基于文化開展物理教育的價值分析及其注意問題＊

陳 華

（臺州廣播電視大學，浙江 臺州 318000）

國外有專家尖銳指出：“沒有物理修養的民族是愚蠢的民族.”［1］這不僅是針對物理學在自然科學中的地位與物理學在技術發展中的作用而言，而且是就物理學在健全人的心智方面的作用與有利于社會可持續發展等方面的影響而說.然而在我國物理學從普通中學后的各類教育中卻不斷退出，在以電大系統為代表的成人高等教育院校，各理工類專業基本上不再設置物理類課程；高職類學校物理課程也基本上被“實用”課程所替代，目前高職類學校試行“任務推動”與“就業導向”式等教學改革，使物理課程更加邊緣化；在普通高校除物理專業（也在受就業問題影響）外，物理課程也被各種各類新興的時髦課程所擠壓，即使在一些開設物理學類通識課程的本科院校，也因為缺乏對通識課程的本質認識而被形式化.物理學在各類高等教育中的不斷退出，與筆者在成人學員物理文化素養調查中的結論，“學校仍應是物理文化傳播的主要渠道”［2］相悖，這里既有受當下社會價值觀的影響，也與物理教育工作者對物理教育的認識有關.對于前者筆者相信會隨著社會的進步而得到改變，而后者則需要物理教育工作做出努力.本文欲從文化的角度分析物理教育的價值，以期對當前各類高校中的物理教育，尤其是對基于通識教育的物理教育能起到拋磚引玉的作用.

1 基于文化的物理教育

國際純粹物理與應用物理聯合會在其編輯的《物理2000——進入新千年的物理學》一書中，對20世紀的物理教育目的提出了質疑.認為“如果物理教育是為更多學生的全面發展服務，那就應當重視物理學家的工作成果在社會上、技術上的應用；重視物理學的哲學和物理學史；重視蘊含于我們文化之中的物理學方法；重視物理學家這個專業群體的特點，如支持、貢獻社會的方式等.”［3］這就要求物理教育工作者，不僅從知識教育的角度思考物理教育問題，而且需要從社會、哲學、歷史和物理學家群體的特點等更廣泛的視角思考物理學的教學內容、內容組織和教學方法，把物理學從單純的知識教育提高到文化的層面去教育.在筆者看來，這即是基于文化的物理教育.

對于物理學等自然科學的文化品性，物理學家及其他自然科學家以他們特有的研究經歷對此早有感悟.百科全書式人物皮爾遜就認為：“近代科學因其訓練心智嚴格而公正地分析事實，因而特別適宜于促進健全公民的教育.”［4］愛因斯坦也曾說過：“科學對于人類事務的影響有兩種方式.第一種方式是大家熟悉的：科學直接地，并且在更大程度上間接地產生出完全改變人類生活的工具.第二種方式是教育性質的——它作用于心靈.盡管草率看來，這種方式好像不大明顯，但至少同第一種方式一樣銳利.”［5］費曼則直述物理學是真正的文化，他說：“我講授的主要目的，不是為你們參加考試做準備——甚至不是為你們服務于工業或軍事做準備，我最想做的是給出對于這個奇妙世界的一些欣賞，以及物理學家看待這個世界的方式，我相信這是現今時代里真正文化的主要部分.也許你們將不僅對這種文化有欣賞，甚至也可能你們會加入到人類理智已經開始的這場偉大的探險中去.”［6］

隨著人們對物理學等自然科學所蘊涵的文化意義的深入認識，物理文化的研究也進入物理教育學界的視野，出版了一些物理文化及其教育的專著.近年來，關于物理文化的研究已成為一些物理教育方向研究生的研究課題.基于文化的物理教育，不僅在于發掘物理學內在的文化品性，而且將物理學置于廣闊的人類文化之中去考察，使學生能像物理學家那樣欣賞物理學，發現物理學與人類文化的關系及其對人類文化的影響.可以斷言在物理教育中，物理文化教育將從隱性變為顯性，物理教育將從基于知識的教育變為基于文化的教育，使物理學作為人類的優秀文化讓絕大多數學生接受，提高學生的科學素養，增強抵御迷信和偽科學的能力.

