物理學(xué)對(duì)培養(yǎng)文科類(lèi)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的實(shí)踐與探索

[摘 要]物理學(xué)是整個(gè)自然學(xué)科的基礎(chǔ)，更是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的源泉。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，文理科相互滲透、學(xué)科相互交叉是現(xiàn)代高等教育發(fā)展的大勢(shì)所趨。要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)文科物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐摸索，通過(guò)對(duì)文科物理的學(xué)習(xí)可開(kāi)闊文科學(xué)生觀察自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的眼界，促進(jìn)自然科學(xué)與人文科學(xué)的融合，提升文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)文理兼通的復(fù)合型人才。

[關(guān)鍵詞]文科物理 科學(xué)素養(yǎng)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）06-0071-02

一、引言

物理學(xué)是整個(gè)自然學(xué)科的基礎(chǔ)，更是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的源泉。大學(xué)物理課程是理工科各專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的必修基礎(chǔ)課。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，文理科相互滲透、學(xué)科相互交叉是現(xiàn)代高等教育發(fā)展的大勢(shì)所趨。社會(huì)對(duì)人才的素質(zhì)提出了越來(lái)越高的要求。作為一所地方工科院校，必然要培養(yǎng)文科類(lèi)大學(xué)生具備相應(yīng)的自然科學(xué)素養(yǎng)。

二、物理學(xué)對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的獨(dú)特作用

以培養(yǎng)綜合型、有素質(zhì)、有創(chuàng)新意識(shí)人才為目標(biāo)的高等教育改革一直都在深入進(jìn)行著，其中一個(gè)重要趨勢(shì)就是盡可能消除文理科的隔閡，在教學(xué)中體現(xiàn)技術(shù)、科學(xué)和人文社科類(lèi)學(xué)科的融合，培養(yǎng)文理兼通的人才。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、方法和技術(shù)的入門(mén)基礎(chǔ)課程，是大學(xué)生受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開(kāi)端，是素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)，有利于人文教育與科學(xué)教育的融合以及復(fù)合型人才的培養(yǎng)，也有利于學(xué)科的綜合發(fā)展及形成交叉學(xué)科。

從提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的角度來(lái)看，大學(xué)物理及物理實(shí)驗(yàn)課程具有其他學(xué)科不具備的兩個(gè)特殊作用。第一個(gè)特殊作用是擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面。因?yàn)槲锢韺W(xué)是自然學(xué)科的基礎(chǔ)，涵蓋力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)等，每一次工業(yè)革命，都極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力和社會(huì)的變革，現(xiàn)代高新技術(shù)，如核能發(fā)電、激光技術(shù)、納米技術(shù)，等等，都是以物理學(xué)的成果為基礎(chǔ)的。第二個(gè)特殊作用是探究方法的熏陶。在物理學(xué)發(fā)展歷程中，積累了很多科學(xué)的思維及研究方法，如類(lèi)比法、歸納法、實(shí)驗(yàn)法、反證法等，物理學(xué)的這些思維模式及研究方法已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)等眾多文科學(xué)科之中，對(duì)文科類(lèi)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升及科學(xué)研究能力的積累起到了潛移默化的作用。由此可見(jiàn)，物理學(xué)是非常適合對(duì)文科大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)通識(shí)教育的學(xué)科。

三、我校開(kāi)設(shè)文科物理實(shí)驗(yàn)的做法和體會(huì)

湖北工業(yè)大學(xué)是一所以工學(xué)為主，覆蓋工、文、理、藝、經(jīng)濟(jì)、管、法和教育等八大學(xué)科門(mén)類(lèi)的多科性大學(xué)。學(xué)校創(chuàng)建于1952年，1984年由原湖北輕工業(yè)學(xué)院和原湖北農(nóng)業(yè)機(jī)械專(zhuān)科學(xué)校合并組建而成，被省委省政府定位為“在湖北省高教體系中起龍頭示范作用的、水平較高的骨干大學(xué)”。2012年成為國(guó)家“中西部高校基礎(chǔ)能力建設(shè)工程”高校，肩負(fù)著為國(guó)家培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)的工科背景的各類(lèi)建設(shè)人才的重任。

