文化視角下的工科大學物理實驗教學

李國峰

摘要：大學物理實驗課程的首要功能是進行科學文化教育，其任務本質(zhì)上是推進科學文化的本土化。通過構(gòu)建濃厚的科學文化氛圍、建設以人為本的課堂文化、從科學文化的高度評價教學效果等措施，使學生成長為具備科學文化思維、具有創(chuàng)新能力的人才。

關鍵詞：科學文化；物理實驗；教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0156-03

大學物理實驗作為工科大學一門重要的科學文化基礎課，歷來受到重視。其教學改革，高等教育界從教學觀念、方法、模式、課程設置、實驗教材、教學內(nèi)容、教學手段、教學評價等諸多方面進行了研究，取得了很多積極成果。本文結(jié)合教學實踐，從文化視角探討了工科大學物理實驗教學。

一、大學物理實驗課程的科學文化教育功能

從文化的角度看，大學物理實驗課程的首要功能是對學生進行科學文化教育，使學生自身獲得發(fā)展。“文”，《說文解字》解為“錯畫也，像交文[1]”。“化”，《說文解字》釋為“教行也[2]”。《易經(jīng)·賁卦》首次把“文”和“化”關聯(lián)使用：“觀乎天文，以察時變；觀乎人文，以化成天下”。西漢劉向《說苑·指武》首見“文化”一詞：“圣人之治天下也，先文德而后武功。凡武之興也，為不服也，文化不改，然后加誅。”近代以來，英文culture一詞翻譯為“文化”，英文culture出自拉丁語cultura，意為“種植”、“耕作”和“養(yǎng)殖”。可見，“文化”的本意是通過教化使人得到發(fā)展。

現(xiàn)在，“文化”一般釋義是：人類在社會歷史發(fā)展過程中所創(chuàng)造的物質(zhì)財富和精神財富的總和，特指精神財富，如文學、藝術(shù)、教育、科學等。科技文化則包括科技器物、科學知識、科學思維方式、科學精神和科學道德規(guī)范等；其進步的動力是生產(chǎn)實踐、社會發(fā)展的需要，人類的求知欲、探索本能等；其靈魂是創(chuàng)新，因此科學文化本質(zhì)上是質(zhì)疑與批判。近代以來，科學文化在整個人類社會領域起著決定性的作用，其本意是通過發(fā)展人類認識自然的能力，使人類自身獲得發(fā)展。

物理實驗文化是科學文化的重要組成部分，包括物理實驗技能、物理實驗知識、物理實驗設計思想等，這三者分別可以對應科學文化的科技器物的操作、科學知識、科學思維方式和科學精神。知識與技能屬于較低層次的科學文化活動，思維方式與思想則屬于較高層次的科學文化活動，因此物理實驗設計思想才是物理文化的高級活動，體現(xiàn)了探索與創(chuàng)新。物理實驗體現(xiàn)了大多數(shù)科學實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基礎，在人才的科學素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位。

大學物理實驗課程就是要通過教學使工科學生在科學文化方面得到發(fā)展，通過科學文化對人進行教化，培養(yǎng)學生的探索精神、提高學生的創(chuàng)新能力，使學生成為獨立認知者。具體而言，就是培養(yǎng)能夠解決實際問題的工程師。這就是大學物理實驗課程的科學文化教育功能。

二、大學物理實驗課程肩負科學文化本土化的任務

英國著名科技史家李約瑟（Joseph Needham，1900-1995），1944年10月在浙江大學貴州分校題為《中國之科學與文化》的演講中提出：“問題之癥結(jié)乃為現(xiàn)代實驗科學與科學之理論體系，何以發(fā)生于西方而不于中國也？”[3]李約瑟之問被后人稱作“李約瑟難題”。中國學界常常把“李約瑟難題”理解為“中國近代科學為什么落后[4]”。既然“現(xiàn)代實驗科學與科學之理論體系”產(chǎn)生于西方，那么對于中國來說則屬于外來文化，本土化是必須面對的課題。

縱觀中國歷史，有三次外來文化的傳入對中國產(chǎn)生了深遠影響。第一次是漢代以來佛教文化的傳入。再次是起始于明末清初的傳教士來華，于鴉片戰(zhàn)爭后繁盛的西方近代科學文化的傳入。第三次是俄國十月革命后馬克思主義的傳入。

這三種外來文化的本土化情況各不相同。佛教文化經(jīng)過與中華文化的博弈，通過與中華固有文化的碰撞和雙向融攝[5]，找到了自己的位置，實現(xiàn)了本土化。馬列主義傳入中國后，其本土化可以分為兩個大的階段，第一階段實現(xiàn)了新民主主義革命的勝利，第二個階段是建設具有中國特色的社會主義，中國目前正處于第二階段。科學文化傳入中國后，其本土化過程艱難曲折，遠未實現(xiàn)本土化，甚至還不能說已經(jīng)很好地完成了科學文化啟蒙的任務。

