關于物理文化融入大學實驗室建設中的思考

劉 楊,吳 釗

(運城學院機電公共實驗中心,山西運城 044000)

物理文化是高校校園文化建設中的一個重要組成部分,物理文化一詞最早出現在我國1991年的《物理通報》第7期上,該刊以專訪的形式刊登了兩位外國專家的訪談,題目使用了“物理文化”。隨后,解世雄、厚宇德等人相繼對“物理文化”進行了較為系統的討論。2005年1月陳佳洱院士在巴黎的國際物理年啟動大會上的報告,肯定了“物理文化”的學術價值和學術地位,他站在人類文化與文明的高度理解物理文化,把物理學視為“文化不可分割的一部分”[1]。物理文化有“廣義”和“狹義”之分。廣義上,物理文化是人類文化的重要組成部分,它包括物理學科知識體系和體系之外的廣大物理世界;[2]狹義上,“物理文化它是以物理學工作者為中心、為創造源泉、為實踐者而向人類輻射的一種文化,它集中體現為物理學家的思想及思維模式、情感模式、行為習慣、價值標準、工作方法等等,還包括以體現、表達物理思想、物理知識為目的的物質載體,或以物理探索為目的的儀器設備”[3]。大學實驗室可作為物理文化的物質載體,如何將物理文化有效地融入大學物理實驗室建設中就顯得尤為重要。

1 物理文化在大學物理實驗室建設中的作用

物理學首先是一門實驗科學。實驗是物理學理論的基礎和源泉,也是物理學發展的動力。在某些歷史時期,震撼世界的物理實驗,不僅對物理學的發展起著劃時代的作用,而且推動著社會文明,甚至引發了人類思想觀念的全新轉變。因此有必要把物理文化融入大學物理實驗室建設,讓學生通過實驗室,進入物理實驗的科學殿堂,去感受它對世界的震撼,領悟其豐富的科學內涵和文化魅力,從而促進學生的全面發展。在大學物理實驗室建設中,物理文化對培養學生的作用主要有以下幾個方面:

1.1 培養學生的求實精神

在課堂上應該變革以教師為主導的“看科學、聽科學”的教學模式,讓學生進入高水平的融入物理文化的演示實驗室,領悟求實精神。學生通過自身大量的演示模擬實驗,成為“做科學、體驗科學”的親歷性探究,來破除學生對物理概念、規律的迷信態度,讓學生在親歷科學的探究過程中體驗科學的求實規范。

1.2 培養學生的創新意識

物理學的重大發現多是建立在批判性思維基礎之上的,批判性思維是推動物理學乃至社會前進的主要動力。[4]通過演示實驗室中的融入物理文化的導學系統能培養學生敢于挑戰權威,包括敢于向教師的教學過程挑戰,敢于向成熟的實驗方法挑戰,甚至向實驗知識體系挑戰,進而培養學生的批判精神。促進大學生自我創造意識的形成。

1.3 培養學生的社會責任感

通過以物理文化為主線的導學系統中的物理學史的實例,理解科學技術的雙刃劍作用,認識科技發展要接受人類與社會利益、以及法律、倫理的制約,糾正科技至上、科技萬能的認識;[5]理解使社會向更加人性化的方向發展是科學的天職,認識科學家、科學團體及他們的活動對社會生活的意義與對社會能起的積極作用,以此來培養學生作為社會公民應有的社會責任感。

2 大學物理實驗室建設中如何融入物理文化

2.1 建設高水平的大學物理演示模擬實驗室

大學物理演示實驗主要是配合《大學物理》課堂教學,凸顯物理學是一門實驗性科學。讓學生在實驗中將理論與實際相結合,加深對物理學理論的理解,提高學習興趣,增強學生實事求是、探索自然的意識,實現從感性認識到理性認識的升華。為此,物理實驗室的建設非常重要。通常建設高水平的大學物理演示模擬實驗室的面積約需200平方米,需購置演示儀器近100多臺 (其中可部分自制),模擬用計算機約40多臺。預計可開出100多個物理演示實驗,涵蓋力、熱、電、光等多個領域,這些實驗由淺入深、內容廣泛、生動形象、效果顯著,既展示了物理學的一般規律和形象,又涵蓋了現代科技的諸多領域,將極大地增強學生探求科學知識的熱情和興趣。這樣不僅能滿足輔助課堂教學的需要,還有相當數量超出理論課教學內容、專為開拓學生視野、提高學生興趣而準備的儀器設備。在注重硬件建設的同時,還要重視軟件建設,要不斷開發演示實驗模擬教學軟件供學生網上查詢,力求做到“內容豐富、環境良好、運行有效、富有專業特色”。以此來培養學生的求實和理性精神。

