前沿物理教學在文科物理教學過程中的成效分析

歐陽秋云　齊立紅　李春燕　劉永軍　陳玉金

摘要：長期以來，物理教學尤其中學物理教學中，往往忽略了前沿物理，這導致了物理教育的“片斷化”，學生只知物理學的昨天，不知物理學的今天，也不見物理學的明天。本文結合自己從事文科物理教學的經驗，給出了前沿物理教學的幾種方式，并分析了在文科物理課堂上進行前沿物理教學的成效。

關鍵詞：文科物理；前沿物理；成效分析

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）13-0251-02

一、前沿物理教學的現狀

一般來講，物理知識分為經典物理和前沿物理（即現代物理）兩大部分，這兩大部分知識各有其獨特的思維方法和研究思路[1]。經典物理學更多地表現為一種控制邏輯，體現的是“知識即工具”這一理念；而前沿科學研究特別是純科學研究體現的是對前人的質疑與超越[2]。但長期以來，物理教學尤其中學物理教學中，往往忽略了前沿物理，這導致了物理教育的“片斷化”，物理教育成了物理“斷代史”的教育，使學生只知物理學的昨天，不知物理學的今天，也不見物理學的明天；而且造成了學生對物理學的許多錯誤認識，比如認為物理學對科技的貢獻只屬于過去，物理學科已經趨于完備、已經沒有什么發展的余地等等[3]。

二、在大學文科物理課堂上進行前沿物理教學的方式

文科學生基礎差，底子薄，對物理有一定的畏懼心理。那么如何在文科物理課堂上進行前沿物理教學呢？具體方式如下：

1.結合物理學。物理學史可分為古代物理學時期（從遠古—16世紀中葉）、經典物理學時期（16世紀中葉—19世紀末）和現代物理學革命時期（20世紀—現在），現代物理學革命時期又分為三個階段，即第一階段（1905—1931年）：相對論和量子概念的創建和應用階段；第二階段（1932—1954年）：亞原子物理學階段；第三階段（1955年至今）：亞核物理學即宇宙物理學階段。例如電磁學歷史，丹麥物理學家奧斯特，由于堅信電磁之間的聯系與統一，對物理實驗有濃厚的興趣，以及嚴謹的科學態度，而發現了電流磁效應。英國物理學家法拉第和奧斯特一樣也深信各種“自然力的統一性”，并追求這種統一，經過十余年的艱苦努力，終于找出了電磁感應定律。在法拉第工作的基礎上，麥克斯韋建立了電磁場理論，并預言了電磁波的存在，實現了物理學史上的第三次大綜合。電磁波的發現轟動了整個物理學界，全世界許多實驗室投入了對電磁波性質及其應用的研究。在赫茲宣布他的發現后不到六年，意大利的馬可尼與俄羅斯的波波夫分別實現了無線電波遠距離傳播，并很快投入實際應用。無線電報、無線電廣播、無線電話、傳真、電視以及雷達等無線電技術像雨后春筍般地涌現出來，近幾十年來，又實現了遙控、遙感、遙測、衛星通信等，從此人們進入了信息化時代[4]。

2.結合現代生活。物理現象和規律大部分來自于生活，又必將服務于生活。人們日常生活的各個方面，以及現代高科技的前沿問題都與基礎物理的研究有關。因此給學生講解前沿物理知識時應當聯系生活實際[3]。例如現代生活中，一些家用電器包括計算機、電視機、微波爐、電磁爐、手機等都會產生電磁輻射。那么何謂電磁輻射？電磁輻射會產生哪些危害以及如何預防呢？電磁輻射是指能量以電磁波的形式在空間傳播的現象。電磁輻射產生的危害如下：（1）可能會誘發兒童患白血病；（2）可能會導致兒童智力殘缺；（3）對于成年男子來說，可能會導致精子質量下降（4）對于孕婦來說，可能會導致胎兒畸形；（5）可能會導致人體癌細胞增值；（6）可能會引起人體視力下降，使人得白內障；（7）可能會影響人的心腦血管系統[5，6]。預防電磁輻射的方法如下：（1）電器擺放不要過于集中。在臥室中，要盡量少放，甚至不放電器；（2）電器使用時間不宜過長，盡量避免同時使用多臺電器；（3）注意人與電器的距離，能遠則遠；（4）盡量縮短使用電剃須刀和吹風機的時間；（5）長時間在計算機前工作時，最好穿上防輻射服；（6）對于電磁輻射較大的家用電器例如微波爐和電磁爐，可使用防護罩；（7）要正確使用手機：①手機接通瞬間釋放的電磁波容易產生不好的影響，所以手機響時，幾十秒后再聽手機；②在使用手機時，可以采用手機專用耳機，實現遠距離使用是比較有效的辦法；③盡量減少通話時間，最好左右耳朵輪流聽；④休息時不要將手機置于枕頭邊；⑤手機不用時最好放在包里，但不要放在胸前的口袋中，也不要直接掛在胸前。[5，6]

