大學物理及其實驗教學提升育人功能研究

笪 誠

（巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

教學的過程，不僅僅是教給學生知識的過程，同時也是一個育人過程，教書必須和育人相結合。大學階段是一個人形成正確世界觀和人生觀的關鍵階段，在這個時期進行德育和素質教育效果是比較明顯的。大學物理作為理工科專業大學生學習基礎知識和培養綜合素質的重要學科，在其教學過程中滲透德育教育和素質教育的意義是顯然的。而作為一名教師，在傳授大學物理知識的同時，也不應忘了育人的職責。大學物理及其實驗教學只有與思想教育和素質教育緊密結合進行，才能實現教書與育人的統一，德育與智育的統一。

1 大學物理要承擔起培養學生正確宇宙觀、世界觀和人生觀的作用，培養學生正確的哲學思想和辯證唯物精神

物理學是一切自然科學的基礎，所以與自然哲學是始終聯系在一起的，牛頓的名著就是起名為《自然哲學的數學原理》的。物理科學在揭示自然界的奧秘和推動人類文明進步中起著第一推動力的作用，同時它也是一切正確哲學的思想源泉。毫無疑問，物理學是一門關于世界觀的科學，即如何認識世界運行規律的科學。比如早期的時候,認為地球就是宇宙的中心，是宇宙的統治者。但隨著物理學的發展，利用牛頓萬有引力的理論證明了哥白尼學說的正確性，以無可辯駁的事實論證了地球并不是宇宙的中心，使人類以自我為中心的優越感剎那間消失了，也使人們意識到自身只是自然的微小一員，只有與自然和諧地共處，才能地久天長。物理學教會人們如何正確認識世界，認識自身。大學時代是學生接受知識，身心各方面都得到快速成長的階段，這時候可塑性還比較強，在這個階段要樹立正確的世界觀和人生觀，對今后的道路至關重要。所以作為關于世界觀的科學，大學物理在其教學中必須承擔其塑造正確三觀的功能。只有培育起辯證唯物精神，才能學會正確的看待世界。

自然界是充滿著矛盾運動的，這種矛盾運動又是對立統一的，所以物理學也反映了這種辯證關系。如德布羅意的物質波的學說，任何物質既是波又是粒子；牛頓第三定律中作用力與反作用力的關系，現代粒子物理中物質與反物質的關系等。另一方面，物理世界是變化運動著的，但在物質的紛繁蕪雜的變化運動中，又有某些量是不變的，是恒定的，這就是物理的守恒定律和物理常數，這就是事物在變化運動中體現出穩定性。如在有限的宇宙當中，電荷守恒，CPT聯合守恒等等以及萬有引力常數等等。這就是變與不變的對立統一。

整個大學物理的教學中包含著豐富的辯證唯物主義內容，通過物理教學培養學生正確的世界觀不但使大學物理教學的責任之所在，也是大學物理教學的優勢之所在，我們要充分發揮優勢，承擔起培養學生正確世界觀和人生觀、培養學生健康的哲學思想和辯證唯物精神的重任。

2 通過大學物理及其實驗教學，培養學生的創新意識和創新精神

縱觀物理學發展的歷史，同時也是一部不斷創新的歷史。牛頓力學的成熟和熱力學的不斷發展導致了蒸汽機的發明，引發了第一次工業革命，使人類進入了機械化時代。電磁學的成熟和電動力學的發展導致了發電機和無線電等的發明，引發了第二次工業革命，使人類進入了電氣化時代。量子力學和相對論物理的發展引發了第三次工業革命并一直持續至今，使人類進入信息化時代。我們發現幾乎所有技術領域的學科的創立,事先都在物理學中經過長期的醞釀,在理論與實驗兩方面積累了大量知識后，才迸發出來的[1]。由此可見，物理學是科學技術發展的源泉。在人類進入文明時代以后，每一次的科學發現與技術發明無疑都是科學工作者與技術人員在原有基礎上所完成的一次創新活動。因此,創新是科技發展的真正動力,也是推動物理學發展的真正力量。在大學物理教學過程中要貫穿對學生創新精神的培養，特別是物理學家是如何在原有物理知識的基礎上，依據新的現象，提出新的假設和猜想，然后設計實驗進行論證，發現新的問題，修正假設和猜想，再實驗……，最后得出新的物理定律，這個物理學發現的過程就是持之以恒的創新過程。我國科學家通過發射“悟空”探測器成功探測到宇宙中“暗物質”的蛛絲馬跡，通過無數次實驗實現“量子通信”的洲際通信等都是科學家持之以很的創新求真之結果。

在實驗教學中，我們可以設計些探究型的實驗培養學生的創新能力，在理論教學中，可以通過類比法、觀察法等引導學生進行創新活動，發現知識。還可以通過寫小論文的方式引導學生對某一問題進行深入探討進行創新活動?？梢哉f，大學物理在培養學生的探索精神和創新意識等方面具有其他課程不能替代的重要作用。