2 基于文化的物理教育價值

基于文化的物理教育，其基本特點不僅基于物理學自身的文化特質，而且基于物理學與人類文化方方面面的聯系，從而一改物理學抽象、冷峻和難學的面貌，拉近學生與物理學的距離.這種廣泛的聯系，使物理學“有機化”，產生超越物理學認識自然和創造物質的成就，給我們帶來源自于物質世界本質的啟示，其中蘊涵著豐富的教育價值.

2.1 提高認知能力

在物理學的發展中，形成的一套探究自然的方法，以及在其方法之上形成的物理思想，是人類最高智慧的結晶.盡管我們不能保證運用它們不受文化及其個人偏好的影響，使人類不再走彎路、犯錯誤，但它們總能使我們不斷前進，不僅獲得關于自然的客觀知識，同時啟發人文科學的發展，是可能解決人類生存基本問題的最有效的工具.物理學家玻恩曾說過：“我曾努力閱讀所有時代的哲學家的著作，發現了許多有啟發性的思想，但是沒有朝著更深刻的認識和理解穩步前進.然而，科學使我感覺到穩步前進：我確信，理論物理學是真正的哲學.”［7］趙凱華先生也認為，現在回答“什么是物理學？已很困難，物理學更多的是體現出一種智慧，物理學中有一套最全面有效的科學方法”［8］.基于文化的物理教育以知識教育為載體，重視物理知識獲得的思想方法、途徑教育；重視物理知識內稟的思想方法教育，并結合歷史上物理學曾經給人類的生活和思想帶來影響的案例，闡明物理學思想方法的意義和作用.因此基于文化的物理教育將跳出常規物理知識本位教育的窠臼，將物理學與其他學科聯系起來，與技術、社會聯系起來，拓展學生的認識視野，發現自然和社會的共性、社會發展對自然的依賴，以及社會區別于自然的特殊性與復雜性，從而有效地提高學生的認識能力.

2.2 培養創新思維

由物理學史闡明的物理學的曲折發展歷史，與物理學不斷向宇觀、微觀探索發現自然的物理圖景，以及物理學以其知識和思想方法在化學、生物學、地球學，甚至在人文學科的滲透產生的邊緣學科，反映著物理學家及其有物理學背景的學者具有超常的創造性，這種創造性源自物理學發展的求真本質，據一些學者的不完全統計，20 世紀中葉以來，具有物理學背景者，在獲得諾貝爾生理及醫學獎者中約占60%，化學獎獲得者中占50%以上，在經濟學獲獎者中約占50%，而相反的情況幾乎沒有發生［9］.為了求證物理學家不斷的探詢事物背后的原因，懷疑已有知識的可靠性，有著哲學的追溯精神，但比哲學多了證實的精神，因此他們總能在尋求原因與證實之間有新的發現，產生新的探索.即使在物理學發展最順利的時候物理學家仍十分關注存在的疑點，開爾文就曾在19世紀末，物理學發展最順風順水的時候，特別指出飄浮在物理學晴空中的“兩朵小小烏云”，結果“兩朵小小烏云”在不久以后竟給物理學帶來革命性發展，產生相對論與量子力學.物理學家從不滿足于已有的物理理論，牛頓、愛因斯坦等著名物理學家，都曾說過自己的理論不是最后的理論，這不僅是謙虛，而更是來自對自然的敬畏產生的客觀.基于文化的物理教育會在物理知識教學的過程中，重視體現物理學的這種懷疑精神的教育，讓學生理解物理學家為了物理學的不斷進步，是如何“盡可能快地證明我們自己錯了”［10］，以鼓勵學生發現問題，培養學生的創新思維.

2.3 形成科學態度

科學態度是一種面對知識的認識態度，是對知識生產過程及其證實的態度.默頓認為“科學的制度性目標是擴展被證實了的知識”［11］，為此科學雖然沒有明文規定，但可以從科學家的道德共識中找到“普遍主義、公有性、無私利性以及有組織的懷疑態度”［11］四個方面的科學研究規范，它們是科學態度的基本組成要素，是外顯的科學精神，因此默頓稱它們是“構成了現代科學的精神特質”［11］.知識與人及環境無關和可重復證實的信仰是支撐它們的準則，這在物理學中無疑表現得猶為清晰與突出.費曼曾就如何尋找一條新定律時說：“若猜想與實際不符，則所猜想的定律是錯了.不論你的想法有多么美，不論你多么聰明，更不論你名氣有多大，只要與實驗不符便是錯的.簡簡單單，這就是科學［10］.”科學態度內稟了物理學研究的誠信原則，費曼認為科學家“不能欺騙自己”［12］，它是科學家的第一條準則，是科學家需要固守的科學品德，是科學研究的公平與自由原則的前提.基于文化的物理教育，重視物理學知識的獲得過程及其與經驗的關系，而不是知識本身的體系與邏輯；重視分析物理學家對自身研究過程的樸素闡述，而不是簡單地利用其他人的研究評述；重視學生個別化的物理知識再探，而不是止于教科書式的物理知識的簡單復述，因此有利于形成學生的科學態度.

