基于文化开展物理教育的价值分析及其注意问题＊

陈 华

（台州广播电视大学，浙江 台州 318000）

国外有专家尖锐指出：“没有物理修养的民族是愚蠢的民族.”［1］这不仅是针对物理学在自然科学中的地位与物理学在技术发展中的作用而言，而且是就物理学在健全人的心智方面的作用与有利于社会可持续发展等方面的影响而说.然而在我国物理学从普通中学后的各类教育中却不断退出，在以电大系统为代表的成人高等教育院校，各理工类专业基本上不再设置物理类课程；高职类学校物理课程也基本上被“实用”课程所替代，目前高职类学校试行“任务推动”与“就业导向”式等教学改革，使物理课程更加边缘化；在普通高校除物理专业（也在受就业问题影响）外，物理课程也被各种各类新兴的时髦课程所挤压，即使在一些开设物理学类通识课程的本科院校，也因为缺乏对通识课程的本质认识而被形式化.物理学在各类高等教育中的不断退出，与笔者在成人学员物理文化素养调查中的结论，“学校仍应是物理文化传播的主要渠道”［2］相悖，这里既有受当下社会价值观的影响，也与物理教育工作者对物理教育的认识有关.对于前者笔者相信会随着社会的进步而得到改变，而后者则需要物理教育工作做出努力.本文欲从文化的角度分析物理教育的价值，以期对当前各类高校中的物理教育，尤其是对基于通识教育的物理教育能起到抛砖引玉的作用.

1 基于文化的物理教育

国际纯粹物理与应用物理联合会在其编辑的《物理2000——进入新千年的物理学》一书中，对20世纪的物理教育目的提出了质疑.认为“如果物理教育是为更多学生的全面发展服务，那就应当重视物理学家的工作成果在社会上、技术上的应用；重视物理学的哲学和物理学史；重视蕴含于我们文化之中的物理学方法；重视物理学家这个专业群体的特点，如支持、贡献社会的方式等.”［3］这就要求物理教育工作者，不仅从知识教育的角度思考物理教育问题，而且需要从社会、哲学、历史和物理学家群体的特点等更广泛的视角思考物理学的教学内容、内容组织和教学方法，把物理学从单纯的知识教育提高到文化的层面去教育.在笔者看来，这即是基于文化的物理教育.

对于物理学等自然科学的文化品性，物理学家及其他自然科学家以他们特有的研究经历对此早有感悟.百科全书式人物皮尔逊就认为：“近代科学因其训练心智严格而公正地分析事实，因而特别适宜于促进健全公民的教育.”［4］爱因斯坦也曾说过：“科学对于人类事务的影响有两种方式.第一种方式是大家熟悉的：科学直接地，并且在更大程度上间接地产生出完全改变人类生活的工具.第二种方式是教育性质的——它作用于心灵.尽管草率看来，这种方式好像不大明显，但至少同第一种方式一样锐利.”［5］费曼则直述物理学是真正的文化，他说：“我讲授的主要目的，不是为你们参加考试做准备——甚至不是为你们服务于工业或军事做准备，我最想做的是给出对于这个奇妙世界的一些欣赏，以及物理学家看待这个世界的方式，我相信这是现今时代里真正文化的主要部分.也许你们将不仅对这种文化有欣赏，甚至也可能你们会加入到人类理智已经开始的这场伟大的探险中去.”［6］

随着人们对物理学等自然科学所蕴涵的文化意义的深入认识，物理文化的研究也进入物理教育学界的视野，出版了一些物理文化及其教育的专著.近年来，关于物理文化的研究已成为一些物理教育方向研究生的研究课题.基于文化的物理教育，不仅在于发掘物理学内在的文化品性，而且将物理学置于广阔的人类文化之中去考察，使学生能像物理学家那样欣赏物理学，发现物理学与人类文化的关系及其对人类文化的影响.可以断言在物理教育中，物理文化教育将从隐性变为显性，物理教育将从基于知识的教育变为基于文化的教育，使物理学作为人类的优秀文化让绝大多数学生接受，提高学生的科学素养，增强抵御迷信和伪科学的能力.