3 通過對大學物理教學中對物理學發展史的講解，讓科學家高尚的品格和獻身精神教育并激勵學生，陶冶學生高尚的道德情操和人文精神，培養社會責任感

物理學的發展歷程也是物理學家肩負歷史使命不斷追求真理的過程和承擔社會責任的過程。在這個過程中，有科學家如捍衛真理而獻身；有科學家為了探求自然界的奧秘，幾十年如一日地呆在實驗室進行試驗；還有的科學家為了使自己的成果更好地為造福人類而放棄專利。通過對大學物理及實驗教學中貫穿對物理學發展史的講解，通過物理學家的各種事跡，讓科學家高尚的品格，拼搏精神、獻身精神、幾十年如一日的堅持精神以及頑強的意志教育學生，打動學生，激勵學生，培養學生自覺地為社會做貢獻，自覺承擔起社會發展的責任感，讓其知道自己所肩負的歷史使命。

4 通過在大學物理教學過程中貫穿中國物理學史的教育，樹立學生們的文化自信和民族自豪感，培養學生的愛國主義情操

習近平同志多次在不同場合強調我們要有文化自信。在中華幾千年的文明中，中國古代的勞動人民創造了輝煌的成就和燦爛的文化，這當然也創造和發展了物理學。中國古代至少有三部以“物理”命名的著作，即晉代楊泉的《物理論》、明代王宣的《物理所》和方以智的《物理小識》[2]。公元前四至五世紀的《墨經》中就有“光學八條”，討論了光的直線傳播、光影關系和小孔成像等光學問題；在力學上，春秋末年齊國人著的《考工記》中就有了關于“慣性”現象的記載，而西方直到伽利略時代才有慣性的概念；在聲學上，西周的魯遽已經發現了共振現象；電磁學上，北宋沈括《夢溪筆談》中地磁偏角的記載，比1492年意大利航海家哥倫布橫渡大西洋時才發現地磁偏角整整早了400年；熱學上，戰國時期李冰開鑿都江堰時利用熱脹冷縮原理粉粹攔江巨石。中國古代在物理學上取得的成就非常之多[3]。到了近現代，中國在物理學上也取得了令人矚目的成就，如錢三強和何澤慧發現的原子核的三、四裂變，中國成功地爆炸了兩彈以及當前量子通信的飛速發展更是令世界為之側目。

通過在大學物理教學中，貫穿中國古代和近現代物理學史料和史實的講解，讓學生們認識到中國人民是充滿智慧的，為世界文明作出了巨大貢獻，讓學生為自己的祖先能取得如此大的成就而驕傲，樹立文化自信，增強民族自豪感，同時也使學生們的愛國主義情懷油然而生。建議對當前大學物理的教學內容進行梳理，列出其中相關的知識點，將中國物理學在這些點上的貢獻和成就、相關人物列舉出來，以使學生明白中國物理學是世界物理學不可分割的一個重要組成部分。

5 在大學物理教學中培養學生的科學精神和科學素養，使學生們成為科學中國人，以科學的態度對待學習和生活

科學精神是指以探索精神追求科學的客觀性、嚴密性和精確性。而科學素養是一個人在認識自然和社會，研究科學知識過程中所表現科學品質，是衡量一個國家和一個民族整體的教育水準和科學認同程度的標尺。只有具有較高科學素養的人才具備一定的科學精神，有了這些科學精神，才能以科學的態度對待生活，對待社會，對待人本身。顯然，一個國家的國民的科學素養越高，其國家文明程度高越高，社會進步也越快，經濟也越發達。

物理學作為一切自然科學之基石，在培養學生的科學精神和科學素養方面，是無可替代的。大學物理的理論知識提高了學生對自然的認知程度，其蘊含的科學方法論提高了學生創造能力，其嚴密性和精確性提高了學生對待問題的嚴謹程度，其對待自然現象的客觀性引導學生有意識克服認識事物的主觀偏見性，培養實事求是的科學態度?？傊ㄟ^大學物理及其實驗課程的學習提高了學生對待問題和事物的理性程度。所以在大學物理教學中，我們要有意識地重視學生的科學精神和科學素養的養成，實現科學中國人夢想，讓中國人也能以科學的態度對待生活、社會和自身。

6 在大學物理教學中貫穿美學教育，樹立學生樹立正確的審美觀念，培養其善于洞察自然美和發現生活美的能力

美育教育是教育的重要組成部分[4]。對于美育工作，黨和政府一直都是高度重視的，《國務院辦公廳關于全面加強和改進學校美育工作的意見》（國辦發[2015]71號）要求各級政府和部門高度重視高校中的美育工作，要求“將美育貫穿在學校教育的全過程各方面，滲透在各個學科之中”“深入挖掘數學、物理等自然學科中的美育價值?！盵4]明確地提出要在物理學中挖掘美育的價值。