2012年秋季，我校提出了 “721”人才培養(yǎng)模式改革。“1”即拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，通過(guò)學(xué)院、學(xué)校選拔，著力培養(yǎng)10%比例的優(yōu)秀人才; “2”即一專(zhuān)多能、復(fù)合型人才的培養(yǎng)，學(xué)生在自主進(jìn)行雙學(xué)位、輔修專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的同時(shí)，學(xué)校要有目的性地設(shè)計(jì)一些專(zhuān)業(yè)供學(xué)生選擇和學(xué)習(xí)，比如“統(tǒng)計(jì)+金融”、“電氣+機(jī)械”等，讓學(xué)生畢業(yè)時(shí)具備一專(zhuān)多能，成為多面手; “7”即創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，將70%的學(xué)生培養(yǎng)成為具有扎實(shí)的工科背景的應(yīng)用型人才。不管是哪一類(lèi)人才培養(yǎng)，都離不開(kāi)科學(xué)素質(zhì)的提升和動(dòng)手能力的提高。為此，我們于2012年春季開(kāi)始，在文科類(lèi)學(xué)生中開(kāi)設(shè)了“物理與藝術(shù)”理論課及“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程。考慮到文科學(xué)生特點(diǎn)：物理理論知識(shí)相對(duì)薄弱，思維方式是靠直覺(jué)、靈感、頓悟。

2012年3月，我校第一次以公共選修課的形式開(kāi)設(shè)“文科大學(xué)物理”課程。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，我們選擇了高教出版社出版的倪光炯、王炎森先生編寫(xiě)的《文科物理——物理思想與人文精神的融合》作為教材，適當(dāng)加入一些專(zhuān)題講座素材。第一次講座適逢日本大地震一周年，我有意安排《核能及安全利用》作為講座內(nèi)容，比較詳盡地講解了核能利用的基本原理、核能利用的高效性及安全性，并講解了幾例典型的核安全事故，吸引了近200名學(xué)生。在講授狹義相對(duì)論內(nèi)容時(shí)，我首先告訴學(xué)生：相對(duì)論并不神秘，其實(shí)就是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，只不過(guò)是在高速運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域。接著有意地用一、二、三、四點(diǎn)加以歸納（一就是談?wù)摳咚兕I(lǐng)域運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性這個(gè)中心，二就是愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，三就是洛倫茲坐標(biāo)、時(shí)間、速度三個(gè)變換公式，四就是相對(duì)論的四個(gè)效應(yīng)），這樣學(xué)生記憶起來(lái)就非常方便。在32個(gè)學(xué)時(shí)的講座中，適時(shí)加入《納米技術(shù)》、《飛行器與航天技術(shù)》、《激光技術(shù)》等八個(gè)專(zhuān)題講座。并把課件及相關(guān)視頻資料放在校園網(wǎng)上共享，讓學(xué)生們下載學(xué)習(xí)。這些課程很受文科學(xué)生的歡迎。通過(guò)這些課程的學(xué)習(xí)，文科學(xué)生擴(kuò)大了知識(shí)面，提高了思維能力。

物理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，它以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而演示實(shí)驗(yàn)是最直觀有效、形象生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。通過(guò)物理演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能更好地理解物理概念、掌握物理規(guī)律、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技巧、提高創(chuàng)新能力。物理的創(chuàng)新成果都源自于實(shí)驗(yàn)。因此，物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

2012年秋季，我們第一次開(kāi)設(shè)了“文科物理實(shí)驗(yàn)”課程，由于沒(méi)有相應(yīng)的教學(xué)模式可以照搬，我們采取邊實(shí)踐、邊總結(jié)的辦法，以選修課的形式面向全校文科類(lèi)學(xué)生開(kāi)設(shè)。

我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是校級(jí)重點(diǎn)課程，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建設(shè)成為湖北省高校實(shí)驗(yàn)示范中心，可開(kāi)設(shè)29個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、10個(gè)近代物理實(shí)驗(yàn)、5個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

最初我們開(kāi)設(shè)的是實(shí)驗(yàn)原理相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)方法比較直觀、生活中會(huì)應(yīng)用到又能體現(xiàn)物理思想和規(guī)律的典型實(shí)驗(yàn)，例如液體表面張力實(shí)驗(yàn)、多普勒效應(yīng)測(cè)量聲速實(shí)驗(yàn)等。當(dāng)文科學(xué)生通過(guò)細(xì)鐵絲掛起一幕水簾時(shí)，欣喜地看到液體表面存在的張力;當(dāng)他們從實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到聲源與觀測(cè)者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)到的頻率會(huì)發(fā)生變化，馬上聯(lián)想到高速公路上測(cè)量超速的問(wèn)題。原來(lái)，我們的身邊處處都有物理知識(shí)。