外來文化的本土化必然伴隨著幫助中國問題的解決來實現(xiàn)。佛教文化補充、優(yōu)化了儒家文化，使人們找到了務實、入世的精神寄托，所謂“平時不燒香，臨時抱佛腳”。依靠馬列主義的本土化，中國實現(xiàn)了獨立自主。科技文化的本土化將幫助中華民族實現(xiàn)中國夢，因為要實現(xiàn)中華民族的偉大復興，沒有中國科技文化的復興是不可想象的，這就是在社會主義的核心價值觀當中，“富強”排在第一位的理由。

中國的科學技術(shù)成果大多處于追趕階段，中國社會現(xiàn)在還是科技輸入型社會，而不是世界科技的中心，特別是創(chuàng)新中心。兩個例子能夠很好地證明這一點，一是“錢學森之問”，二是中國本土沒有諾貝爾自然科學獎獲得者。前者實質(zhì)上反映了科學文化遠遠沒有實現(xiàn)本土化，后者則表明科學文化少有在中國的土地上結(jié)出世界范圍內(nèi)獲得承認的果實來，中國在現(xiàn)代科技領域具有原創(chuàng)性的、對世界產(chǎn)生廣泛影響的成果不多，就如馬克思所言：“如果在英國發(fā)明了一種機器，它奪走了印度和中國的無數(shù)勞動者的飯碗，并引起這些國家的整個生存形式的改變，那么，這個發(fā)明便成為一個世界歷史性的事實。”[6]這也是中國“自主創(chuàng)新”科技發(fā)展戰(zhàn)略提出的文化背景。

科學文化在中國未實現(xiàn)本土化的原因有二：一是科學文化與社會體制還沒有很好地融合在一起，二者的博弈就是表征，例如大學去行政化的諸多爭論。二是科學文化還沒有很好地與傳統(tǒng)文化融合。科學文化強調(diào)認識自然、利用自然、征服自然，中華傳統(tǒng)文化則重視尊重自然，與自然和諧相處，講究的是天人合一；科學文化強化的是科學手段和認知能力，重視的是客觀自然，中國傳統(tǒng)文化在乎的是順應自然，重視的是人本身。二者的結(jié)合就是要強化科技力量，但要合理運用，適度運用，在提高認識自然的基礎上、了解自然的基礎上與自然友好相處，二者恰好互補。endprint

如果要實現(xiàn)科學文化的本土化，必須優(yōu)先解決培育現(xiàn)代科學文化的土壤問題。大學物理實驗課程在培育工科大學生的現(xiàn)代科學文化素養(yǎng)方面具有基礎性作用。因此除了實驗本身，還要讓學生了解實驗背后的物理思想、科學思想與精神、科學家的思想和人格魅力等，了解原創(chuàng)思維是如何出現(xiàn)的。從這一層面講，大學物理實驗課程肩負了部分科學文化本土化的任務。

三、大學物理實驗教學推進科學文化教育的措施

1.引導學生正確認識大學物理實驗課程。筆者就某高校所做的研究發(fā)現(xiàn)，學生對大學物理實驗課程的認識還沒有達到科學文化的層次，存在諸多錯誤認識。這些錯誤認識在課堂上的表現(xiàn)有：對于不同于他人的實驗數(shù)據(jù)或者實驗現(xiàn)象時，相當部分的學生會簡單地歸咎為儀器有問題，而不是進行符合邏輯的分析推理，事實上很少是儀器故障；如果是兩個人合作完成的實驗，對于實驗數(shù)據(jù)的取得，要對都對，要錯都錯，相互山寨而不是相互質(zhì)疑、通過討論而取得符合實際情況的數(shù)據(jù)；學生在實驗過程中的求助是本能的、盲目的，而不是思考性的、探索性的；重理論，輕實踐，認為學了相關理論才能做實驗；所學實驗對其專業(yè)無用等。以上所列種種都表明學生還不具備基本的科學文化思維方式。

從科學文化的角度審視學生的這些問題會發(fā)現(xiàn)，學生作為接受者對物理實驗有較為明顯的選擇性。中學應試教育的某些弊端、大學專業(yè)的明顯分野，導致學生對基礎的科學實驗教育缺乏正確認識、對基礎課程的作用理解不深刻。這使得當今許多大學生急功近利，在學習中戴著一幅近視眼鏡去看待所學各門課程，依據(jù)和自己所學專業(yè)的密切程度，把各門課程作遠近親疏之排列，學生只對與其所學專業(yè)直接相關的實驗項目有一定的興趣，這種興趣是功利性的、視野很窄。同時也與以往過分強調(diào)培養(yǎng)學生的動手能力和解決問題的能力、相對忽視科學精神與人文素養(yǎng)的教育有關。

應當引導學生從實驗是否取得數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)是否被老師認可、實驗成績的評定是否符合自己的預期等屬于課程外在的獎勵與懲罰方面提升到科學文化的層面，例如課程所蘊含的觀察客觀世界的角度、思考問題的思維方式、解決實際問題的行為模式等；引導學生對大學物理實驗課程有正確的認識，即基礎實驗提供的是廣泛基礎上的能力，提供的是公共基礎知識、能力、思維、乃至文化，而不是直接為某個單一的專業(yè)服務。

