物理学对培养文科类大学生科学素养的实践与探索

[摘 要]物理学是整个自然学科的基础，更是现代工业技术的源泉。随着科技的发展和社会的进步，文理科相互渗透、学科相互交叉是现代高等教育发展的大势所趋。要进一步加强对文科物理实验的教学实践摸索，通过对文科物理的学习可开阔文科学生观察自然科学和技术科学的眼界，促进自然科学与人文科学的融合，提升文科学生的科学素养，培养文理兼通的复合型人才。

[关键词]文科物理 科学素养

[中图分类号] G642.3[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0071-02

一、引言

物理学是整个自然学科的基础，更是现代工业技术的源泉。大学物理课程是理工科各专业的一门重要的必修基础课。随着科技的发展和社会的进步，文理科相互渗透、学科相互交叉是现代高等教育发展的大势所趋。社会对人才的素质提出了越来越高的要求。作为一所地方工科院校，必然要培养文科类大学生具备相应的自然科学素养。

二、物理学对培养大学生科学素养的独特作用

以培养综合型、有素质、有创新意识人才为目标的高等教育改革一直都在深入进行着，其中一个重要趋势就是尽可能消除文理科的隔阂，在教学中体现技术、科学和人文社科类学科的融合，培养文理兼通的人才。大学物理实验是学生系统学习科学实验设计思想、方法和技术的入门基础课程，是大学生受到系统实验方法和实验技能训练的开端，是素质教育和创新能力培养的基础，有利于人文教育与科学教育的融合以及复合型人才的培养，也有利于学科的综合发展及形成交叉学科。

从提升学生科学素养的角度来看，大学物理及物理实验课程具有其他学科不具备的两个特殊作用。第一个特殊作用是扩充学生的知识面。因为物理学是自然学科的基础，涵盖力学、电磁学、热力学、光学、原子物理学等，每一次工业革命，都极大地推动了生产力和社会的变革，现代高新技术，如核能发电、激光技术、纳米技术，等等，都是以物理学的成果为基础的。第二个特殊作用是探究方法的熏陶。在物理学发展历程中，积累了很多科学的思维及研究方法，如类比法、归纳法、实验法、反证法等，物理学的这些思维模式及研究方法已经渗透到经济学、法学等众多文科学科之中，对文科类大学生科学素养的提升及科学研究能力的积累起到了潜移默化的作用。由此可见，物理学是非常适合对文科大学生进行科学素养通识教育的学科。

三、我校开设文科物理实验的做法和体会

湖北工业大学是一所以工学为主，覆盖工、文、理、艺、经济、管、法和教育等八大学科门类的多科性大学。学校创建于1952年，1984年由原湖北轻工业学院和原湖北农业机械专科学校合并组建而成，被省委省政府定位为“在湖北省高教体系中起龙头示范作用的、水平较高的骨干大学”。2012年成为国家“中西部高校基础能力建设工程”高校，肩负着为国家培养具有坚实的工科背景的各类建设人才的重任。

2012年秋季，我校提出了 “721”人才培养模式改革。“1”即拔尖创新人才的培养，通过学院、学校选拔，着力培养10%比例的优秀人才; “2”即一专多能、复合型人才的培养，学生在自主进行双学位、辅修专业学习的同时，学校要有目的性地设计一些专业供学生选择和学习，比如“统计+金融”、“电气+机械”等，让学生毕业时具备一专多能，成为多面手; “7”即创新创业和实践动手能力的培养，将70%的学生培养成为具有扎实的工科背景的应用型人才。不管是哪一类人才培养，都离不开科学素质的提升和动手能力的提高。为此，我们于2012年春季开始，在文科类学生中开设了“物理与艺术”理论课及“大学物理实验”课程。考虑到文科学生特点：物理理论知识相对薄弱，思维方式是靠直觉、灵感、顿悟。

2012年3月，我校第一次以公共选修课的形式开设“文科大学物理”课程。经过反复比较，我们选择了高教出版社出版的倪光炯、王炎森先生编写的《文科物理——物理思想与人文精神的融合》作为教材，适当加入一些专题讲座素材。第一次讲座适逢日本大地震一周年，我有意安排《核能及安全利用》作为讲座内容，比较详尽地讲解了核能利用的基本原理、核能利用的高效性及安全性，并讲解了几例典型的核安全事故，吸引了近200名学生。在讲授狭义相对论内容时，我首先告诉学生：相对论并不神秘，其实就是运动的相对性，只不过是在高速运动的领域。接着有意地用一、二、三、四点加以归纳（一就是谈论高速领域运动的相对性这个中心，二就是爱因斯坦的两个假设，三就是洛伦兹坐标、时间、速度三个变换公式，四就是相对论的四个效应），这样学生记忆起来就非常方便。在32个学时的讲座中，适时加入《纳米技术》、《飞行器与航天技术》、《激光技术》等八个专题讲座。并把课件及相关视频资料放在校园网上共享，让学生们下载学习。这些课程很受文科学生的欢迎。通过这些课程的学习，文科学生扩大了知识面，提高了思维能力。

