文理交鋒，星火燎原——淺談文科物理課程內容設置

楊　旭　王明吉　張　雨

(東北石油大學 電子科學學院，黑龍江 大慶　163318)

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文理交鋒，星火燎原——淺談文科物理課程內容設置

楊旭王明吉張雨

(東北石油大學 電子科學學院，黑龍江 大慶163318)

摘要文科大學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律，而物理學是揭示這些規律的最基本的學科，聽之受教、學之獲益、用之得法.從物理學的自然屬性、人文屬性及其促進文理交融3個方面分析文科大學生學習文科物理課程的益處，介紹東北石油大學文科物理課程內容與實驗內容的設置，提出文科物理授課應重結論，輕推導；重思想，輕步驟；重方法，輕細節，注重引導文科大學生結合自身人文優勢，對各種事物和現象進行創新思考.

關鍵詞文科物理；課程內容；文科大學生；創新思考

文科與理科的差異是由“文理分科”的教育制度導致的，我們在承認客觀存在的差異性的同時，不能否認文、理科的同一性，因為“矛盾是對立統一的”.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成共識，也能碰撞出新的智慧火花，這恰恰是當代大學生所應具備的“跨學科”思維.人文科學和自然科學的滲透和人文教育與科學教育的融合是科學、技術、社會發展的必然結果[1].

波動量子力學的創始人、物質波理論的創立者、1929年諾貝爾物理學獎獲得者——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的研究之路的；語言學家亞歷山大·貝爾想通過導線中的電流來傳遞聲音；英國眼科醫生托馬斯·楊創建了生理光學，詳細研究了光的波動性質.與他們類似，當代文科大學生同樣具有扎實的哲學基礎，豐富的感性思維和歷史的長遠視角，他們在學習了物理學的相關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，許多優秀的文科物理教材已經相繼出版，文科物理課程教材選用的范圍進一步擴大.謝東、王祖源編寫的《人文物理》和趙崢編寫的《物理學與人類文明十六講》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].本文從物理學的自然/人文屬性和物理學促進文理交融3個方面論述了開設文科物理課程的作用，并詳細介紹了我校文科物理課程的內容設置.

1物理學的自然屬性

物理學是研究物質在時間、空間中的性質、運動和相互作用的一門學科，甚至時間、空間本身也是物理學的研究對象.其內容涵蓋力學，熱學，電磁學，光學，原子物理學，相對論，量子論和現代物理的各個分支.它描繪了物質世界的一幅完整的圖像，揭示出各種運動形態的相互聯系與相互轉化，充分體現了世界的物質性與物質世界的統一性.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，并努力突出物理學中的人文文化.

2物理學的人文屬性

2.1　提升學生的認識論

通過學習文科物理課程，文科大學生可以更加客觀地認識自然界，認識生活中常見現象中所蘊含的基本規律，使頭腦中常識性的科學知識增多，自然而然地提升學生自身的科學素養和思維品質.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，極光的產生是地磁與大氣電子的作用，雷電的產生是正負電荷的中和，質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的等.

2.2　豐富學生的方法論

物理學所提供的方法論是文科物理課程內容中最受學生歡迎之處，學習過文科物理課程的學生可以在潛移默化中學習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學描述；德布羅意通過力學和光學類比，引進了實物粒子波粒二象性概念；楊福家院士曾講過,復旦大學物理系學生何華利用夸克理論計算經濟運行規律，10個月內為Solman Blad公司賺了兩億美金[3].

2.3　強化學生的能動意識

通過文科物理課程的學習，學生可以親身感受到人類改造自然的巨大能力.比如： 力學和熱學的發展引領人類找到了機械力以代替人力，促進了工業化大生產時代的到來；電磁學的發展使人類又找到了更強勁的動力——電力，人類從此進入了電氣化時代；近現代核能技術、超導技術、信息技術、激光技術、電子技術的發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： 在具備了牢固堅實的學識基礎和獨立創新的思維品質之后，人類就可以更大程度地改造自然界，改變我們的生活.

3物理學促進文理交融

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

文理間交融則兩利，分離則兩弊.首先，科學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，方能形成全面負責的責任感；其次，科學知識與人文知識的交融，有利于形成完備的知識結構.知識是文化的載體，是思維、方法和精神的基礎，沒有知識就沒有力量，沒有完備的知識結構，就沒有全面發展的基礎；第三，科學思維與人文思維的交融，有利于形成優秀的思維品質，優秀的思維，一要正確，二要有原創力，邏輯(科學)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能力；第四，科學方法與人文方法的交融，有利于形成有效的工作方法，科學方法講實證，講“理”；人文方法講體驗，講“情”，合“理”順“情”，自然有效.文理分家，必然導致學生學習的片面性，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生才是國家未來優秀的管理者和決策者.

