文理交鋒，星火燎原——淺談文科物理課程內(nèi)容設(shè)置

楊　旭　王明吉　張　雨

(東北石油大學(xué) 電子科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶　163318)

?

文理交鋒，星火燎原——淺談文科物理課程內(nèi)容設(shè)置

楊旭王明吉張雨

(東北石油大學(xué) 電子科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶163318)

摘要文科大學(xué)生工作之后所研究的大部分問題要涉及自然界已有的客觀規(guī)律，而物理學(xué)是揭示這些規(guī)律的最基本的學(xué)科，聽之受教、學(xué)之獲益、用之得法.從物理學(xué)的自然屬性、人文屬性及其促進(jìn)文理交融3個方面分析文科大學(xué)生學(xué)習(xí)文科物理課程的益處，介紹東北石油大學(xué)文科物理課程內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置，提出文科物理授課應(yīng)重結(jié)論，輕推導(dǎo)；重思想，輕步驟；重方法，輕細(xì)節(jié)，注重引導(dǎo)文科大學(xué)生結(jié)合自身人文優(yōu)勢，對各種事物和現(xiàn)象進(jìn)行創(chuàng)新思考.

關(guān)鍵詞文科物理；課程內(nèi)容；文科大學(xué)生；創(chuàng)新思考

文科與理科的差異是由“文理分科”的教育制度導(dǎo)致的，我們在承認(rèn)客觀存在的差異性的同時，不能否認(rèn)文、理科的同一性，因?yàn)椤懊苁菍α⒔y(tǒng)一的”.文科與理科所代表的不同的思維方式在某些問題上可以達(dá)成共識，也能碰撞出新的智慧火花，這恰恰是當(dāng)代大學(xué)生所應(yīng)具備的“跨學(xué)科”思維.人文科學(xué)和自然科學(xué)的滲透和人文教育與科學(xué)教育的融合是科學(xué)、技術(shù)、社會發(fā)展的必然結(jié)果[1].

波動量子力學(xué)的創(chuàng)始人、物質(zhì)波理論的創(chuàng)立者、1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者——德布羅意，就是在放棄了法國歷史研究的計劃之后才踏上了物理學(xué)的研究之路的；語言學(xué)家亞歷山大·貝爾想通過導(dǎo)線中的電流來傳遞聲音；英國眼科醫(yī)生托馬斯·楊創(chuàng)建了生理光學(xué)，詳細(xì)研究了光的波動性質(zhì).與他們類似，當(dāng)代文科大學(xué)生同樣具有扎實(shí)的哲學(xué)基礎(chǔ)，豐富的感性思維和歷史的長遠(yuǎn)視角，他們在學(xué)習(xí)了物理學(xué)的相關(guān)知識后往往能夠從其他視角看待問題，從整體的框架上考慮問題，給“只緣身在此山中”的理科人找到那“柳暗花明”的一條明路.

時至2015年，許多優(yōu)秀的文科物理教材已經(jīng)相繼出版，文科物理課程教材選用的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大.謝東、王祖源編寫的《人文物理》和趙崢編寫的《物理學(xué)與人類文明十六講》是高校選用較多的文科物理教材，但縱觀目前的文科物理類教材，其內(nèi)容仍然五花八門、八仙過海、各行其是，每本教材都有自身的側(cè)重和特色.文科物理課“教什么”“怎么教”是擺在每一位任課教師面前的重要課題[2].本文從物理學(xué)的自然/人文屬性和物理學(xué)促進(jìn)文理交融3個方面論述了開設(shè)文科物理課程的作用，并詳細(xì)介紹了我校文科物理課程的內(nèi)容設(shè)置.

1物理學(xué)的自然屬性

物理學(xué)是研究物質(zhì)在時間、空間中的性質(zhì)、運(yùn)動和相互作用的一門學(xué)科，甚至?xí)r間、空間本身也是物理學(xué)的研究對象.其內(nèi)容涵蓋力學(xué)，熱學(xué)，電磁學(xué)，光學(xué)，原子物理學(xué)，相對論，量子論和現(xiàn)代物理的各個分支.它描繪了物質(zhì)世界的一幅完整的圖像，揭示出各種運(yùn)動形態(tài)的相互聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)化，充分體現(xiàn)了世界的物質(zhì)性與物質(zhì)世界的統(tǒng)一性.因此，文科物理需保證其基本物理知識體系的完整，需要集知識性、邏輯性與趣味性于一體，并努力突出物理學(xué)中的人文文化.