美是處處存在的，數學有圖形之美，化學有物性多樣之美，而物理學作為探索自然界物質運動規律的學科，其中更是蘊涵了的大自然的諸多美和美學邏輯，如物理系統的均衡和萬物的有序體現了自然界的和諧之美、物理守恒定律（如能量守恒、CPT守恒、電荷守恒等）體現了自然界的對稱之美、物理公式的簡潔（如玻爾茲曼熵公式）體現了大自然的簡約之美、物理理論體現了自然界的統一之美（如麥克斯韋方程），還有物理現象的奇特美，如雨后的彩虹、混沌圖像等。總之，可以通過大學物理教學中貫穿美育來培養學生善于洞察自然美和發現生活沒的能力并幫助其樹立正確的審美觀念，陶冶其熱愛自然、熱愛生活的高尚道德情操。

7 通過大學物理及其實驗教學培養人的正確的思維方式，教會人科學的解決問題方法

大學物理不僅僅教給學生物理知識，而且還能培養學生們正確的思維方式。前輩的物理學家在解決大自然各種復雜問題的過程中，發展出了很多非常好的思維方式和解決問題的方法。比如說理想化的模型就是一種思維方式。力學中質點是一種理想化的模型，自然界中并不存在沒有面積沒有體積而有質量的一個點，但這種模型抓住了事物的主要矛盾，舍棄了次要的矛盾，因此能夠將問題簡化，得出正確的結論。

在牛頓力學時代傳統的思維方式主要表現為確定性、連續性、可分離性和可預測性，到現代物理學中，已經出現了相反的思維方式：不確定性、不連續性、不可分離性和不可預測性性，分別表現在量子力學的測不準原理、能量量子化、量子測量中觀察者和被觀察者之間的不可分離性、混沌現象中的地震和長期天氣的不可預測性，這些思維方式的出現極大地改變了人類對自然的認識，也使人們對自然的認識更加正確更加客觀。另外，大學物理中的一些解決問題的方法可以應用于工程技術，比如說量綱分析法，就可以應用于其他學科。掌握這些正確方法對自己今后的工作是大有裨益的。

由此，我們在大學物理的教學過程中，要注意對各種物理思維方式和方法的總結，特別是每一章的結束，我們都要對這一章中所體現的物理思維方式和方法進行分析，然后引入下一章，這樣讓學生自然地領悟了物理中的思維方式。

8 在大學物理實驗中培養學生協作精神、團隊精神、提高其組織性紀律性，訓練其做事的細心耐心和規范程度

在大學物理實驗中，特別是合作型實驗中，要教導學生必須團結協作，才能完成實驗。事實上，靠單個人就能完成物理學實驗的時代已經過去，現代物理實驗更多的是大科學工程，需要多人協作才能完成。通過物理實驗的教學，培養學生的團隊精神和協作意識，這對于現在提倡合作共贏的社會來說，其意義是重大的。另外通過實驗室的規章制度的制定和有效執行來提高學生的組織紀律性，同時通過對實驗器材反復調整和誤差成因分析訓練學生的耐心程度和細心程度；通過其對實驗報告的寫作和數據處理訓練其做事的規范程度。這些能力對于學生今后走向社會后，正確地對待工作中出現的問題并解決問題，具有重要的意義。

綜上所述，大學物理及其實驗是現代社會育人不可或缺的課程，特別對于學習自然科學和工程技術的人更是這樣。因此在大學物理及其實驗的教學活動中，建議任課教師在一開始備課時，就教材中的內容，在分析其難點和重點的同時，分析其中的“育人點”，包括創新精神、科學素養、思維方式、科學方法、審美觀念、三觀樹立、社會責任感培養、規范意識、協作精神、愛國主義情懷等方面。比如說在物理的力學、熱學、電磁學、光學和近代物理中設置如下育人點，可以在大學物理及實驗教學中予以貫穿：

物理分支 知識點 育人點力學 慣性原理 理想實驗的方法，分析問題科學方法熱學 熱功當量 焦耳一生發明幾百種試驗裝置檢驗熱功當量，培養學生的嚴謹科學態度和科學精神電磁學 麥克斯韋方程 體會物理的公式之美，自然的和諧之美，培養學生正確的審美觀光學 小孔成像、光影關系 中國古代學者墨子的著作中有最早的記載，增強學生的文化自信近代物理 放射性、鐳元素的提煉 居里夫人的獻身精神，培養學生社會責任感波粒二象性 正確世界觀培養，辯證唯物精神培養

實踐證明，在大學物理教學過程中，增加育人點，有效地提高了學生學習大學物理的興趣和學習效率，提高了學生對大學物理的感性認識和學習效果。其實學生在學習大學物理的過程，也是學習如何做個高素質公民的過程。實踐也證明，能夠學好大學物理的人，絕大多數都是遵紀守法按規律辦事的人，或者是具有高尚道德愿意為人類竭盡全力服務的人。

[1]單光華.物理科學歷程[M].北京：中國科學技術出版社，2003：157-214.

[2]胡化凱.物理學史二十講[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2009：3-4.

[3]潘伯高.中國古代物理思想的萌芽及主要成就[J].安慶師范學院學報，1992，（1）：49-52.

[4]《國務院辦公廳關于全面加強和改進學校美育工作的意見》[R].國辦發[2015]71號，國務院辦公廳，2015.