獨(dú)立學(xué)院人文物理教學(xué)初探

張明霞，劉鐘毅

（同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江 嘉興 314000）

獨(dú)立學(xué)院人文物理教學(xué)初探

張明霞，劉鐘毅

（同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江 嘉興 314000）

為配合高校全面展開(kāi)人文素質(zhì)和科學(xué)素質(zhì)的互補(bǔ)性教育，我院開(kāi)設(shè)人文物理課程.通過(guò)該課程學(xué)生把握物理學(xué)的整體面貌和基本結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，領(lǐng)悟科學(xué)精神，為成為同時(shí)具備科學(xué)文化和人文文化的高素質(zhì)人才打下一點(diǎn)基礎(chǔ).

人文物理；科學(xué)素質(zhì)；人文素質(zhì)

隨著科學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到全民的科學(xué)教育對(duì)于科學(xué)的持續(xù)進(jìn)步至關(guān)重要，因此我國(guó)的高等教育也早已由上世紀(jì)的精英教育向本世紀(jì)的大眾化教育轉(zhuǎn)變.同時(shí)為順應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，目前我國(guó)高校在大力推行文化素質(zhì)教育，文化素質(zhì)包括科學(xué)文化素質(zhì)和人文文化素質(zhì).物理學(xué)既是一門理工科學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)前必不可少的基礎(chǔ)性學(xué)科，同時(shí)又是一門蘊(yùn)含著豐富科學(xué)素養(yǎng)、人文精神的學(xué)科.表現(xiàn)在物理學(xué)不僅在實(shí)用技術(shù)工程方面有著廣泛的延伸，而且在人文精神方面也有著深厚的積淀[1]，所以它作為科學(xué)教育與人文教育相融合的學(xué)科，成為高校實(shí)施文化素質(zhì)教育的一門重要課程.我院雖為獨(dú)立學(xué)院，以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，但仍開(kāi)設(shè)人文物理，目的就是為我院學(xué)生的文化素質(zhì)教育提供一點(diǎn)方法.

1 大學(xué)物理的現(xiàn)狀

歷來(lái)物理學(xué)總是給人以高深晦澀的印象，很多學(xué)生心存畏懼.我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在高中設(shè)立文、理分科，以及應(yīng)試教育的現(xiàn)實(shí)也導(dǎo)致了很多學(xué)生在高中時(shí)期就或主動(dòng)或被迫地放棄了理科而選擇了文科，這些文科生進(jìn)入到高校繼續(xù)學(xué)習(xí)也基本與科學(xué)素質(zhì)類課程不接觸，也就造成了這類學(xué)生知識(shí)片面化、思維僵化，這與現(xiàn)今提倡的具有文化素質(zhì)的人才這一培養(yǎng)要求存在極大差距[2].

我院學(xué)生組成，文理都有，相對(duì)而言理科生多一些，普遍情況是自學(xué)能力不足.文科生只開(kāi)設(shè)有文科類數(shù)學(xué)，除此之外沒(méi)有其他科學(xué)素養(yǎng)方面課程的培養(yǎng)，他們對(duì)于科學(xué)的思維方法、定量化的數(shù)據(jù)分析等能力有很大的欠缺；工科學(xué)生必修大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課，但目前的現(xiàn)狀是，大學(xué)物理的基礎(chǔ)地位越來(lái)越不穩(wěn)固，課時(shí)一再被壓縮，導(dǎo)致很多物理文化及科學(xué)精神在課堂上沒(méi)有時(shí)間與學(xué)生分享，課后極少有學(xué)生能夠自主的進(jìn)行知識(shí)拓展.也就是說(shuō)，我院的工科學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理也只是高中物理的延伸，學(xué)習(xí)到的是更高級(jí)的解題思路和解題技巧，物理學(xué)中的探索、求實(shí)的科學(xué)精神很難在教學(xué)過(guò)程中貫徹.

整體來(lái)看，我院文科生缺乏一些科學(xué)知識(shí)，工科生缺少一些人文情懷.