2物理學(xué)的人文屬性

2.1　提升學(xué)生的認(rèn)識論

通過學(xué)習(xí)文科物理課程，文科大學(xué)生可以更加客觀地認(rèn)識自然界，認(rèn)識生活中常見現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的基本規(guī)律，使頭腦中常識性的科學(xué)知識增多，自然而然地提升學(xué)生自身的科學(xué)素養(yǎng)和思維品質(zhì).例如： 地球是圓的，日光是七彩的，原子是可分的，重力是向下的，浮力是向上的，增透(反)膜是光的干涉，極光的產(chǎn)生是地磁與大氣電子的作用，雷電的產(chǎn)生是正負(fù)電荷的中和，質(zhì)量虧損會造成巨大的能量釋放，世界可以是離散的而不是連續(xù)的等.

2.2　豐富學(xué)生的方法論

物理學(xué)所提供的方法論是文科物理課程內(nèi)容中最受學(xué)生歡迎之處，學(xué)習(xí)過文科物理課程的學(xué)生可以在潛移默化中學(xué)習(xí)到許多處理問題的方法.比如綜合的方法(疊加法，迭代法)、類比的方法、對稱的方法、守恒的方法等等.麥克斯韋通過把力線和不可壓縮流體的流線加以類比，找到了法拉第力線的數(shù)學(xué)描述；德布羅意通過力學(xué)和光學(xué)類比，引進(jìn)了實(shí)物粒子波粒二象性概念；楊福家院士曾講過,復(fù)旦大學(xué)物理系學(xué)生何華利用夸克理論計算經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律，10個月內(nèi)為Solman Blad公司賺了兩億美金[3].

2.3　強(qiáng)化學(xué)生的能動意識

通過文科物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以親身感受到人類改造自然的巨大能力.比如： 力學(xué)和熱學(xué)的發(fā)展引領(lǐng)人類找到了機(jī)械力以代替人力，促進(jìn)了工業(yè)化大生產(chǎn)時代的到來；電磁學(xué)的發(fā)展使人類又找到了更強(qiáng)勁的動力——電力，人類從此進(jìn)入了電氣化時代；近現(xiàn)代核能技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展在更高層面上改變了我們的世界和生活.課堂上，我們一直注重傳遞的理念是： 在具備了牢固堅實(shí)的學(xué)識基礎(chǔ)和獨(dú)立創(chuàng)新的思維品質(zhì)之后，人類就可以更大程度地改造自然界，改變我們的生活.

3物理學(xué)促進(jìn)文理交融

量子力學(xué)之父普朗克曾說過： “科學(xué)是內(nèi)在的整體，它被分解為單獨(dú)的部門不是由于事物的本質(zhì)，而是由于人類認(rèn)識能力的局限性.實(shí)際上存在著由物理到化學(xué)，通過生物學(xué)到社會科學(xué)的連續(xù)鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條”.處在科學(xué)鏈條后半部分的人文社會科學(xué)無可避免地需用到自然科學(xué)的基礎(chǔ)知識.很難想象一個對核能，超導(dǎo)，激光，等離子體等現(xiàn)代科技完全不了解的管理者會做出怎樣的科學(xué)的決定.美國麻省理工學(xué)院要求主修文科的學(xué)生必須修習(xí)占學(xué)士學(xué)位課程學(xué)分總量16.5%的自然科學(xué)，方能獲得學(xué)士學(xué)位[4].

文理間交融則兩利，分離則兩弊.首先，科學(xué)精神與人文精神的交融，有利于形成正確的人生追求，既求真又求善，方能形成全面負(fù)責(zé)的責(zé)任感；其次，科學(xué)知識與人文知識的交融，有利于形成完備的知識結(jié)構(gòu).知識是文化的載體，是思維、方法和精神的基礎(chǔ)，沒有知識就沒有力量，沒有完備的知識結(jié)構(gòu)，就沒有全面發(fā)展的基礎(chǔ)；第三，科學(xué)思維與人文思維的交融，有利于形成優(yōu)秀的思維品質(zhì)，優(yōu)秀的思維，一要正確，二要有原創(chuàng)力，邏輯(科學(xué))思維保證思維的正確性，直覺、靈感、頓悟與形象(人文)思維提供思維的原創(chuàng)能力；第四，科學(xué)方法與人文方法的交融，有利于形成有效的工作方法，科學(xué)方法講實(shí)證，講“理”；人文方法講體驗(yàn)，講“情”，合“理”順“情”，自然有效.文理分家，必然導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的片面性，考慮問題不夠全面，思路不夠開闊.具有理性思維的文科大學(xué)生才是國家未來優(yōu)秀的管理者和決策者.

