文化視角下的工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

李國(guó)峰

摘要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的首要功能是進(jìn)行科學(xué)文化教育，其任務(wù)本質(zhì)上是推進(jìn)科學(xué)文化的本土化。通過(guò)構(gòu)建濃厚的科學(xué)文化氛圍、建設(shè)以人為本的課堂文化、從科學(xué)文化的高度評(píng)價(jià)教學(xué)效果等措施，使學(xué)生成長(zhǎng)為具備科學(xué)文化思維、具有創(chuàng)新能力的人才。

關(guān)鍵詞：科學(xué)文化；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）01-0156-03

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為工科大學(xué)一門(mén)重要的科學(xué)文化基礎(chǔ)課，歷來(lái)受到重視。其教學(xué)改革，高等教育界從教學(xué)觀念、方法、模式、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)評(píng)價(jià)等諸多方面進(jìn)行了研究，取得了很多積極成果。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從文化視角探討了工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的科學(xué)文化教育功能

從文化的角度看，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的首要功能是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)文化教育，使學(xué)生自身獲得發(fā)展。“文”，《說(shuō)文解字》解為“錯(cuò)畫(huà)也，像交文[1]”?！盎保墩f(shuō)文解字》釋為“教行也[2]”。《易經(jīng)·賁卦》首次把“文”和“化”關(guān)聯(lián)使用：“觀乎天文，以察時(shí)變；觀乎人文，以化成天下”。西漢劉向《說(shuō)苑·指武》首見(jiàn)“文化”一詞：“圣人之治天下也，先文德而后武功。凡武之興也，為不服也，文化不改，然后加誅。”近代以來(lái)，英文culture一詞翻譯為“文化”，英文culture出自拉丁語(yǔ)cultura，意為“種植”、“耕作”和“養(yǎng)殖”?？梢?jiàn)，“文化”的本意是通過(guò)教化使人得到發(fā)展。

現(xiàn)在，“文化”一般釋義是：人類在社會(huì)歷史發(fā)展過(guò)程中所創(chuàng)造的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的總和，特指精神財(cái)富，如文學(xué)、藝術(shù)、教育、科學(xué)等?？萍嘉幕瘎t包括科技器物、科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思維方式、科學(xué)精神和科學(xué)道德規(guī)范等；其進(jìn)步的動(dòng)力是生產(chǎn)實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展的需要，人類的求知欲、探索本能等；其靈魂是創(chuàng)新，因此科學(xué)文化本質(zhì)上是質(zhì)疑與批判。近代以來(lái)，科學(xué)文化在整個(gè)人類社會(huì)領(lǐng)域起著決定性的作用，其本意是通過(guò)發(fā)展人類認(rèn)識(shí)自然的能力，使人類自身獲得發(fā)展。

物理實(shí)驗(yàn)文化是科學(xué)文化的重要組成部分，包括物理實(shí)驗(yàn)技能、物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)、物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等，這三者分別可以對(duì)應(yīng)科學(xué)文化的科技器物的操作、科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思維方式和科學(xué)精神。知識(shí)與技能屬于較低層次的科學(xué)文化活動(dòng)，思維方式與思想則屬于較高層次的科學(xué)文化活動(dòng)，因此物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想才是物理文化的高級(jí)活動(dòng)，體現(xiàn)了探索與創(chuàng)新。物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性，在實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，在人才的科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程就是要通過(guò)教學(xué)使工科學(xué)生在科學(xué)文化方面得到發(fā)展，通過(guò)科學(xué)文化對(duì)人進(jìn)行教化，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生成為獨(dú)立認(rèn)知者。具體而言，就是培養(yǎng)能夠解決實(shí)際問(wèn)題的工程師。這就是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的科學(xué)文化教育功能。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程肩負(fù)科學(xué)文化本土化的任務(wù)

英國(guó)著名科技史家李約瑟（Joseph Needham，1900-1995），1944年10月在浙江大學(xué)貴州分校題為《中國(guó)之科學(xué)與文化》的演講中提出：“問(wèn)題之癥結(jié)乃為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)科學(xué)與科學(xué)之理論體系，何以發(fā)生于西方而不于中國(guó)也？”[3]李約瑟之問(wèn)被后人稱作“李約瑟難題”。中國(guó)學(xué)界常常把“李約瑟難題”理解為“中國(guó)近代科學(xué)為什么落后[4]”。既然“現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)科學(xué)與科學(xué)之理論體系”產(chǎn)生于西方，那么對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)則屬于外來(lái)文化，本土化是必須面對(duì)的課題。