4文科物理課程內容

東北石油大學文科物理課程總學時為40學時，其中課堂講授32學時，物理探索演示實驗8學時，在這有限的課時框架下，如何安排課程內容的飽滿、豐富性以達到素質教育的要求是需要考慮的一個重要問題.經過6年探索與實踐，我校設置的文科物理課程內容如表1所示.

表1　文科物理課程內容

在課堂上，教師通常圍繞每一部分中最主要的內容展開教學.比如： 力學主要圍繞牛頓三定律和萬有引力定律展開；熱與統計主要圍繞熱力學4個基本定律和熵在統計力學中的應用展開；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，環路定理及麥克斯韋方程組等等.教師在授課過程中重結論，輕推導；重思想，輕步驟；重方法，輕細節.教師不會在課堂上做大段公式的推導，甚至不要求學生記住復雜的數學公式，但教師非常注重將物理定律所傳達出來的思想表述給學生，將物理所能解決的基本問題講解給學生，將物理思想與方法、科學精神、創新意識等形象生動地表述給學生.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；熱力學第一、第二定律否定了永動機的存在，提出了提高熱機效率的有效方法；熵是系統混亂程度的量度，自然和社會都永遠處于熵增加的過程中；光既有粒子性又有波動性；電流與磁體所表現出的磁效應，其本質都是電荷的運動等等.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，讓學生認識世界、啟迪心智、交融文理，從而實現文科生科學精神與人文精神的融合.有位學生曾經評價： “電子書不如紙質書，觀其書不如知其人.”

5文科物理實驗內容

物理學是一門實驗科學，所有的物理定律的形成和發展都是建立在對客觀自然現象的觀察和研究的基礎之上.理論和實踐并重、相輔相成、有機融合是物理教學的新模式.對豐富多彩的物理現象進行觀察和探究，不僅可以幫助學生理解物理概念，提高學習興趣，還可以激發學生的探索熱情和創新意識.因此，我們為學生精選了8學時形象生動的演示實驗，內容設置如表2所示.

表2　文科物理演示實驗內容

演示實驗課在我校物理探索演示廳中進行.在課堂上，學生可以參觀到許多神奇的物理現象.通過親自動手操作實驗，重復并解釋這些物理現象，學生既加深了對課堂知識的理解，又鍛煉了實際動手能力和獨立解決問題的能力.每一次課，學生們都在興趣盎然的狀態下度過，課后會有很多學生愉悅的表達，進過物理實驗室的文科生確實與眾不同了，不僅開闊了視野，增長了見識，還學會了許多本領.我校文科學生在商場的3D電視銷售區，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文科的.

6結語

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

參考文獻

[1]周遠清. 挑戰重理輕文——推進人文教育與科學教育的融

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. 文科物理學教程: 物理概念與科學文化素養[M]. 北京: 北京師范大學出版社, 2010.

[4]周雨清. 東南大學文科物理教學改革的反思[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校是如何教文科物理的。其中主要介紹的是物理對文科學生提高科學素養的作用，作為一個互補也應補充談談課程中是否有涉及介紹文科對物理學發展的影響和作用？因為作為人類文明的兩大基礎，“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，似應補充些“文”如何影響和反饋于“理”甚至推動理的前進的內容，這樣的文科物理教學才真正全面和客觀。

修改稿審閱意見摘錄：

本文介紹創新需要人文思想時，列舉兩個例子并總結出：文科出身的貝爾和德布羅意在物理學中取得巨大的成功，當歸因于他們結合自身優勢再進行理性思維和創新思考的結果。人文思想，甚至是哲學思想如何影響物理學研究(任何的科學研究)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備很重要等，本文的重點是介紹作者所在學校的文科物理課程建設，包括實驗課程的建設。很遺憾修改稿沒有寫出“文”是如何影響“理”的，不過作為教學交流，此第三次修改稿可以發表。

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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

基金項目:東北石油大學教育教學改革項目.

作者簡介:2015-03-10 楊旭，男，講師，主要從事基礎物理教學科研工作，研究方向為電磁場與旋流分離.yangxu112@163.com