2 開(kāi)設(shè)人文物理的目的

新世紀(jì)對(duì)應(yīng)用型人才的要求也不僅僅只需要掌握相關(guān)的科學(xué)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)，還需要一些文學(xué)修養(yǎng)、歷史知識(shí)、哲學(xué)情懷等等.物理學(xué)可以作為對(duì)大學(xué)生進(jìn)行文化素養(yǎng)通識(shí)教育的課程，主要從以下幾個(gè)方面考慮：①物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用直接導(dǎo)致了人類歷史上的三次科技革命，說(shuō)明物理學(xué)最后都可能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，最終改善人類的生活；②物理學(xué)內(nèi)容豐富、包羅萬(wàn)象，是一門具備豐富科學(xué)知識(shí)、和科學(xué)方法的自然科學(xué)，它在研究物理現(xiàn)象,建立物理概念，揭示物理規(guī)律的過(guò)程中，運(yùn)用歸納法、類比法和模型法等多種科學(xué)方法[2]，這些是科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的內(nèi)容；③物理學(xué)也可看做一門歷史悠久、思想深刻的人文科學(xué)，物理學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)歷來(lái)物理工作者的鉆研和付出.這些物理研究者在探求事物規(guī)律的過(guò)程中孜孜不倦、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，也都是人文素質(zhì)培養(yǎng)的內(nèi)容.我院開(kāi)設(shè)人文物理，希望通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)學(xué)生能掌握一定科學(xué)技術(shù)知識(shí)，同時(shí)也學(xué)到一些科學(xué)方法和科學(xué)精神，譬如：尊重事實(shí)、重視實(shí)踐、合理推理等科學(xué)方法；腳踏實(shí)地、積極探索、勇于創(chuàng)新等科學(xué)精神[2]，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生文化素質(zhì)的目的.

3 人文物理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

我院人文物理屬于公選課，面對(duì)所有學(xué)生，文科生占絕對(duì)多數(shù)，還有一部分對(duì)物理感興趣的工科學(xué)生.針對(duì)這一學(xué)生組成，人文物理內(nèi)容淺顯，涉及面較廣；教學(xué)過(guò)程中內(nèi)容豐富、形式多樣.

人文物理通過(guò)身邊的物理現(xiàn)象和科技產(chǎn)品作為出發(fā)點(diǎn)來(lái)導(dǎo)入物理知識(shí)，用生動(dòng)詼諧的語(yǔ)言一步一步揭發(fā)其背后隱含的物理學(xué)規(guī)律.另外在講解過(guò)程中突破傳統(tǒng)物理的順序和結(jié)構(gòu)，也不苛求所有內(nèi)容的全面、系統(tǒng)，更最大限度地避免用方程式等物理、數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)推導(dǎo)、演算及表述[3]，利用多種教學(xué)方法有的放矢的讓學(xué)生懂得一些基本的物理原理，了解簡(jiǎn)略的物理學(xué)發(fā)展史以及物理知識(shí)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用等等，使學(xué)生在學(xué)習(xí)到科學(xué)知識(shí)的同時(shí)感悟和欣賞物理學(xué)之美（形式之美、對(duì)稱之美、和諧之美），也使得文化素質(zhì)有所提高.