縱觀中國(guó)歷史，有三次外來(lái)文化的傳入對(duì)中國(guó)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。第一次是漢代以來(lái)佛教文化的傳入。再次是起始于明末清初的傳教士來(lái)華，于鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)后繁盛的西方近代科學(xué)文化的傳入。第三次是俄國(guó)十月革命后馬克思主義的傳入。

這三種外來(lái)文化的本土化情況各不相同。佛教文化經(jīng)過(guò)與中華文化的博弈，通過(guò)與中華固有文化的碰撞和雙向融攝[5]，找到了自己的位置，實(shí)現(xiàn)了本土化。馬列主義傳入中國(guó)后，其本土化可以分為兩個(gè)大的階段，第一階段實(shí)現(xiàn)了新民主主義革命的勝利，第二個(gè)階段是建設(shè)具有中國(guó)特色的社會(huì)主義，中國(guó)目前正處于第二階段?？茖W(xué)文化傳入中國(guó)后，其本土化過(guò)程艱難曲折，遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)本土化，甚至還不能說(shuō)已經(jīng)很好地完成了科學(xué)文化啟蒙的任務(wù)。

外來(lái)文化的本土化必然伴隨著幫助中國(guó)問(wèn)題的解決來(lái)實(shí)現(xiàn)。佛教文化補(bǔ)充、優(yōu)化了儒家文化，使人們找到了務(wù)實(shí)、入世的精神寄托，所謂“平時(shí)不燒香，臨時(shí)抱佛腳”。依靠馬列主義的本土化，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立自主。科技文化的本土化將幫助中華民族實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，沒(méi)有中國(guó)科技文化的復(fù)興是不可想象的，這就是在社會(huì)主義的核心價(jià)值觀當(dāng)中，“富強(qiáng)”排在第一位的理由。

中國(guó)的科學(xué)技術(shù)成果大多處于追趕階段，中國(guó)社會(huì)現(xiàn)在還是科技輸入型社會(huì)，而不是世界科技的中心，特別是創(chuàng)新中心。兩個(gè)例子能夠很好地證明這一點(diǎn)，一是“錢(qián)學(xué)森之問(wèn)”，二是中國(guó)本土沒(méi)有諾貝爾自然科學(xué)獎(jiǎng)獲得者。前者實(shí)質(zhì)上反映了科學(xué)文化遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)本土化，后者則表明科學(xué)文化少有在中國(guó)的土地上結(jié)出世界范圍內(nèi)獲得承認(rèn)的果實(shí)來(lái)，中國(guó)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域具有原創(chuàng)性的、對(duì)世界產(chǎn)生廣泛影響的成果不多，就如馬克思所言：“如果在英國(guó)發(fā)明了一種機(jī)器，它奪走了印度和中國(guó)的無(wú)數(shù)勞動(dòng)者的飯碗，并引起這些國(guó)家的整個(gè)生存形式的改變，那么，這個(gè)發(fā)明便成為一個(gè)世界歷史性的事實(shí)?！盵6]這也是中國(guó)“自主創(chuàng)新”科技發(fā)展戰(zhàn)略提出的文化背景。

科學(xué)文化在中國(guó)未實(shí)現(xiàn)本土化的原因有二：一是科學(xué)文化與社會(huì)體制還沒(méi)有很好地融合在一起，二者的博弈就是表征，例如大學(xué)去行政化的諸多爭(zhēng)論。二是科學(xué)文化還沒(méi)有很好地與傳統(tǒng)文化融合?？茖W(xué)文化強(qiáng)調(diào)認(rèn)識(shí)自然、利用自然、征服自然，中華傳統(tǒng)文化則重視尊重自然，與自然和諧相處，講究的是天人合一；科學(xué)文化強(qiáng)化的是科學(xué)手段和認(rèn)知能力，重視的是客觀自然，中國(guó)傳統(tǒng)文化在乎的是順應(yīng)自然，重視的是人本身。二者的結(jié)合就是要強(qiáng)化科技力量，但要合理運(yùn)用，適度運(yùn)用，在提高認(rèn)識(shí)自然的基礎(chǔ)上、了解自然的基礎(chǔ)上與自然友好相處，二者恰好互補(bǔ)。endprint

如果要實(shí)現(xiàn)科學(xué)文化的本土化，必須優(yōu)先解決培育現(xiàn)代科學(xué)文化的土壤問(wèn)題。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在培育工科大學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)文化素養(yǎng)方面具有基礎(chǔ)性作用。因此除了實(shí)驗(yàn)本身，還要讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)背后的物理思想、科學(xué)思想與精神、科學(xué)家的思想和人格魅力等，了解原創(chuàng)思維是如何出現(xiàn)的。從這一層面講，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程肩負(fù)了部分科學(xué)文化本土化的任務(wù)。