2.構(gòu)建科學文化環(huán)境。大學物理實驗是以實踐為主的課程，其文化氛圍、教學環(huán)境、方式、過程均與理論課有明顯區(qū)別。大學物理實驗的教學必須在特定的文化氛圍中、滿足一定的條件才能達到預期效果。就文化氛圍的熏陶、“環(huán)境造就人”等方面而言，實踐課程對它們的要求更加苛刻。

在美國，那些卓越的老師認為：如果學習對人們的思想、行為和感覺方式不能產(chǎn)生持久的、實質(zhì)性的影響，那么學習就毫無意義可言。[7]筆者認為，如果老師想通過一門課程對學生產(chǎn)生持久而實質(zhì)性的影響，必須基于文化的力量才能做到，我們在實驗室建設和教學中注重運用文化的力量，以此來影響學生的思維模式和行為模式。

首先，構(gòu)建濃郁的科學文化氛圍，包括實驗室環(huán)境、教材、課堂教學等方面，都要有所體現(xiàn)，筆者認為大學物理實驗室是一所工科大學當然的科學文化教育中心。創(chuàng)造有利于科學文化傳播的環(huán)境，激發(fā)學生主動學習的熱情。為學生正確認識物理實驗的地位、作用及理解基礎課程的作用創(chuàng)造條件；通過科學文化環(huán)境的建設，把創(chuàng)新思想理念傳達給學生，使學生認識到，創(chuàng)新是科學文化的基本內(nèi)涵和必然要求，而不是人為的硬性要求。

其次，推進課堂文化建設。課堂更多的是文化熏陶，在于潛移默化地進行影響，所謂“師傅領進門，修行靠自身”。馬克思的一句話十分深刻：“理論在一個國家的實現(xiàn)程度，決定于理論滿足這個國家的需要的程度。”首先解決學生對其需求的問題。使自主學習科學文化的內(nèi)涵、思維方式成為學生的需要。怎樣刺激學生的自主學習？我們的做法是：通過文化的力量來管理學生，使學生從文化上覺醒、學習成為學生的文化自覺。

以學生為本，教師的作用只是引導。教師引導大學生融入科學文化，培養(yǎng)學生的質(zhì)疑精神。學生的課堂學習過程類似于現(xiàn)實中的科研過程，實質(zhì)是前者模擬后者，從而調(diào)動學生的主動性、積極性和學習自然科學的興趣、好奇心。引導學生對科學文化有正確的認識，并能夠做出恰當?shù)脑u價，科學是神圣的，但不能迷信。筆者認為：對具體科學規(guī)律的超范圍實用就是迷信，要形成正確的鑒別能力，敢于質(zhì)疑。

再次，取消課程考試。把精力放在平時的學習上，增強探索過程，弱化學生對考試結(jié)果或者考試本身的期望與關注。平時的教學過程中注重科學文化思想教育，注重科學文化素養(yǎng)的培養(yǎng)。

第四，加強師生互動。教師與學生及時有效互動，掌握學生的認識與動態(tài)，除了指導過程中的隨機交流，每學期還舉行一次多于30名學生參加的師生座談會，進行師生談心、互評，再總結(jié)提高。

3.從科學文化的角度評價教學效果。大學物理實驗課程是否達到了預期的效果，從文化的角度看有下列幾條標準。

首先，學生是否接受了基本的實驗思想，是否能對實驗做出判別、評論，例如各種方法的適用范圍、優(yōu)劣等。

其次，學生是否具備科學實驗的思維方式。例如學生是否能夠理解每個實驗要解決什么問題，解決問題的途徑與手段是什么，解決問題的效果如何，并把這些思維方式遷移到其他工程實際中去。例如：能夠依據(jù)某些科學原理，設計實驗設備，解決某個實際工程問題，并對解決的效果做出評價，包括付出的成本、達到的精度等。

再次，學生是否融入科學文化中。學生是否對相關領域的前沿進展保持興趣，可以作為其是否融入科學文化的一把標尺。例如，通信等專業(yè)的學生對量子通信有無了解，如何認識；材料等專業(yè)的學生對反常量子霍爾效應如何認識等。

四、結(jié)語

從文化的角度開展大學物理實驗科學的教學，將會取得如下效果：有助于學生對科學文化形成正確認識，達到育人的目的；真正使大學生成為掌握科學文化的群體，具備創(chuàng)新能力；為科學文化的本土化打下堅實的基礎。endprint

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[7]肯·貝恩著.明廷雄.如何成為卓越的大學教師[M].彭漢良，譯.北京大學出版社，2007：17.

Abstract：The primary function of the university physics experiment course is to carry on the science culture education，its mission essentially promotes the localization of the science culture. Through the construction of a strong scientific and cultural atmosphere，the construction of people - oriented classroom culture，from the scientific and cultural evaluation of teaching effectiveness and other measures to enable students to grow into a scientific and cultural thinking，innovative ability of talent.

Key words：science and culture；physical experiment；teachingendprint