anities teaching is the reasonable scientific differentiations and the human fac tors in science and engineering teaching. Scientific and humanities teaching isalso a process of enriching one's inner world. As a result, the paper brings for ward a series methods of science and engineering teaching in university.

Key words:scientific and humanistic teaching; scientific and hum anistic quality; science and engineering teaching; method