2.2 創建全開放的演示實驗教學模式

物理文化融入演示物理實驗室的建設與應用對大學物理教學、學生能力的提升具有獨特的作用,因此大學物理演示實驗,可以選修課的形式,對全校所有本科生、研究生自由開放,讓學生從中了解自然、探索自然,開闊視野、拓展思維,提高學生的綜合素質。學生可利用網絡自由預約選課,實施開放式教學的形式。

增設大學物理演示實驗課,演示實驗課要采用多種教學形式和教學手段。一是將部分演示實驗引進《大學物理》教學課堂;二是以班級為單位進入演示室,讓學生自己動手進行演示實驗;三是利用多媒體導學系統,采用觸摸屏的方式對學生自由開放;導學系統用于介紹物理學史和前沿方向,可包括力和熱、震動與波、電磁學、光學、近代物理與綜合、物理百科6個欄目。前5個欄目涉及全部演示實驗,每個實驗可按照現象篇、原理篇、拓展篇和背景篇4個層次加以介紹;在物理百科欄目中既可介紹物理學各個分支學科的研究內容、現狀及發展前景、具有里程碑意義的發明和發現、物理學發展的重要史料、20世紀科學的重要突破、百年諾貝爾獎、古今中外物理學家,又可介紹物理學在生活、空間探索、軍事、材料等領域的應用,還可播放隨時錄制的最新科技報道;這樣能使整個導學系統內容豐富、形式生動、層次分明,兼具知識性和趣味性,以彌補教材的更新與現代科技不同步的缺憾。力求讓導學系統能引導學生進行不同層次的、個性化的學習與探索,并追蹤近代物理和高新技術的新發展,充分展示物理學理論密切聯系工程實際、豐富多彩的學科特點,從而大幅度提高教學效果,進而培養學生的批判精神和創新意識。

2.3 建立物理實驗科技櫥窗

建立具有知識性、趣味性與現代科學技術相結合的《物理實驗科技櫥窗》,其內容包括:(1)物理學簡史,可使用文字與圖片簡述幾位物理科學家的著名實驗及對人類科學技術進步做出的有巨大貢獻的成果,并配以科學家人物肖像。簡介近500年來在世界上具有重大影響的物理實驗的內容及著名物理學家的科研成果、近代物理的應用,包括楞次定律及磁懸浮演示儀、光纖通信、傳感器技術和傳感器技術的應用等內容。營造出一種物理文化氛圍,并以此激發起大學生學習科技、熱愛科學、獻身科學的精神,培養學生作為社會公民應有的社會責任感。(2)基本器件及常用測試工具的認識,包括電阻系列、電容系列、磁性系列、晶體管系列、集成電路、萬用表等常用儀器;(3)陳設物理實驗在各個領域中的應用,例如①楞次磁懸浮地球演示儀 (磁懸浮技術是今后需要進一步完善,發展的高新技術,同時具有很好的演示功能);②激光干涉演示(反射光柵、透射光柵立體畫,激光干涉圖紋具有很強的演示功能,同時還具有一定的互動效果)。通過建立物理科技櫥窗,來開闊學生的視野,為學生架起一座通向新科技的橋梁。

總之,在新的歷史條件下,高校如何把物理文化有效地融入大學物理實驗室建設中,讓大學生接受物理文化的熏陶,發現和感受物理世界,培養學生的科學探索精神,是高校值得探討的帶有前瞻性的重要課題。廣大教育工作者既要借鑒其他院校的實踐經驗,又要立足本校實際,力求建設更具物理文化特色的高校實驗室,為我國現代化建設培養出更加優秀的棟梁之材。

[1]陳佳洱.物理與文化[J].物理通報,2005(3).

[2]厚宇德.物理文化與物理學史[M].杭州:浙江科學技術出版社,2005.

[3]解世雄.物理文化簡論[J].科學研究,1998(1).

[4]姚文清.構建新型物理教學文化,培養學生批判性思維[J].哈爾濱學院學報,2003(12).

[5]孟建偉.知識教育到文化教育—論教育觀的轉變[J].教育研究,2007(1).