前沿物理教学在文科物理教学过程中的成效分析

欧阳秋云　齐立红　李春燕　刘永军　陈玉金

摘要：长期以来，物理教学尤其中学物理教学中，往往忽略了前沿物理，这导致了物理教育的“片断化”，学生只知物理学的昨天，不知物理学的今天，也不见物理学的明天。本文结合自己从事文科物理教学的经验，给出了前沿物理教学的几种方式，并分析了在文科物理课堂上进行前沿物理教学的成效。

关键词：文科物理；前沿物理；成效分析

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0251-02

一、前沿物理教学的现状

一般来讲，物理知识分为经典物理和前沿物理（即现代物理）两大部分，这两大部分知识各有其独特的思维方法和研究思路[1]。经典物理学更多地表现为一种控制逻辑，体现的是“知识即工具”这一理念；而前沿科学研究特别是纯科学研究体现的是对前人的质疑与超越[2]。但长期以来，物理教学尤其中学物理教学中，往往忽略了前沿物理，这导致了物理教育的“片断化”，物理教育成了物理“断代史”的教育，使学生只知物理学的昨天，不知物理学的今天，也不见物理学的明天；而且造成了学生对物理学的许多错误认识，比如认为物理学对科技的贡献只属于过去，物理学科已经趋于完备、已经没有什么发展的余地等等[3]。

二、在大学文科物理课堂上进行前沿物理教学的方式

文科学生基础差，底子薄，对物理有一定的畏惧心理。那么如何在文科物理课堂上进行前沿物理教学呢？具体方式如下：

1.结合物理学。物理学史可分为古代物理学时期（从远古—16世纪中叶）、经典物理学时期（16世纪中叶—19世纪末）和现代物理学革命时期（20世纪—现在），现代物理学革命时期又分为三个阶段，即第一阶段（1905—1931年）：相对论和量子概念的创建和应用阶段；第二阶段（1932—1954年）：亚原子物理学阶段；第三阶段（1955年至今）：亚核物理学即宇宙物理学阶段。例如电磁学历史，丹麦物理学家奥斯特，由于坚信电磁之间的联系与统一，对物理实验有浓厚的兴趣，以及严谨的科学态度，而发现了电流磁效应。英国物理学家法拉第和奥斯特一样也深信各种“自然力的统一性”，并追求这种统一，经过十余年的艰苦努力，终于找出了电磁感应定律。在法拉第工作的基础上，麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，实现了物理学史上的第三次大综合。电磁波的发现轰动了整个物理学界，全世界许多实验室投入了对电磁波性质及其应用的研究。在赫兹宣布他的发现后不到六年，意大利的马可尼与俄罗斯的波波夫分别实现了无线电波远距离传播，并很快投入实际应用。无线电报、无线电广播、无线电话、传真、电视以及雷达等无线电技术像雨后春笋般地涌现出来，近几十年来，又实现了遥控、遥感、遥测、卫星通信等，从此人们进入了信息化时代[4]。

2.结合现代生活。物理现象和规律大部分来自于生活，又必将服务于生活。人们日常生活的各个方面，以及现代高科技的前沿问题都与基础物理的研究有关。因此给学生讲解前沿物理知识时应当联系生活实际[3]。例如现代生活中，一些家用电器包括计算机、电视机、微波炉、电磁炉、手机等都会产生电磁辐射。那么何谓电磁辐射？电磁辐射会产生哪些危害以及如何预防呢？电磁辐射是指能量以电磁波的形式在空间传播的现象。电磁辐射产生的危害如下：（1）可能会诱发儿童患白血病；（2）可能会导致儿童智力残缺；（3）对于成年男子来说，可能会导致精子质量下降（4）对于孕妇来说，可能会导致胎儿畸形；（5）可能会导致人体癌细胞增值；（6）可能会引起人体视力下降，使人得白内障；（7）可能会影响人的心脑血管系统[5，6]。预防电磁辐射的方法如下：（1）电器摆放不要过于集中。在卧室中，要尽量少放，甚至不放电器；（2）电器使用时间不宜过长，尽量避免同时使用多台电器；（3）注意人与电器的距离，能远则远；（4）尽量缩短使用电剃须刀和吹风机的时间；（5）长时间在计算机前工作时，最好穿上防辐射服；（6）对于电磁辐射较大的家用电器例如微波炉和电磁炉，可使用防护罩；（7）要正确使用手机：①手机接通瞬间释放的电磁波容易产生不好的影响，所以手机响时，几十秒后再听手机；②在使用手机时，可以采用手机专用耳机，实现远距离使用是比较有效的办法；③尽量减少通话时间，最好左右耳朵轮流听；④休息时不要将手机置于枕头边；⑤手机不用时最好放在包里，但不要放在胸前的口袋中，也不要直接挂在胸前。[5，6]