4文科物理課程內(nèi)容

東北石油大學(xué)文科物理課程總學(xué)時為40學(xué)時，其中課堂講授32學(xué)時，物理探索演示實(shí)驗(yàn)8學(xué)時，在這有限的課時框架下，如何安排課程內(nèi)容的飽滿、豐富性以達(dá)到素質(zhì)教育的要求是需要考慮的一個重要問題.經(jīng)過6年探索與實(shí)踐，我校設(shè)置的文科物理課程內(nèi)容如表1所示.

表1　文科物理課程內(nèi)容

在課堂上，教師通常圍繞每一部分中最主要的內(nèi)容展開教學(xué).比如： 力學(xué)主要圍繞牛頓三定律和萬有引力定律展開；熱與統(tǒng)計主要圍繞熱力學(xué)4個基本定律和熵在統(tǒng)計力學(xué)中的應(yīng)用展開；光主要講楊氏干涉，圓孔衍射和激光；電與磁主要講高斯定理，環(huán)路定理及麥克斯韋方程組等等.教師在授課過程中重結(jié)論，輕推導(dǎo)；重思想，輕步驟；重方法，輕細(xì)節(jié).教師不會在課堂上做大段公式的推導(dǎo)，甚至不要求學(xué)生記住復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，但教師非常注重將物理定律所傳達(dá)出來的思想表述給學(xué)生，將物理所能解決的基本問題講解給學(xué)生，將物理思想與方法、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識等形象生動地表述給學(xué)生.比如地面物體之間的力和宇宙星體之間的力為同一種力，都是萬有引力；熱力學(xué)第一、第二定律否定了永動機(jī)的存在，提出了提高熱機(jī)效率的有效方法；熵是系統(tǒng)混亂程度的量度，自然和社會都永遠(yuǎn)處于熵增加的過程中；光既有粒子性又有波動性；電流與磁體所表現(xiàn)出的磁效應(yīng)，其本質(zhì)都是電荷的運(yùn)動等等.我們的課程力爭從探索宇宙、探索人生、探求真理的角度出發(fā)，讓學(xué)生認(rèn)識世界、啟迪心智、交融文理，從而實(shí)現(xiàn)文科生科學(xué)精神與人文精神的融合.有位學(xué)生曾經(jīng)評價： “電子書不如紙質(zhì)書，觀其書不如知其人.”

5文科物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，所有的物理定律的形成和發(fā)展都是建立在對客觀自然現(xiàn)象的觀察和研究的基礎(chǔ)之上.理論和實(shí)踐并重、相輔相成、有機(jī)融合是物理教學(xué)的新模式.對豐富多彩的物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察和探究，不僅可以幫助學(xué)生理解物理概念，提高學(xué)習(xí)興趣，還可以激發(fā)學(xué)生的探索熱情和創(chuàng)新意識.因此，我們?yōu)閷W(xué)生精選了8學(xué)時形象生動的演示實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容設(shè)置如表2所示.

表2　文科物理演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

演示實(shí)驗(yàn)課在我校物理探索演示廳中進(jìn)行.在課堂上，學(xué)生可以參觀到許多神奇的物理現(xiàn)象.通過親自動手操作實(shí)驗(yàn)，重復(fù)并解釋這些物理現(xiàn)象，學(xué)生既加深了對課堂知識的理解，又鍛煉了實(shí)際動手能力和獨(dú)立解決問題的能力.每一次課，學(xué)生們都在興趣盎然的狀態(tài)下度過，課后會有很多學(xué)生愉悅的表達(dá)，進(jìn)過物理實(shí)驗(yàn)室的文科生確實(shí)與眾不同了，不僅開闊了視野，增長了見識，還學(xué)會了許多本領(lǐng).我校文科學(xué)生在商場的3D電視銷售區(qū)，將偏光式3D立體電視和快門式3D立體電視的基本原理講得很清楚，讓商場中的售貨人員驚愕了許久，連連詢問他到底是不是學(xué)文科的.