3.1 貼近生活實(shí)際，內(nèi)容通俗易懂

人文物理課程通過(guò)身邊隨處可見(jiàn)的物理現(xiàn)象出發(fā)來(lái)引入物理知識(shí)，并對(duì)其內(nèi)容延伸拓展到最新科技發(fā)展或者又回到生活中的各個(gè)領(lǐng)域.比方說(shuō)從熱水和冷水混合最后會(huì)達(dá)到一個(gè)中間態(tài)這一生活實(shí)例引出熱量的概念及熱量總是從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體上這一熱力學(xué)第二定律的表述，并最終引出熵的概念及應(yīng)用.人文物理中不注重熵的計(jì)算，微觀含義的理解，只是通過(guò)分析熱力學(xué)熵、生物學(xué)熵、經(jīng)濟(jì)學(xué)熵等實(shí)例來(lái)說(shuō)明實(shí)際生產(chǎn)生活中我們所能看到的過(guò)程都是有方向性的，總結(jié)為物理學(xué)上的專業(yè)術(shù)語(yǔ)就是“熵增加原理”.從現(xiàn)象出發(fā)又回到生活實(shí)踐，使學(xué)生覺(jué)得物理言之有物，與實(shí)際聯(lián)系緊密.另外經(jīng)典物理的成果已經(jīng)成功地轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，大量包含物理知識(shí)的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活.事實(shí)上從最廣泛的意義上說(shuō)，諸如電視、手機(jī)、電磁爐等等產(chǎn)品的廣泛使用本身也是一種物理成果的推廣[4].這類產(chǎn)品就在我們身邊，學(xué)生能產(chǎn)生共鳴，切切實(shí)實(shí)的感受到物理并不高冷，在潛移默化中傳播科學(xué)知識(shí).

3.2 打破理科局限，構(gòu)建物理框架

物理學(xué)一般可以簡(jiǎn)單分為經(jīng)典物理（力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)）和近代物理，人文物理課程打破這樣的順序和結(jié)構(gòu)，通過(guò)梳理大學(xué)物理中幾個(gè)關(guān)鍵性的物理常量——萬(wàn)有引力常量、光速、玻爾茲曼常量和普朗克常量，讓學(xué)生把握物理的整體面貌和基本結(jié)構(gòu)，了解雖然物理學(xué)內(nèi)容龐雜，但是各個(gè)看來(lái)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)卻共同構(gòu)成了完整的物理學(xué)體系.教學(xué)實(shí)踐中從這幾個(gè)常量入手，介紹他們的歷史、理解它們的物理含義、學(xué)習(xí)它們的測(cè)量方法，從而使學(xué)生認(rèn)請(qǐng)它們所具有的物理意義.同時(shí)詳細(xì)闡述這幾個(gè)常量常常出現(xiàn)在物理學(xué)的各個(gè)部分之間的事實(shí) (最著名的莫過(guò)于普朗克公式，這個(gè)公式是為解釋黑體輻射現(xiàn)象而提出的，也最早提出量子化概念，在這個(gè)公式中居然同時(shí)出現(xiàn)了光速、玻爾茲曼常量以及普朗克常量)，縷清這些物理常量之間內(nèi)在錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，明白各部分內(nèi)容在物理學(xué)中的地位，在學(xué)生面前展現(xiàn)最自洽的物理學(xué)之美（和諧之美），進(jìn)而欣賞物理，享受學(xué)習(xí)物理的過(guò)程.比如說(shuō)：通過(guò)重力加速度g引入萬(wàn)有引力公式及萬(wàn)有引力常數(shù)G，介紹使用卡文迪許扭稱測(cè)量該常量，從而進(jìn)入經(jīng)典力學(xué)的大門，并將之應(yīng)用在實(shí)際生活當(dāng)中．使人類對(duì)于天體運(yùn)行規(guī)律有了深刻的理解；介紹伽利略、卡西尼、奧勒·羅默、詹姆斯·布拉德利、傅科和邁克爾遜等人在測(cè)量光速上所做的工作，以及邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的重大突破，徹底否定了“以太”的存在，直接導(dǎo)致狹義相對(duì)論的誕生，從而進(jìn)入近代物理的殿堂.萬(wàn)有引力常量與天體運(yùn)行規(guī)律密切相關(guān)；光速是宇宙中聯(lián)系空間和時(shí)間的一個(gè)基本常量，它把空間、時(shí)間和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起，與高速運(yùn)行的物體緊密相連.這兩個(gè)常量看似互不相關(guān)（G相對(duì)獨(dú)立），但是萬(wàn)有引力G的精確度及光速大小的確定將會(huì)直接影響到人類在面對(duì)空間飛行，航天探索時(shí)所遇到的實(shí)際問(wèn)題[5].人文物理不注重某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或某道題的掌握和計(jì)算，而更關(guān)注物理學(xué)的整體把握，各部分內(nèi)容是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，不可把它們孤立起來(lái).