2 基于文化的物理教育价值

基于文化的物理教育，其基本特点不仅基于物理学自身的文化特质，而且基于物理学与人类文化方方面面的联系，从而一改物理学抽象、冷峻和难学的面貌，拉近学生与物理学的距离.这种广泛的联系，使物理学“有机化”，产生超越物理学认识自然和创造物质的成就，给我们带来源自于物质世界本质的启示，其中蕴涵着丰富的教育价值.

2.1 提高认知能力

在物理学的发展中，形成的一套探究自然的方法，以及在其方法之上形成的物理思想，是人类最高智慧的结晶.尽管我们不能保证运用它们不受文化及其个人偏好的影响，使人类不再走弯路、犯错误，但它们总能使我们不断前进，不仅获得关于自然的客观知识，同时启发人文科学的发展，是可能解决人类生存基本问题的最有效的工具.物理学家玻恩曾说过：“我曾努力阅读所有时代的哲学家的著作，发现了许多有启发性的思想，但是没有朝着更深刻的认识和理解稳步前进.然而，科学使我感觉到稳步前进：我确信，理论物理学是真正的哲学.”［7］赵凯华先生也认为，现在回答“什么是物理学？已很困难，物理学更多的是体现出一种智慧，物理学中有一套最全面有效的科学方法”［8］.基于文化的物理教育以知识教育为载体，重视物理知识获得的思想方法、途径教育；重视物理知识内禀的思想方法教育，并结合历史上物理学曾经给人类的生活和思想带来影响的案例，阐明物理学思想方法的意义和作用.因此基于文化的物理教育将跳出常规物理知识本位教育的窠臼，将物理学与其他学科联系起来，与技术、社会联系起来，拓展学生的认识视野，发现自然和社会的共性、社会发展对自然的依赖，以及社会区别于自然的特殊性与复杂性，从而有效地提高学生的认识能力.

2.2 培养创新思维

由物理学史阐明的物理学的曲折发展历史，与物理学不断向宇观、微观探索发现自然的物理图景，以及物理学以其知识和思想方法在化学、生物学、地球学，甚至在人文学科的渗透产生的边缘学科，反映着物理学家及其有物理学背景的学者具有超常的创造性，这种创造性源自物理学发展的求真本质，据一些学者的不完全统计，20 世纪中叶以来，具有物理学背景者，在获得诺贝尔生理及医学奖者中约占60%，化学奖获得者中占50%以上，在经济学获奖者中约占50%，而相反的情况几乎没有发生［9］.为了求证物理学家不断的探询事物背后的原因，怀疑已有知识的可靠性，有着哲学的追溯精神，但比哲学多了证实的精神，因此他们总能在寻求原因与证实之间有新的发现，产生新的探索.即使在物理学发展最顺利的时候物理学家仍十分关注存在的疑点，开尔文就曾在19世纪末，物理学发展最顺风顺水的时候，特别指出飘浮在物理学晴空中的“两朵小小乌云”，结果“两朵小小乌云”在不久以后竟给物理学带来革命性发展，产生相对论与量子力学.物理学家从不满足于已有的物理理论，牛顿、爱因斯坦等著名物理学家，都曾说过自己的理论不是最后的理论，这不仅是谦虚，而更是来自对自然的敬畏产生的客观.基于文化的物理教育会在物理知识教学的过程中，重视体现物理学的这种怀疑精神的教育，让学生理解物理学家为了物理学的不断进步，是如何“尽可能快地证明我们自己错了”［10］，以鼓励学生发现问题，培养学生的创新思维.

2.3 形成科学态度

科学态度是一种面对知识的认识态度，是对知识生产过程及其证实的态度.默顿认为“科学的制度性目标是扩展被证实了的知识”［11］，为此科学虽然没有明文规定，但可以从科学家的道德共识中找到“普遍主义、公有性、无私利性以及有组织的怀疑态度”［11］四个方面的科学研究规范，它们是科学态度的基本组成要素，是外显的科学精神，因此默顿称它们是“构成了现代科学的精神特质”［11］.知识与人及环境无关和可重复证实的信仰是支撑它们的准则，这在物理学中无疑表现得犹为清晰与突出.费曼曾就如何寻找一条新定律时说：“若猜想与实际不符，则所猜想的定律是错了.不论你的想法有多么美，不论你多么聪明，更不论你名气有多大，只要与实验不符便是错的.简简单单，这就是科学［10］.”科学态度内禀了物理学研究的诚信原则，费曼认为科学家“不能欺骗自己”［12］，它是科学家的第一条准则，是科学家需要固守的科学品德，是科学研究的公平与自由原则的前提.基于文化的物理教育，重视物理学知识的获得过程及其与经验的关系，而不是知识本身的体系与逻辑；重视分析物理学家对自身研究过程的朴素阐述，而不是简单地利用其他人的研究评述；重视学生个别化的物理知识再探，而不是止于教科书式的物理知识的简单复述，因此有利于形成学生的科学态度.

