大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升育人功能研究

笪 誠

（巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

教學(xué)的過程，不僅僅是教給學(xué)生知識的過程，同時也是一個育人過程，教書必須和育人相結(jié)合。大學(xué)階段是一個人形成正確世界觀和人生觀的關(guān)鍵階段，在這個時期進(jìn)行德育和素質(zhì)教育效果是比較明顯的。大學(xué)物理作為理工科專業(yè)大學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和培養(yǎng)綜合素質(zhì)的重要學(xué)科，在其教學(xué)過程中滲透德育教育和素質(zhì)教育的意義是顯然的。而作為一名教師，在傳授大學(xué)物理知識的同時，也不應(yīng)忘了育人的職責(zé)。大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)只有與思想教育和素質(zhì)教育緊密結(jié)合進(jìn)行，才能實(shí)現(xiàn)教書與育人的統(tǒng)一，德育與智育的統(tǒng)一。

1 大學(xué)物理要承擔(dān)起培養(yǎng)學(xué)生正確宇宙觀、世界觀和人生觀的作用，培養(yǎng)學(xué)生正確的哲學(xué)思想和辯證唯物精神

物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，所以與自然哲學(xué)是始終聯(lián)系在一起的，牛頓的名著就是起名為《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的。物理科學(xué)在揭示自然界的奧秘和推動人類文明進(jìn)步中起著第一推動力的作用，同時它也是一切正確哲學(xué)的思想源泉。毫無疑問，物理學(xué)是一門關(guān)于世界觀的科學(xué)，即如何認(rèn)識世界運(yùn)行規(guī)律的科學(xué)。比如早期的時候,認(rèn)為地球就是宇宙的中心，是宇宙的統(tǒng)治者。但隨著物理學(xué)的發(fā)展，利用牛頓萬有引力的理論證明了哥白尼學(xué)說的正確性，以無可辯駁的事實(shí)論證了地球并不是宇宙的中心，使人類以自我為中心的優(yōu)越感剎那間消失了，也使人們意識到自身只是自然的微小一員，只有與自然和諧地共處，才能地久天長。物理學(xué)教會人們?nèi)绾握_認(rèn)識世界，認(rèn)識自身。大學(xué)時代是學(xué)生接受知識，身心各方面都得到快速成長的階段，這時候可塑性還比較強(qiáng)，在這個階段要樹立正確的世界觀和人生觀，對今后的道路至關(guān)重要。所以作為關(guān)于世界觀的科學(xué)，大學(xué)物理在其教學(xué)中必須承擔(dān)其塑造正確三觀的功能。只有培育起辯證唯物精神，才能學(xué)會正確的看待世界。

自然界是充滿著矛盾運(yùn)動的，這種矛盾運(yùn)動又是對立統(tǒng)一的，所以物理學(xué)也反映了這種辯證關(guān)系。如德布羅意的物質(zhì)波的學(xué)說，任何物質(zhì)既是波又是粒子；牛頓第三定律中作用力與反作用力的關(guān)系，現(xiàn)代粒子物理中物質(zhì)與反物質(zhì)的關(guān)系等。另一方面，物理世界是變化運(yùn)動著的，但在物質(zhì)的紛繁蕪雜的變化運(yùn)動中，又有某些量是不變的，是恒定的，這就是物理的守恒定律和物理常數(shù)，這就是事物在變化運(yùn)動中體現(xiàn)出穩(wěn)定性。如在有限的宇宙當(dāng)中，電荷守恒，CPT聯(lián)合守恒等等以及萬有引力常數(shù)等等。這就是變與不變的對立統(tǒng)一。

整個大學(xué)物理的教學(xué)中包含著豐富的辯證唯物主義內(nèi)容，通過物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀不但使大學(xué)物理教學(xué)的責(zé)任之所在，也是大學(xué)物理教學(xué)的優(yōu)勢之所在，我們要充分發(fā)揮優(yōu)勢，承擔(dān)起培養(yǎng)學(xué)生正確世界觀和人生觀、培養(yǎng)學(xué)生健康的哲學(xué)思想和辯證唯物精神的重任。