經(jīng)過(guò)一年的教學(xué)實(shí)踐，我們又把一些經(jīng)典的近代物理實(shí)驗(yàn)加入進(jìn)來(lái)，讓文科類(lèi)學(xué)生感受物理學(xué)發(fā)展中的一些典型史料，進(jìn)一步提高文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)他們的物理精神和科學(xué)思想。例如密立根油滴實(shí)驗(yàn)，雖然該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的是電荷的不連續(xù)性，涉及量子物理理論的范疇，但是該實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單易懂、操作方便。當(dāng)學(xué)生們看到油滴的運(yùn)動(dòng)就好像夜幕中一顆顆亮閃閃的星星時(shí)，非常興奮。我們?cè)谡n前向?qū)W生介紹：密立根油滴實(shí)驗(yàn)被美國(guó)《物理學(xué)》雜志評(píng)為20世紀(jì)十大最美物理實(shí)驗(yàn)第3名。做完實(shí)驗(yàn)，不少學(xué)生感嘆：原來(lái)最美麗的實(shí)驗(yàn)并非是原理最深?yuàn)W、儀器最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，只要實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想巧妙且探究出了一般人不容易挖掘出來(lái)的物理規(guī)律，就是最美麗的實(shí)驗(yàn)。再如邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)屬于示范性實(shí)驗(yàn)，教師一邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)示范一邊講解這個(gè)實(shí)驗(yàn)最初的目的。當(dāng)了解到這個(gè)實(shí)驗(yàn)是1883年，美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷為尋找“以太”的漂移而設(shè)計(jì)的，前后花了38年時(shí)間，可是最后卻否定了“以太”的存在，從而奠定了狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，學(xué)生們都不由發(fā)出感嘆。通過(guò)對(duì)物理學(xué)史、物理學(xué)方法論的滲透介紹，對(duì)文科學(xué)生進(jìn)行實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和熱愛(ài)科學(xué)、尊重科學(xué)的科學(xué)精神的教育，他們都認(rèn)為通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，能夠充分體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的鉆研精神以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想之美，充分認(rèn)識(shí)到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及科學(xué)思維的重要性。

四、結(jié)束語(yǔ)

我校自2012年開(kāi)設(shè)“物理與藝術(shù)”、“文科物理實(shí)驗(yàn)”以來(lái)，受到了廣大文科生的歡迎，說(shuō)明它們是富有生命力的課程。文科大學(xué)生人數(shù)眾多，在今后的教學(xué)實(shí)踐中，我們要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)文科物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐探索。通過(guò)對(duì)文科物理的學(xué)習(xí)可開(kāi)闊文科學(xué)生觀察自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的眼界，促進(jìn)文科學(xué)生加強(qiáng)自然科學(xué)與人文科學(xué)的融合，提升文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)文理兼通的復(fù)合型人才。此外，學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)物理學(xué)知識(shí)中了解一些影響歷史進(jìn)程、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的物理學(xué)家的生平及趣事，促使他們把物理學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)、金融、營(yíng)銷(xiāo)、文學(xué)等學(xué)科聯(lián)系起來(lái)。把物理學(xué)與這些學(xué)科融合起來(lái)，有利于將實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展得更加合理、更具規(guī)范性，使實(shí)驗(yàn)更具有自主性和探索性，進(jìn)而培養(yǎng)文科學(xué)生的理性思維和實(shí)踐能力，促進(jìn)文科學(xué)生全面發(fā)展、和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 蔣逢春，艾寶勤.淺談開(kāi)設(shè)文科物理課程的實(shí)踐及意義[J].教育與職業(yè)，2007（3）.

[2] 張淳民.大學(xué)物理[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.

[3] 倪光炯，王炎森，錢(qián)景華，等編著.改變世界的物理學(xué)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1999.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]

[收稿時(shí)間]2014-12-29

[基金項(xiàng)目]地方高校文科大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)提升的探索與實(shí)踐;湖北省教育科學(xué)規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組2014年立項(xiàng)課題（課題編號(hào)：2014B066）。

[作者簡(jiǎn)介]別業(yè)廣（1964-），男，湖北仙桃人，本科，副教授，從事大學(xué)物理理論教學(xué)及研究。