2.4 涵养科学精神

爱因斯坦通过对科学和宗教信仰的考察认为“没有人怀疑我们正在面临一种因果关系，其中构成原因的成分大体上已为我们所知.人们不能对这个领域发生的事情进行精确的预测是因为起作用的因素的多样性，而一点也不是因为自然界中缺乏秩序……一个人越是深信所有事件的既定规律性，他就越坚信：除了既定规律性之外，不存在不同本性的原因.对他来说，无论是人类的统治还是神的统治都不会作为自然事件的独立原因存在.”［12］因此，“科学不仅除去了宗教冲动中拟人化的杂质，而且也有助于我们理解生活的宗教精神方面.”［12］所谓科学精神就是这种坚信自然界的运动、变化与发展符合科学规律，建立起对科学世界图景的信仰.因此科学精神也是一种世界观，它为科学态度所生产的知识的真理性及其反映的自然界的客观性、有序性和可理解性等所支撑.科学精神不仅没有宗教等其他信仰所具有的排它性，而且有利于人们对其他信仰的理解，这也是源于对科学态度所生产的知识的自信.基于文化的物理教育，通过物理知识的生产和运用过程，让学生理解物理知识的客观性；通过物理规律对物理现象的解释，建立学生关于自然的有序性与可理解性的观念；通过在物理学与人文文化之间架设的桥梁，启发学生体会物理学与人文各方面的联系，涵养学生的科学精神.

2.5 启发文化反省

自20世纪50年代中期斯诺提出“两种文化”的冲突以来，西方两种文化的冲突不仅没有停止，到20世纪末反而发生了震惊西方世界的“索卡尔事件”，引发了西方社会“科学与人文”之间的公开论战.然而这些在我国并没有引起多少涟漪，大多数中国人仍抱着张之洞先生的“中学为体，西学为用”的观点，近年国内的“中医废存之争”只是中西文化之争的表现，科学与人文反而尚且“相安无事”，笔者觉得正是这一点需要进行文化反思.中国文化是世界上少有的绵延几千年的文化，然而近代科学并没有在中国产生，而且是在15世纪及之前科学技术一直领先于世界的情况下发生.对此疑问最早出现在1732年法国教士巴多明与其国内科学界的几封通信中，到20 世纪40年代经李约瑟再提出，引起世界科学史界的关注，被学界称为“李约瑟之难（问）”，其间像冯友兰、梁漱溟等著名文人都曾尝试讨论过这个问题，也引起像竺可桢、杨振宁和爱因斯坦等国内外著名科学家的注意，并先后表达看法.尽管对“李约瑟之难”是否有意义，在史学家中持有不同态度，但因这涉及中西文化比较，因此即使得不出最终结果，其过程本身就有现实意义.从已有的讨论或研究中，可知通过中西文化的比较，在物理学领域会回溯物理学之源，引起对中国古代物理知识、物理学发展史和物理学思想的阅读、整理与反思；对中国古代物理实验（或相关物理实验）仪器、设备和方法的复原与重探；讨论中国古代文化对物理学发展的影响，甚至分析中国传统文化对学生学习物理知识的影响等，这些通常被常规物理教育所忽视的内容，正是基于文化的物理教育及其自然的教学资源，它们或可作为教学内容或可开设专题讲座，因此基于文化的物理教育将启发学生进行文化反省.