2 通過大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神

縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷史，同時也是一部不斷創(chuàng)新的歷史。牛頓力學(xué)的成熟和熱力學(xué)的不斷發(fā)展導(dǎo)致了蒸汽機(jī)的發(fā)明，引發(fā)了第一次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入了機(jī)械化時代。電磁學(xué)的成熟和電動力學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)和無線電等的發(fā)明，引發(fā)了第二次工業(yè)革命，使人類進(jìn)入了電氣化時代。量子力學(xué)和相對論物理的發(fā)展引發(fā)了第三次工業(yè)革命并一直持續(xù)至今，使人類進(jìn)入信息化時代。我們發(fā)現(xiàn)幾乎所有技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科的創(chuàng)立,事先都在物理學(xué)中經(jīng)過長期的醞釀,在理論與實(shí)驗(yàn)兩方面積累了大量知識后，才迸發(fā)出來的[1]。由此可見，物理學(xué)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的源泉。在人類進(jìn)入文明時代以后，每一次的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明無疑都是科學(xué)工作者與技術(shù)人員在原有基礎(chǔ)上所完成的一次創(chuàng)新活動。因此,創(chuàng)新是科技發(fā)展的真正動力,也是推動物理學(xué)發(fā)展的真正力量。在大學(xué)物理教學(xué)過程中要貫穿對學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，特別是物理學(xué)家是如何在原有物理知識的基礎(chǔ)上，依據(jù)新的現(xiàn)象，提出新的假設(shè)和猜想，然后設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，發(fā)現(xiàn)新的問題，修正假設(shè)和猜想，再實(shí)驗(yàn)……，最后得出新的物理定律，這個物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程就是持之以恒的創(chuàng)新過程。我國科學(xué)家通過發(fā)射“悟空”探測器成功探測到宇宙中“暗物質(zhì)”的蛛絲馬跡，通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“量子通信”的洲際通信等都是科學(xué)家持之以很的創(chuàng)新求真之結(jié)果。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們可以設(shè)計些探究型的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在理論教學(xué)中，可以通過類比法、觀察法等引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新活動，發(fā)現(xiàn)知識。還可以通過寫小論文的方式引導(dǎo)學(xué)生對某一問題進(jìn)行深入探討進(jìn)行創(chuàng)新活動?？梢哉f，大學(xué)物理在培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面具有其他課程不能替代的重要作用。

3 通過對大學(xué)物理教學(xué)中對物理學(xué)發(fā)展史的講解，讓科學(xué)家高尚的品格和獻(xiàn)身精神教育并激勵學(xué)生，陶冶學(xué)生高尚的道德情操和人文精神，培養(yǎng)社會責(zé)任感

物理學(xué)的發(fā)展歷程也是物理學(xué)家肩負(fù)歷史使命不斷追求真理的過程和承擔(dān)社會責(zé)任的過程。在這個過程中，有科學(xué)家如捍衛(wèi)真理而獻(xiàn)身；有科學(xué)家為了探求自然界的奧秘，幾十年如一日地呆在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)；還有的科學(xué)家為了使自己的成果更好地為造福人類而放棄專利。通過對大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中貫穿對物理學(xué)發(fā)展史的講解，通過物理學(xué)家的各種事跡，讓科學(xué)家高尚的品格，拼搏精神、獻(xiàn)身精神、幾十年如一日的堅持精神以及頑強(qiáng)的意志教育學(xué)生，打動學(xué)生，激勵學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生自覺地為社會做貢獻(xiàn)，自覺承擔(dān)起社會發(fā)展的責(zé)任感，讓其知道自己所肩負(fù)的歷史使命。

4 通過在大學(xué)物理教學(xué)過程中貫穿中國物理學(xué)史的教育，樹立學(xué)生們的文化自信和民族自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情操