2.4 涵養科學精神

愛因斯坦通過對科學和宗教信仰的考察認為“沒有人懷疑我們正在面臨一種因果關系，其中構成原因的成分大體上已為我們所知.人們不能對這個領域發生的事情進行精確的預測是因為起作用的因素的多樣性，而一點也不是因為自然界中缺乏秩序……一個人越是深信所有事件的既定規律性，他就越堅信：除了既定規律性之外，不存在不同本性的原因.對他來說，無論是人類的統治還是神的統治都不會作為自然事件的獨立原因存在.”［12］因此，“科學不僅除去了宗教沖動中擬人化的雜質，而且也有助于我們理解生活的宗教精神方面.”［12］所謂科學精神就是這種堅信自然界的運動、變化與發展符合科學規律，建立起對科學世界圖景的信仰.因此科學精神也是一種世界觀，它為科學態度所生產的知識的真理性及其反映的自然界的客觀性、有序性和可理解性等所支撐.科學精神不僅沒有宗教等其他信仰所具有的排它性，而且有利于人們對其他信仰的理解，這也是源于對科學態度所生產的知識的自信.基于文化的物理教育，通過物理知識的生產和運用過程，讓學生理解物理知識的客觀性；通過物理規律對物理現象的解釋，建立學生關于自然的有序性與可理解性的觀念；通過在物理學與人文文化之間架設的橋梁，啟發學生體會物理學與人文各方面的聯系，涵養學生的科學精神.

2.5 啟發文化反省

自20世紀50年代中期斯諾提出“兩種文化”的沖突以來，西方兩種文化的沖突不僅沒有停止，到20世紀末反而發生了震驚西方世界的“索卡爾事件”，引發了西方社會“科學與人文”之間的公開論戰.然而這些在我國并沒有引起多少漣漪，大多數中國人仍抱著張之洞先生的“中學為體，西學為用”的觀點，近年國內的“中醫廢存之爭”只是中西文化之爭的表現，科學與人文反而尚且“相安無事”，筆者覺得正是這一點需要進行文化反思.中國文化是世界上少有的綿延幾千年的文化，然而近代科學并沒有在中國產生，而且是在15世紀及之前科學技術一直領先于世界的情況下發生.對此疑問最早出現在1732年法國教士巴多明與其國內科學界的幾封通信中，到20 世紀40年代經李約瑟再提出，引起世界科學史界的關注，被學界稱為“李約瑟之難（問）”，其間像馮友蘭、梁漱溟等著名文人都曾嘗試討論過這個問題，也引起像竺可楨、楊振寧和愛因斯坦等國內外著名科學家的注意，并先后表達看法.盡管對“李約瑟之難”是否有意義，在史學家中持有不同態度，但因這涉及中西文化比較，因此即使得不出最終結果，其過程本身就有現實意義.從已有的討論或研究中，可知通過中西文化的比較，在物理學領域會回溯物理學之源，引起對中國古代物理知識、物理學發展史和物理學思想的閱讀、整理與反思；對中國古代物理實驗（或相關物理實驗）儀器、設備和方法的復原與重探；討論中國古代文化對物理學發展的影響，甚至分析中國傳統文化對學生學習物理知識的影響等，這些通常被常規物理教育所忽視的內容，正是基于文化的物理教育及其自然的教學資源，它們或可作為教學內容或可開設專題講座，因此基于文化的物理教育將啟發學生進行文化反省.