6結(jié)語

學(xué)習(xí)了自然科學(xué)的文科大學(xué)生能夠重新思考生活，加深對自然界中已發(fā)現(xiàn)規(guī)律的認(rèn)識，并利用這些規(guī)律去想去做別人沒想和沒做的事.在觸類旁通之后，文科大學(xué)生有很大的可能會創(chuàng)造性地提出新觀點(diǎn)、新想法.文科物理課程聽之受教、學(xué)之獲益、用之得法,文科的感性思維結(jié)合物理學(xué)的理性思維會使文科大學(xué)生在思維方式和處理問題的方法上勝人一籌.

參考文獻(xiàn)

[1]周遠(yuǎn)清. 挑戰(zhàn)重理輕文——推進(jìn)人文教育與科學(xué)教育的融

合[J]. 中國高教研究, 2002(1): 11-12.

[2]王曉鷗, 霍雷, 孟慶鑫,等. 文科物理教學(xué)方法改革嘗試與思考[J]. 物理與工程, 2012, 22(2): 45-48.

[3]吳大江, 呼中陶. 文科物理學(xué)教程: 物理概念與科學(xué)文化素養(yǎng)[M]. 北京: 北京師范大學(xué)出版社, 2010.

[4]周雨清. 東南大學(xué)文科物理教學(xué)改革的反思[J]. 高等工程教育研究, 2000(2): 89-92.

作者第一稿審閱意見摘錄：

文中主要介紹了作者所在學(xué)校是如何教文科物理的。其中主要介紹的是物理對文科學(xué)生提高科學(xué)素養(yǎng)的作用，作為一個互補(bǔ)也應(yīng)補(bǔ)充談?wù)務(wù)n程中是否有涉及介紹文科對物理學(xué)發(fā)展的影響和作用？因?yàn)樽鳛槿祟愇拿鞯膬纱蠡A(chǔ)，“文”和“理”各有所長，無法相互替代。但文中主要談理如何影響文，給人“理”遠(yuǎn)高于“文”的感覺，這是不完整的。作為一個完整和客觀的介紹，似應(yīng)補(bǔ)充些“文”如何影響和反饋于“理”甚至推動理的前進(jìn)的內(nèi)容，這樣的文科物理教學(xué)才真正全面和客觀。

修改稿審閱意見摘錄：

本文介紹創(chuàng)新需要人文思想時，列舉兩個例子并總結(jié)出：文科出身的貝爾和德布羅意在物理學(xué)中取得巨大的成功，當(dāng)歸因于他們結(jié)合自身優(yōu)勢再進(jìn)行理性思維和創(chuàng)新思考的結(jié)果。人文思想，甚至是哲學(xué)思想如何影響物理學(xué)研究(任何的科學(xué)研究)中的成果不是一小段就能說清楚的。不如把這段提到本文的引言中說明文理兼?zhèn)浜苤匾龋疚牡闹攸c(diǎn)是介紹作者所在學(xué)校的文科物理課程建設(shè)，包括實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。很遺憾修改稿沒有寫出“文”是如何影響“理”的，不過作為教學(xué)交流，此第三次修改稿可以發(fā)表。

■

INTERACTION OF ART AND SCIENCE, A SINGLE SPARK CAN START A PRAIRIE FIRE—DISCUSSION ON THE CONTENT ARRANGEMENT OF LIBERAL ARTS PHYSICS COURSE

Yang Xu Wang Mingji Zhang Yu

(College of Electronic Science, Northeast University of Petroleum, Daqing, Heilongjiang 163318)

AbstractAfter the liberal arts students graduate and start their career, most of the issues studied by them involves the existing objective laws in nature. Physics is the most basic subject to reveal these laws. Learning of physics can help us obtain natural knowledge, edification, and methods of solving problem. In this paper, we analyzed the benefits of studying liberal arts physics course for the liberal arts students from three aspects, consisting of the natural properties of physics, the human culture properties of physics, and its promotion on infiltration of humanities and science. We introduced the teaching content and experiments of liberal arts physics in northeast petroleum university, and proposed that we should pay attention to the conclusion and simplify figure deduced process, lay emphasis on thinking manner and omit partly deduced steps, focus on method and discard trivial details, reinforce the guidance of the students’ innovative thinking about all kinds of things and phenomena by using their advantages of humanistic thoughts.

Key wordsliberal arts physics; course content; liberal arts undergraduates; innovative thinking

基金項(xiàng)目:東北石油大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目.

作者簡介:2015-03-10 楊旭，男，講師，主要從事基礎(chǔ)物理教學(xué)科研工作，研究方向?yàn)殡姶艌雠c旋流分離.yangxu112@163.com