3.3 多種方法并重，側(cè)重人文教育

嚴(yán)密的邏輯推理不適宜學(xué)生的胃口，他們更喜歡展現(xiàn)在面前的像是一個(gè)懸疑故事.教學(xué)實(shí)踐中教師在講述科學(xué)探究的道路上設(shè)置重重懸念，給復(fù)雜的物理理論一個(gè)形象生動(dòng)的類比，適當(dāng)留給學(xué)生一定的想象空間[2]，最后抽絲剝繭地讓學(xué)生明白物理事件的方方面面.

任何一個(gè)物理理論的建立都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步和發(fā)展，可以說(shuō)物理學(xué)史也是實(shí)驗(yàn)發(fā)展史.人文物理課程也不回避介紹實(shí)驗(yàn)，事實(shí)上實(shí)驗(yàn)在該課程中占有相當(dāng)大的比重.物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)邏輯思維、完善知識(shí)與能力結(jié)構(gòu)，這也正是當(dāng)今社會(huì)正大力提倡素質(zhì)教育的一部分.但在教學(xué)實(shí)踐中，面對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)參差不齊的實(shí)際情況，該課程沒(méi)有安排學(xué)生實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)課，而是充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，突破實(shí)際課堂上物理內(nèi)容演示所受的課時(shí)、場(chǎng)地等條件和環(huán)境的種種限制，以文字、圖片等靜態(tài)形式說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的目的；以flash動(dòng)畫、視頻等動(dòng)態(tài)形式展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法；把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表進(jìn)行對(duì)比分析.充分挖掘多媒體技術(shù)，采用動(dòng)靜結(jié)合的方式給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)探究的整個(gè)過(guò)程，使物理實(shí)驗(yàn)生動(dòng)、可視.在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中傳遞定量化的思想和方法，在定量化的過(guò)程中建立了數(shù)學(xué)模型，最終獲得了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成功經(jīng)驗(yàn)[4].一個(gè)相對(duì)完善的物理理論往往需要通過(guò)幾代人的不懈努力，在此過(guò)程中不斷需要理論修正、器材改進(jìn)、方法完善等才能最終獲得正確的結(jié)論.人文物理介紹系列物理研究者在科學(xué)探索的道路上堅(jiān)持不懈、持之以恒，使學(xué)生學(xué)習(xí)踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格、細(xì)致、實(shí)事求是、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度.

4 結(jié)論

人文物理課程傳遞大量的科學(xué)信息，以實(shí)驗(yàn)說(shuō)知識(shí)、以人物說(shuō)文化，努力做到文理互補(bǔ)、文理相通，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)的整體面貌和基本結(jié)構(gòu)的同時(shí)也學(xué)習(xí)辯證的科學(xué)思維方法和踏實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)精神，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)素質(zhì)和人文素質(zhì)的互補(bǔ)教育添磚加瓦!

〔1〕張立彬,李廣平.美國(guó)一流大學(xué)文科物理經(jīng)典教材的特色與啟示[J].大學(xué)物理,2011(5):50～54.

〔2〕胡南,劉改琴,李鐵.文科物理課程定位及其教學(xué)的探討[J].高教論壇,2011(5):40～42.

〔3〕張立彬，王娟萍，韓志龍.《文科物理——生活中的物理學(xué)》教材的特色與啟示[J].大學(xué)物理,2014(7):56～59.

〔4〕倪致祥,顧江鴻.文科物理教學(xué)難點(diǎn)分析與解決建議[J].阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(6):59～63.

〔5〕寧長(zhǎng)春，索郎桑姆.淺談大學(xué)物理中的幾個(gè)重要物理常量[J].大學(xué)物理，2014(1):25～30.

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2017-01-29