3.結合社會熱點問題。社會熱點問題包括交通運輸、環境污染與保護、能源危機以及新能源等問題。如果將前沿物理知識與社會熱點問題相結合，勢必激起學生的廣泛關注和積極參與，并且能夠培養學生的社會責任感。我們現在的能源結構主要以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主，然而化石能源是有限的，不可再生的，并且對環境污染嚴重。在現實世界里，不可再生的資源絕不會真的完全用盡，而是隨著資源的逐漸枯竭，它變得越來越難開采，于是產量下降，導致市場短缺，價格上漲。持續短缺和價格上漲最終使這些資源變得如此昂貴，以至于實際上被淘汰[7]。將來的能源結構將會以風能、水能、太陽能、地熱能、生物體能等可再生能源為主，雖然只有水電和生物體能源對今日的可再生能源有較大的貢獻，但是，其他可再生能源正在迅速增長，在將來可能為我們提供更多的能量。每一種能源都有其自身的缺點，但是一般來說可再生能源的缺點比化石能源或核能少[7]。

三、前沿物理教學后的成效分析

1.有利于提高學生的學習興趣。文科學生在高中開始就實行了文理分科，他們中大部分學生物理基礎較差，有些人曾經懼怕物理、討厭物理，針對這一情況，就要想方設法激發文科學生的學習興趣。在教學內容設置上引入一些生動有趣的前沿物理知識后，文科學生不再感覺物理枯燥無味，對物理產生了極大的興趣。有個學生甚至想報考物理方面的碩士研究生，但是由于文理科不能跨專業報考碩士研究生，最后放棄了?，F在國家教育政策進行改革后，高中不再實行文理分科，對學生的全面發展將是有利的。endprint

2.有利于開闊學生的視野，形成正確的科學觀。物理前沿知識中有大量說明科學相對性、不確定性的事例，如果將其滲透于教學中，能夠使學生開闊視野，啟迪他們質疑舊的科學觀，逐漸形成具有現代意蘊的科學觀[3]。例如離心運動，長期以來人們一直認為存在一種離心力使物體發生離心運動。學完離心運動之后，學生明白了根本不存在離心力，離心運動其實是由于物體具有慣性。任何事情都具有兩面性，離心運動同樣有利有弊。離心運動有利的一面是：利用離心運動可以做成洗衣機的甩干桶，將衣服甩干；利用離心運動可以制作小朋友喜歡吃的棉花糖。離心運動的弊端是：在高速公路拐彎處，如果汽車速度過快就會產生離心運動，將會造成交通事故；高速旋轉的飛輪、砂輪的離心運動將會對周圍的人產生很大的危害。

3.有利于學生學以致用。學完電磁學知識后，很多學生告訴我使用手機時多用耳機可以減少電磁輻射。學完離心運動后，學生能夠解釋洗衣機的甩干桶利用的是離心運動的原理，在高速公路上行駛的汽車在拐彎處要放慢速度是為了防止離心運動發生。學完光學知識之后，學生知道了3D立體電影圖像是如何形成的。即用兩臺攝像機仿照人兩只眼睛的不同視角同時拍攝，在放映時以兩臺投影機同步放映至同一屏幕上，供左右眼同時觀看，從而產生立體效果[8]。

4.有利于學生正確認識物理學與人文學科的關系。好的文學能描述出隱藏在人類感情及行為背后，最深不可測的內心自我（或他我）的情操。而一位好的物理學家則會看到隱藏在普天下美妙神奇萬物后面的自然界的“自我”，會看到一個除肉眼能看到的世界之外的一個更為廣闊的世界。許多古詩詞句中蘊含著一定的物理現象和規律，例如，李白在《望天門山》一詩中寫道：“兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來”，這兩句詩中蘊含著相對運動的知識。物理學史就是一部人類的奮斗史，培根曾經說過：“史書使人明智，科學使人深刻”，李約瑟曾經說過：“如果我們不了解過去，也就沒有多少希望掌握未來”。物理學最初就被稱為自然哲學，“世界是由物質構成的，一切物質都在不停地做無規則運動”，這其中就包含著一定的哲學道理[4]。

在大學文科物理課堂上進行前沿物理教學，可以采取結合物理學史、結合現代生活、結合社會熱點問題等方式進行。通過成效分析可以發現：在大學文科物理課堂上進行前沿物理教學后，有利于提高學生的學習興趣；有利于學生學以致用；有利于開闊學生的視野，形成合理的科學觀；有利于學生正確認識物理學與人文學科的關系。

參考文獻：

[1]馮爽，李富強.新課改中前沿物理知識教學的問題與反思[J].北京教育學院學報（自然科學版），2008，3（3）：34-37.

[2]古乾玉.小議新課程改革中的前沿物理教學[J].新一代，2011，（1）：93.

[3]歐陽秋云，李春燕，齊立紅，姜海麗.前沿物理走進大學文科物理課堂[J].中國科教創新導刊，2012，（14）：103-104.

[4]倪光炯，王炎森.物理與文化[M].高等教育出版社，2009.

[5]霍海波.淺談生活中的電磁污染及防護[J].現代物理知識，2009，（3）：7–8.

[6]http：//wenku.baidu.com/view/bc7a9d5c3b3567ec102d8a35.html.

[7]Art Hobson著，秦克誠，劉培森，周國榮譯.物理學的概念與文化素養[M].高等教育出版社，2007.

[8]苑立波，孫偉民，劉志海，等.“觸摸”科學體驗發現——物理原展示[M].國防教育出版社，2009.endprint