習(xí)近平同志多次在不同場合強(qiáng)調(diào)我們要有文化自信。在中華幾千年的文明中，中國古代的勞動人民創(chuàng)造了輝煌的成就和燦爛的文化，這當(dāng)然也創(chuàng)造和發(fā)展了物理學(xué)。中國古代至少有三部以“物理”命名的著作，即晉代楊泉的《物理論》、明代王宣的《物理所》和方以智的《物理小識》[2]。公元前四至五世紀(jì)的《墨經(jīng)》中就有“光學(xué)八條”，討論了光的直線傳播、光影關(guān)系和小孔成像等光學(xué)問題；在力學(xué)上，春秋末年齊國人著的《考工記》中就有了關(guān)于“慣性”現(xiàn)象的記載，而西方直到伽利略時代才有慣性的概念；在聲學(xué)上，西周的魯遽已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了共振現(xiàn)象；電磁學(xué)上，北宋沈括《夢溪筆談》中地磁偏角的記載，比1492年意大利航海家哥倫布橫渡大西洋時才發(fā)現(xiàn)地磁偏角整整早了400年；熱學(xué)上，戰(zhàn)國時期李冰開鑿都江堰時利用熱脹冷縮原理粉粹攔江巨石。中國古代在物理學(xué)上取得的成就非常之多[3]。到了近現(xiàn)代，中國在物理學(xué)上也取得了令人矚目的成就，如錢三強(qiáng)和何澤慧發(fā)現(xiàn)的原子核的三、四裂變，中國成功地爆炸了兩彈以及當(dāng)前量子通信的飛速發(fā)展更是令世界為之側(cè)目。

通過在大學(xué)物理教學(xué)中，貫穿中國古代和近現(xiàn)代物理學(xué)史料和史實(shí)的講解，讓學(xué)生們認(rèn)識到中國人民是充滿智慧的，為世界文明作出了巨大貢獻(xiàn)，讓學(xué)生為自己的祖先能取得如此大的成就而驕傲，樹立文化自信，增強(qiáng)民族自豪感，同時也使學(xué)生們的愛國主義情懷油然而生。建議對當(dāng)前大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，列出其中相關(guān)的知識點(diǎn)，將中國物理學(xué)在這些點(diǎn)上的貢獻(xiàn)和成就、相關(guān)人物列舉出來，以使學(xué)生明白中國物理學(xué)是世界物理學(xué)不可分割的一個重要組成部分。

5 在大學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生們成為科學(xué)中國人，以科學(xué)的態(tài)度對待學(xué)習(xí)和生活

科學(xué)精神是指以探索精神追求科學(xué)的客觀性、嚴(yán)密性和精確性。而科學(xué)素養(yǎng)是一個人在認(rèn)識自然和社會，研究科學(xué)知識過程中所表現(xiàn)科學(xué)品質(zhì)，是衡量一個國家和一個民族整體的教育水準(zhǔn)和科學(xué)認(rèn)同程度的標(biāo)尺。只有具有較高科學(xué)素養(yǎng)的人才具備一定的科學(xué)精神，有了這些科學(xué)精神，才能以科學(xué)的態(tài)度對待生活，對待社會，對待人本身。顯然，一個國家的國民的科學(xué)素養(yǎng)越高，其國家文明程度高越高，社會進(jìn)步也越快，經(jīng)濟(jì)也越發(fā)達(dá)。

物理學(xué)作為一切自然科學(xué)之基石，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)方面，是無可替代的。大學(xué)物理的理論知識提高了學(xué)生對自然的認(rèn)知程度，其蘊(yùn)含的科學(xué)方法論提高了學(xué)生創(chuàng)造能力，其嚴(yán)密性和精確性提高了學(xué)生對待問題的嚴(yán)謹(jǐn)程度，其對待自然現(xiàn)象的客觀性引導(dǎo)學(xué)生有意識克服認(rèn)識事物的主觀偏見性，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?？傊ㄟ^大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)提高了學(xué)生對待問題和事物的理性程度。所以在大學(xué)物理教學(xué)中，我們要有意識地重視學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成，實(shí)現(xiàn)科學(xué)中國人夢想，讓中國人也能以科學(xué)的態(tài)度對待生活、社會和自身。