三、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)推進(jìn)科學(xué)文化教育的措施

1.引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程。筆者就某高校所做的研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)識(shí)還沒(méi)有達(dá)到科學(xué)文化的層次，存在諸多錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。這些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)在課堂上的表現(xiàn)有：對(duì)于不同于他人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，相當(dāng)部分的學(xué)生會(huì)簡(jiǎn)單地歸咎為儀器有問(wèn)題，而不是進(jìn)行符合邏輯的分析推理，事實(shí)上很少是儀器故障；如果是兩個(gè)人合作完成的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取得，要對(duì)都對(duì)，要錯(cuò)都錯(cuò)，相互山寨而不是相互質(zhì)疑、通過(guò)討論而取得符合實(shí)際情況的數(shù)據(jù)；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的求助是本能的、盲目的，而不是思考性的、探索性的；重理論，輕實(shí)踐，認(rèn)為學(xué)了相關(guān)理論才能做實(shí)驗(yàn)；所學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)其專業(yè)無(wú)用等。以上所列種種都表明學(xué)生還不具備基本的科學(xué)文化思維方式。

從科學(xué)文化的角度審視學(xué)生的這些問(wèn)題會(huì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生作為接受者對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有較為明顯的選擇性。中學(xué)應(yīng)試教育的某些弊端、大學(xué)專業(yè)的明顯分野，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教育缺乏正確認(rèn)識(shí)、對(duì)基礎(chǔ)課程的作用理解不深刻。這使得當(dāng)今許多大學(xué)生急功近利，在學(xué)習(xí)中戴著一幅近視眼鏡去看待所學(xué)各門(mén)課程，依據(jù)和自己所學(xué)專業(yè)的密切程度，把各門(mén)課程作遠(yuǎn)近親疏之排列，學(xué)生只對(duì)與其所學(xué)專業(yè)直接相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有一定的興趣，這種興趣是功利性的、視野很窄。同時(shí)也與以往過(guò)分強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力、相對(duì)忽視科學(xué)精神與人文素養(yǎng)的教育有關(guān)。

應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)是否取得數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)是否被老師認(rèn)可、實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定是否符合自己的預(yù)期等屬于課程外在的獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰方面提升到科學(xué)文化的層面，例如課程所蘊(yùn)含的觀察客觀世界的角度、思考問(wèn)題的思維方式、解決實(shí)際問(wèn)題的行為模式等；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程有正確的認(rèn)識(shí)，即基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)提供的是廣泛基礎(chǔ)上的能力，提供的是公共基礎(chǔ)知識(shí)、能力、思維、乃至文化，而不是直接為某個(gè)單一的專業(yè)服務(wù)。

2.構(gòu)建科學(xué)文化環(huán)境。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是以實(shí)踐為主的課程，其文化氛圍、教學(xué)環(huán)境、方式、過(guò)程均與理論課有明顯區(qū)別。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)必須在特定的文化氛圍中、滿足一定的條件才能達(dá)到預(yù)期效果。就文化氛圍的熏陶、“環(huán)境造就人”等方面而言，實(shí)踐課程對(duì)它們的要求更加苛刻。

在美國(guó)，那些卓越的老師認(rèn)為：如果學(xué)習(xí)對(duì)人們的思想、行為和感覺(jué)方式不能產(chǎn)生持久的、實(shí)質(zhì)性的影響，那么學(xué)習(xí)就毫無(wú)意義可言。[7]筆者認(rèn)為，如果老師想通過(guò)一門(mén)課程對(duì)學(xué)生產(chǎn)生持久而實(shí)質(zhì)性的影響，必須基于文化的力量才能做到，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室建設(shè)和教學(xué)中注重運(yùn)用文化的力量，以此來(lái)影響學(xué)生的思維模式和行為模式。

首先，構(gòu)建濃郁的科學(xué)文化氛圍，包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、教材、課堂教學(xué)等方面，都要有所體現(xiàn)，筆者認(rèn)為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室是一所工科大學(xué)當(dāng)然的科學(xué)文化教育中心。創(chuàng)造有利于科學(xué)文化傳播的環(huán)境，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。為學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)的地位、作用及理解基礎(chǔ)課程的作用創(chuàng)造條件；通過(guò)科學(xué)文化環(huán)境的建設(shè)，把創(chuàng)新思想理念傳達(dá)給學(xué)生，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，創(chuàng)新是科學(xué)文化的基本內(nèi)涵和必然要求，而不是人為的硬性要求。