3 基于文化的物理教育要注意的問題

受物理學難學的影響，難免將基于文化的物理教育簡單地理解為簡化物理知識的教育，其實本質還是物理知識本位的物理教學.這直接導致基于文化的教育換湯不換藥，在觀念、教學內容及教學方法上不能產生本質上的變化，從而喪失基于文化的物理教育的價值.目前某些普通高校通識課教育出現的尷尬無不與此有關.因此在實施基于文化的物理教育時，需要注意以下幾個問題.

3.1 基于文化的物理教育不是對物理知識的稀釋

基于文化的物理教育是“把物理學當作人類的奮斗歷程”［14］，從歷史、哲學、社會和生活的意義來介紹，而這些正是傳統物理教學中所缺少的，它的目的在于提高學生的科學素養.在生活中我們并不難發現有科學知識而缺少科學素養的人和事，就在20世紀80年代，我國曾掀起一股特異功能熱，一些知名的科學人也曾在其中推波助瀾.因此基于文化的物理教育，不僅非物理專業的學生需要，就是對理工科，甚至物理專業的學生也有需要.它既可以教育人文學科的學生，不要站在科學之外批評科學，防止他們受人文主義影響而形成反科學傾向；可以教育理工學科的學生，人文修養有助于拓展專業視野，防止他們受科學主義的影響而成為狹隘的科學或技術工作者.

3.2 基于文化的物理教育需要物理實驗的配合

當前物理學的通識教育較多地延續傳統的講授教法，并把做練習當“實踐”，忽略了對物理實驗的教學.在物理學中，物理實驗不僅可以證實知識（這本身就是個復雜的體驗過程），而且還能發現物理知識的適用邊界，發現新的物理現象.因此盡管物理學的數學化程度很高，但本質上仍是一門實驗科學.科學史家薩頓認為：“倘若能通過個人實驗來認識一個事實，它會比一百個靠死記硬背學到的事實更加有價值……”［15］因此物理實驗是物理學習不可缺省的環節，也是基于文化的物理教育所必須的.對此德國奧爾登保大學的做法值得借鑒，他們在對物理師范生的教育過程中，要求學生完成12 個必修實驗，其中5 個來自物理學史.在他們向學生開放的物理實驗室中，有專門的實驗仿制品收集室，收集了若干著名的或有意義的歷史實驗的原型和相關實驗記錄，供學生在進行仿制實驗時參考［16］.這樣的物理實驗教育，自然能將文化融入其中.

3.3 基于文化的物理教育要組織做好分組討論

分組討論不僅是學生物理知識很好的運用途徑，而且通過分組討論有利于加深學生對物理學與方方面面聯系的思考.對于討論，（1）要安排有指導教師.指導教師不足可以聘任高年級的優秀學生或在校研究生擔任；（2）要規定時間.通常每周應安排一個下午；（3）要考慮合適的組織形式.討論可以有主報告人，也可以輪流發言等，每次討論要遞交具體的討論記錄及相關材料，以便組織報告會交流；（4）要有明確的主題，題目可以是教師確定也可以由學生自選，但要考慮課程內容、社會熱點和學生關心的問題三方面因素的結合.

除上述注意問題外，基于文化的教育要體現其教育價值，還需要認真設計好它的評價方式.在我們的傳統中，評價多是作業＋期末考試的形式，現在已出現寫小論文等形式，評價呈多元化、個別化趨勢.基于文化的物理教育的考試，因為要突出其“文化性”，需要側重從文化的視角考查學生對物理學的理解程度和運用能力，評價學生的科學素養，因此寫小論文這種具有綜合、靈活性和個別性特征的評價方式相對比較合適.德國奧爾登保大學的評價方式是學生可以選擇一個歷史主題（通常圍繞著一個實驗）作為期末考試的題目［16］，這種融文化和實驗于考試之中的選題方式，也值得我們的小論文評價方式參考.

［1］吳加澍.對物理教學的哲學思考［J］.課程·教材·教法.2005，25（7）：64

［2］陳華.關于成人學員物理文化素養的調查分析［J］.吉林廣播電視大學學報，2010，（11）：20

［3］保羅·布萊克.新千年的物理教育［A］.趙凱華等譯.國際純粹物理與應用物理研究會.進入新千年物理學［C］.北京：北京大學出版社，2000.79～84

［4］皮爾遜.科學的規范［M］.李醒民譯.北京：華夏出版社，1999.12

［5］愛因斯坦.愛因斯坦文集［M］（第三卷）.許良英，范岱年譯.