6 在大學(xué)物理教學(xué)中貫穿美學(xué)教育，樹立學(xué)生樹立正確的審美觀念，培養(yǎng)其善于洞察自然美和發(fā)現(xiàn)生活美的能力

美育教育是教育的重要組成部分[4]。對于美育工作，黨和政府一直都是高度重視的，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)學(xué)校美育工作的意見》（國辦發(fā)[2015]71號）要求各級政府和部門高度重視高校中的美育工作，要求“將美育貫穿在學(xué)校教育的全過程各方面，滲透在各個學(xué)科之中”“深入挖掘數(shù)學(xué)、物理等自然學(xué)科中的美育價值?！盵4]明確地提出要在物理學(xué)中挖掘美育的價值。

美是處處存在的，數(shù)學(xué)有圖形之美，化學(xué)有物性多樣之美，而物理學(xué)作為探索自然界物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，其中更是蘊(yùn)涵了的大自然的諸多美和美學(xué)邏輯，如物理系統(tǒng)的均衡和萬物的有序體現(xiàn)了自然界的和諧之美、物理守恒定律（如能量守恒、CPT守恒、電荷守恒等）體現(xiàn)了自然界的對稱之美、物理公式的簡潔（如玻爾茲曼熵公式）體現(xiàn)了大自然的簡約之美、物理理論體現(xiàn)了自然界的統(tǒng)一之美（如麥克斯韋方程），還有物理現(xiàn)象的奇特美，如雨后的彩虹、混沌圖像等?？傊?，可以通過大學(xué)物理教學(xué)中貫穿美育來培養(yǎng)學(xué)生善于洞察自然美和發(fā)現(xiàn)生活沒的能力并幫助其樹立正確的審美觀念，陶冶其熱愛自然、熱愛生活的高尚道德情操。

7 通過大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)人的正確的思維方式，教會人科學(xué)的解決問題方法

大學(xué)物理不僅僅教給學(xué)生物理知識，而且還能培養(yǎng)學(xué)生們正確的思維方式。前輩的物理學(xué)家在解決大自然各種復(fù)雜問題的過程中，發(fā)展出了很多非常好的思維方式和解決問題的方法。比如說理想化的模型就是一種思維方式。力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)是一種理想化的模型，自然界中并不存在沒有面積沒有體積而有質(zhì)量的一個點(diǎn)，但這種模型抓住了事物的主要矛盾，舍棄了次要的矛盾，因此能夠?qū)栴}簡化，得出正確的結(jié)論。

在牛頓力學(xué)時代傳統(tǒng)的思維方式主要表現(xiàn)為確定性、連續(xù)性、可分離性和可預(yù)測性，到現(xiàn)代物理學(xué)中，已經(jīng)出現(xiàn)了相反的思維方式：不確定性、不連續(xù)性、不可分離性和不可預(yù)測性性，分別表現(xiàn)在量子力學(xué)的測不準(zhǔn)原理、能量量子化、量子測量中觀察者和被觀察者之間的不可分離性、混沌現(xiàn)象中的地震和長期天氣的不可預(yù)測性，這些思維方式的出現(xiàn)極大地改變了人類對自然的認(rèn)識，也使人們對自然的認(rèn)識更加正確更加客觀。另外，大學(xué)物理中的一些解決問題的方法可以應(yīng)用于工程技術(shù)，比如說量綱分析法，就可以應(yīng)用于其他學(xué)科。掌握這些正確方法對自己今后的工作是大有裨益的。

由此，我們在大學(xué)物理的教學(xué)過程中，要注意對各種物理思維方式和方法的總結(jié)，特別是每一章的結(jié)束，我們都要對這一章中所體現(xiàn)的物理思維方式和方法進(jìn)行分析，然后引入下一章，這樣讓學(xué)生自然地領(lǐng)悟了物理中的思維方式。