其次，推進(jìn)課堂文化建設(shè)。課堂更多的是文化熏陶，在于潛移默化地進(jìn)行影響，所謂“師傅領(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行靠自身”。馬克思的一句話十分深刻：“理論在一個(gè)國(guó)家的實(shí)現(xiàn)程度，決定于理論滿足這個(gè)國(guó)家的需要的程度?！笔紫冉鉀Q學(xué)生對(duì)其需求的問(wèn)題。使自主學(xué)習(xí)科學(xué)文化的內(nèi)涵、思維方式成為學(xué)生的需要。怎樣刺激學(xué)生的自主學(xué)習(xí)？我們的做法是：通過(guò)文化的力量來(lái)管理學(xué)生，使學(xué)生從文化上覺(jué)醒、學(xué)習(xí)成為學(xué)生的文化自覺(jué)。

以學(xué)生為本，教師的作用只是引導(dǎo)。教師引導(dǎo)大學(xué)生融入科學(xué)文化，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神。學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)過(guò)程類似于現(xiàn)實(shí)中的科研過(guò)程，實(shí)質(zhì)是前者模擬后者，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和學(xué)習(xí)自然科學(xué)的興趣、好奇心。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)文化有正確的認(rèn)識(shí)，并能夠做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，科學(xué)是神圣的，但不能迷信。筆者認(rèn)為：對(duì)具體科學(xué)規(guī)律的超范圍實(shí)用就是迷信，要形成正確的鑒別能力，敢于質(zhì)疑。

再次，取消課程考試。把精力放在平時(shí)的學(xué)習(xí)上，增強(qiáng)探索過(guò)程，弱化學(xué)生對(duì)考試結(jié)果或者考試本身的期望與關(guān)注。平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中注重科學(xué)文化思想教育，注重科學(xué)文化素養(yǎng)的培養(yǎng)。

第四，加強(qiáng)師生互動(dòng)。教師與學(xué)生及時(shí)有效互動(dòng)，掌握學(xué)生的認(rèn)識(shí)與動(dòng)態(tài)，除了指導(dǎo)過(guò)程中的隨機(jī)交流，每學(xué)期還舉行一次多于30名學(xué)生參加的師生座談會(huì)，進(jìn)行師生談心、互評(píng)，再總結(jié)提高。

3.從科學(xué)文化的角度評(píng)價(jià)教學(xué)效果。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是否達(dá)到了預(yù)期的效果，從文化的角度看有下列幾條標(biāo)準(zhǔn)。

首先，學(xué)生是否接受了基本的實(shí)驗(yàn)思想，是否能對(duì)實(shí)驗(yàn)做出判別、評(píng)論，例如各種方法的適用范圍、優(yōu)劣等。

其次，學(xué)生是否具備科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維方式。例如學(xué)生是否能夠理解每個(gè)實(shí)驗(yàn)要解決什么問(wèn)題，解決問(wèn)題的途徑與手段是什么，解決問(wèn)題的效果如何，并把這些思維方式遷移到其他工程實(shí)際中去。例如：能夠依據(jù)某些科學(xué)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，解決某個(gè)實(shí)際工程問(wèn)題，并對(duì)解決的效果做出評(píng)價(jià)，包括付出的成本、達(dá)到的精度等。

再次，學(xué)生是否融入科學(xué)文化中。學(xué)生是否對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展保持興趣，可以作為其是否融入科學(xué)文化的一把標(biāo)尺。例如，通信等專業(yè)的學(xué)生對(duì)量子通信有無(wú)了解，如何認(rèn)識(shí)；材料等專業(yè)的學(xué)生對(duì)反常量子霍爾效應(yīng)如何認(rèn)識(shí)等。

四、結(jié)語(yǔ)

從文化的角度開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)科學(xué)的教學(xué)，將會(huì)取得如下效果：有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)文化形成正確認(rèn)識(shí)，達(dá)到育人的目的；真正使大學(xué)生成為掌握科學(xué)文化的群體，具備創(chuàng)新能力；為科學(xué)文化的本土化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。endprint

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Abstract：The primary function of the university physics experiment course is to carry on the science culture education，its mission essentially promotes the localization of the science culture. Through the construction of a strong scientific and cultural atmosphere，the construction of people - oriented classroom culture，from the scientific and cultural evaluation of teaching effectiveness and other measures to enable students to grow into a scientific and cultural thinking，innovative ability of talent.

Key words：science and culture；physical experiment；teachingendprint