3 基于文化的物理教育要注意的问题

受物理学难学的影响，难免将基于文化的物理教育简单地理解为简化物理知识的教育，其实本质还是物理知识本位的物理教学.这直接导致基于文化的教育换汤不换药，在观念、教学内容及教学方法上不能产生本质上的变化，从而丧失基于文化的物理教育的价值.目前某些普通高校通识课教育出现的尴尬无不与此有关.因此在实施基于文化的物理教育时，需要注意以下几个问题.

3.1 基于文化的物理教育不是对物理知识的稀释

基于文化的物理教育是“把物理学当作人类的奋斗历程”［14］，从历史、哲学、社会和生活的意义来介绍，而这些正是传统物理教学中所缺少的，它的目的在于提高学生的科学素养.在生活中我们并不难发现有科学知识而缺少科学素养的人和事，就在20世纪80年代，我国曾掀起一股特异功能热，一些知名的科学人也曾在其中推波助澜.因此基于文化的物理教育，不仅非物理专业的学生需要，就是对理工科，甚至物理专业的学生也有需要.它既可以教育人文学科的学生，不要站在科学之外批评科学，防止他们受人文主义影响而形成反科学倾向；可以教育理工学科的学生，人文修养有助于拓展专业视野，防止他们受科学主义的影响而成为狭隘的科学或技术工作者.

3.2 基于文化的物理教育需要物理实验的配合

当前物理学的通识教育较多地延续传统的讲授教法，并把做练习当“实践”，忽略了对物理实验的教学.在物理学中，物理实验不仅可以证实知识（这本身就是个复杂的体验过程），而且还能发现物理知识的适用边界，发现新的物理现象.因此尽管物理学的数学化程度很高，但本质上仍是一门实验科学.科学史家萨顿认为：“倘若能通过个人实验来认识一个事实，它会比一百个靠死记硬背学到的事实更加有价值……”［15］因此物理实验是物理学习不可缺省的环节，也是基于文化的物理教育所必须的.对此德国奥尔登保大学的做法值得借鉴，他们在对物理师范生的教育过程中，要求学生完成12 个必修实验，其中5 个来自物理学史.在他们向学生开放的物理实验室中，有专门的实验仿制品收集室，收集了若干著名的或有意义的历史实验的原型和相关实验记录，供学生在进行仿制实验时参考［16］.这样的物理实验教育，自然能将文化融入其中.

3.3 基于文化的物理教育要组织做好分组讨论

分组讨论不仅是学生物理知识很好的运用途径，而且通过分组讨论有利于加深学生对物理学与方方面面联系的思考.对于讨论，（1）要安排有指导教师.指导教师不足可以聘任高年级的优秀学生或在校研究生担任；（2）要规定时间.通常每周应安排一个下午；（3）要考虑合适的组织形式.讨论可以有主报告人，也可以轮流发言等，每次讨论要递交具体的讨论记录及相关材料，以便组织报告会交流；（4）要有明确的主题，题目可以是教师确定也可以由学生自选，但要考虑课程内容、社会热点和学生关心的问题三方面因素的结合.

除上述注意问题外，基于文化的教育要体现其教育价值，还需要认真设计好它的评价方式.在我们的传统中，评价多是作业＋期末考试的形式，现在已出现写小论文等形式，评价呈多元化、个别化趋势.基于文化的物理教育的考试，因为要突出其“文化性”，需要侧重从文化的视角考查学生对物理学的理解程度和运用能力，评价学生的科学素养，因此写小论文这种具有综合、灵活性和个别性特征的评价方式相对比较合适.德国奥尔登保大学的评价方式是学生可以选择一个历史主题（通常围绕着一个实验）作为期末考试的题目［16］，这种融文化和实验于考试之中的选题方式，也值得我们的小论文评价方式参考.

［1］吴加澍.对物理教学的哲学思考［J］.课程·教材·教法.2005，25（7）：64

［2］陈华.关于成人学员物理文化素养的调查分析［J］.吉林广播电视大学学报，2010，（11）：20

［3］保罗·布莱克.新千年的物理教育［A］.赵凯华等译.国际纯粹物理与应用物理研究会.进入新千年物理学［C］.北京：北京大学出版社，2000.79～84

［4］皮尔逊.科学的规范［M］.李醒民译.北京：华夏出版社，1999.12

［5］爱因斯坦.爱因斯坦文集［M］（第三卷）.许良英，范岱年译.