8 在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作精神、團(tuán)隊精神、提高其組織性紀(jì)律性，訓(xùn)練其做事的細(xì)心耐心和規(guī)范程度

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，特別是合作型實(shí)驗(yàn)中，要教導(dǎo)學(xué)生必須團(tuán)結(jié)協(xié)作，才能完成實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，靠單個人就能完成物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的時代已經(jīng)過去，現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)更多的是大科學(xué)工程，需要多人協(xié)作才能完成。通過物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神和協(xié)作意識，這對于現(xiàn)在提倡合作共贏的社會來說，其意義是重大的。另外通過實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度的制定和有效執(zhí)行來提高學(xué)生的組織紀(jì)律性，同時通過對實(shí)驗(yàn)器材反復(fù)調(diào)整和誤差成因分析訓(xùn)練學(xué)生的耐心程度和細(xì)心程度；通過其對實(shí)驗(yàn)報告的寫作和數(shù)據(jù)處理訓(xùn)練其做事的規(guī)范程度。這些能力對于學(xué)生今后走向社會后，正確地對待工作中出現(xiàn)的問題并解決問題，具有重要的意義。

綜上所述，大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代社會育人不可或缺的課程，特別對于學(xué)習(xí)自然科學(xué)和工程技術(shù)的人更是這樣。因此在大學(xué)物理及其實(shí)驗(yàn)的教學(xué)活動中，建議任課教師在一開始備課時，就教材中的內(nèi)容，在分析其難點(diǎn)和重點(diǎn)的同時，分析其中的“育人點(diǎn)”，包括創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)、思維方式、科學(xué)方法、審美觀念、三觀樹立、社會責(zé)任感培養(yǎng)、規(guī)范意識、協(xié)作精神、愛國主義情懷等方面。比如說在物理的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理中設(shè)置如下育人點(diǎn)，可以在大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中予以貫穿：

物理分支 知識點(diǎn) 育人點(diǎn)力學(xué) 慣性原理 理想實(shí)驗(yàn)的方法，分析問題科學(xué)方法熱學(xué) 熱功當(dāng)量 焦耳一生發(fā)明幾百種試驗(yàn)裝置檢驗(yàn)熱功當(dāng)量，培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神電磁學(xué) 麥克斯韋方程 體會物理的公式之美，自然的和諧之美，培養(yǎng)學(xué)生正確的審美觀光學(xué) 小孔成像、光影關(guān)系 中國古代學(xué)者墨子的著作中有最早的記載，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信近代物理 放射性、鐳元素的提煉 居里夫人的獻(xiàn)身精神，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感波粒二象性 正確世界觀培養(yǎng)，辯證唯物精神培養(yǎng)

實(shí)踐證明，在大學(xué)物理教學(xué)過程中，增加育人點(diǎn)，有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理的興趣和學(xué)習(xí)效率，提高了學(xué)生對大學(xué)物理的感性認(rèn)識和學(xué)習(xí)效果。其實(shí)學(xué)生在學(xué)習(xí)大學(xué)物理的過程，也是學(xué)習(xí)如何做個高素質(zhì)公民的過程。實(shí)踐也證明，能夠?qū)W好大學(xué)物理的人，絕大多數(shù)都是遵紀(jì)守法按規(guī)律辦事的人，或者是具有高尚道德愿意為人類竭盡全力服務(wù)的人。

[1]單光華.物理科學(xué)歷程[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2003：157-214.

[2]胡化凱.物理學(xué)史二十講[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009：3-4.

[3]潘伯高.中國古代物理思想的萌芽及主要成就[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報，1992，（1）：49-52.

[4]《國務(wù)院辦公廳關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)學(xué)校美育工作的意見》[R].國辦發(fā)[2015]71號，國務(wù)院辦公廳，2015.