物理学是整个自然科学和现代技术发展的基础，它以实验为基础，而演示实验是最直观有效、形象生动的实验教学形式。通过物理演示实验，学生能更好地理解物理概念、掌握物理规律、培养实验技巧、提高创新能力。物理的创新成果都源自于实验。因此，物理演示实验教学应成为培养学生综合素质的重要环节。

2012年秋季，我们第一次开设了“文科物理实验”课程，由于没有相应的教学模式可以照搬，我们采取边实践、边总结的办法，以选修课的形式面向全校文科类学生开设。

我校大学物理实验课程是校级重点课程，大学物理实验室已经建设成为湖北省高校实验示范中心，可开设29个基础物理实验、10个近代物理实验、5个设计性实验。

最初我们开设的是实验原理相对简单、实验方法比较直观、生活中会应用到又能体现物理思想和规律的典型实验，例如液体表面张力实验、多普勒效应测量声速实验等。当文科学生通过细铁丝挂起一幕水帘时，欣喜地看到液体表面存在的张力;当他们从实验中观测到声源与观测者之间有相对运动时，测到的频率会发生变化，马上联想到高速公路上测量超速的问题。原来，我们的身边处处都有物理知识。

经过一年的教学实践，我们又把一些经典的近代物理实验加入进来，让文科类学生感受物理学发展中的一些典型史料，进一步提高文科学生的科学素养，培养他们的物理精神和科学思想。例如密立根油滴实验，虽然该实验验证的是电荷的不连续性，涉及量子物理理论的范畴，但是该实验原理简单易懂、操作方便。当学生们看到油滴的运动就好像夜幕中一颗颗亮闪闪的星星时，非常兴奋。我们在课前向学生介绍：密立根油滴实验被美国《物理学》杂志评为20世纪十大最美物理实验第3名。做完实验，不少学生感叹：原来最美丽的实验并非是原理最深奥、仪器最复杂的实验，只要实验设计思想巧妙且探究出了一般人不容易挖掘出来的物理规律，就是最美丽的实验。再如迈克尔逊干涉仪实验，这个实验属于示范性实验，教师一边进行实验示范一边讲解这个实验最初的目的。当了解到这个实验是1883年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷为寻找“以太”的漂移而设计的，前后花了38年时间，可是最后却否定了“以太”的存在，从而奠定了狭义相对论的实验基础，学生们都不由发出感叹。通过对物理学史、物理学方法论的渗透介绍，对文科学生进行实事求是、严谨创新的科学态度和热爱科学、尊重科学的科学精神的教育，他们都认为通过该实验的学习，能够充分体会到物理实验科学家的钻研精神以及科学实验的思想之美，充分认识到严谨的科学态度以及科学思维的重要性。

四、结束语

我校自2012年开设“物理与艺术”、“文科物理实验”以来，受到了广大文科生的欢迎，说明它们是富有生命力的课程。文科大学生人数众多，在今后的教学实践中，我们要进一步加强对文科物理实验的教学实践探索。通过对文科物理的学习可开阔文科学生观察自然科学和技术科学的眼界，促进文科学生加强自然科学与人文科学的融合，提升文科学生的科学素养，培养文理兼通的复合型人才。此外，学生们在学习物理学知识中了解一些影响历史进程、推动社会发展的物理学家的生平及趣事，促使他们把物理学与经济学、金融、营销、文学等学科联系起来。把物理学与这些学科融合起来，有利于将实验课程开展得更加合理、更具规范性，使实验更具有自主性和探索性，进而培养文科学生的理性思维和实践能力，促进文科学生全面发展、和谐发展、可持续发展。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 蒋逢春，艾宝勤.浅谈开设文科物理课程的实践及意义[J].教育与职业，2007（3）.

[2] 张淳民.大学物理[M].西安：西安交通大学出版社，2004.

[3] 倪光炯，王炎森，钱景华，等编著.改变世界的物理学[M].上海：复旦大学出版社，1999.

[责任编辑：覃侣冰]

[收稿时间]2014-12-29

[基金项目]地方高校文科大学生科学素质提升的探索与实践;湖北省教育科学规划领导小组2014年立项课题（课题编号：2014B066）。

[作者简介]别业广（1964-），男，湖北仙桃人，本科，副教授，从事大学物理理论教学及研究。