3.结合社会热点问题。社会热点问题包括交通运输、环境污染与保护、能源危机以及新能源等问题。如果将前沿物理知识与社会热点问题相结合，势必激起学生的广泛关注和积极参与，并且能够培养学生的社会责任感。我们现在的能源结构主要以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，然而化石能源是有限的，不可再生的，并且对环境污染严重。在现实世界里，不可再生的资源绝不会真的完全用尽，而是随着资源的逐渐枯竭，它变得越来越难开采，于是产量下降，导致市场短缺，价格上涨。持续短缺和价格上涨最终使这些资源变得如此昂贵，以至于实际上被淘汰[7]。将来的能源结构将会以风能、水能、太阳能、地热能、生物体能等可再生能源为主，虽然只有水电和生物体能源对今日的可再生能源有较大的贡献，但是，其他可再生能源正在迅速增长，在将来可能为我们提供更多的能量。每一种能源都有其自身的缺点，但是一般来说可再生能源的缺点比化石能源或核能少[7]。

三、前沿物理教学后的成效分析

1.有利于提高学生的学习兴趣。文科学生在高中开始就实行了文理分科，他们中大部分学生物理基础较差，有些人曾经惧怕物理、讨厌物理，针对这一情况，就要想方设法激发文科学生的学习兴趣。在教学内容设置上引入一些生动有趣的前沿物理知识后，文科学生不再感觉物理枯燥无味，对物理产生了极大的兴趣。有个学生甚至想报考物理方面的硕士研究生，但是由于文理科不能跨专业报考硕士研究生，最后放弃了。现在国家教育政策进行改革后，高中不再实行文理分科，对学生的全面发展将是有利的。endprint

2.有利于开阔学生的视野，形成正确的科学观。物理前沿知识中有大量说明科学相对性、不确定性的事例，如果将其渗透于教学中，能够使学生开阔视野，启迪他们质疑旧的科学观，逐渐形成具有现代意蕴的科学观[3]。例如离心运动，长期以来人们一直认为存在一种离心力使物体发生离心运动。学完离心运动之后，学生明白了根本不存在离心力，离心运动其实是由于物体具有惯性。任何事情都具有两面性，离心运动同样有利有弊。离心运动有利的一面是：利用离心运动可以做成洗衣机的甩干桶，将衣服甩干；利用离心运动可以制作小朋友喜欢吃的棉花糖。离心运动的弊端是：在高速公路拐弯处，如果汽车速度过快就会产生离心运动，将会造成交通事故；高速旋转的飞轮、砂轮的离心运动将会对周围的人产生很大的危害。

3.有利于学生学以致用。学完电磁学知识后，很多学生告诉我使用手机时多用耳机可以减少电磁辐射。学完离心运动后，学生能够解释洗衣机的甩干桶利用的是离心运动的原理，在高速公路上行驶的汽车在拐弯处要放慢速度是为了防止离心运动发生。学完光学知识之后，学生知道了3D立体电影图像是如何形成的。即用两台摄像机仿照人两只眼睛的不同视角同时拍摄，在放映时以两台投影机同步放映至同一屏幕上，供左右眼同时观看，从而产生立体效果[8]。

4.有利于学生正确认识物理学与人文学科的关系。好的文学能描述出隐藏在人类感情及行为背后，最深不可测的内心自我（或他我）的情操。而一位好的物理学家则会看到隐藏在普天下美妙神奇万物后面的自然界的“自我”，会看到一个除肉眼能看到的世界之外的一个更为广阔的世界。许多古诗词句中蕴含着一定的物理现象和规律，例如，李白在《望天门山》一诗中写道：“两岸青山相对出，孤帆一片日边来”，这两句诗中蕴含着相对运动的知识。物理学史就是一部人类的奋斗史，培根曾经说过：“史书使人明智，科学使人深刻”，李约瑟曾经说过：“如果我们不了解过去，也就没有多少希望掌握未来”。物理学最初就被称为自然哲学，“世界是由物质构成的，一切物质都在不停地做无规则运动”，这其中就包含着一定的哲学道理[4]。

在大学文科物理课堂上进行前沿物理教学，可以采取结合物理学史、结合现代生活、结合社会热点问题等方式进行。通过成效分析可以发现：在大学文科物理课堂上进行前沿物理教学后，有利于提高学生的学习兴趣；有利于学生学以致用；有利于开阔学生的视野，形成合理的科学观；有利于学生正确认识物理学与人文学科的关系。

参考文献：

[1]冯爽，李富强.新课改中前沿物理知识教学的问题与反思[J].北京教育学院学报（自然科学版），2008，3（3）：34-37.

[2]古乾玉.小议新课程改革中的前沿物理教学[J].新一代，2011，（1）：93.

[3]欧阳秋云，李春燕，齐立红，姜海丽.前沿物理走进大学文科物理课堂[J].中国科教创新导刊，2012，（14）：103-104.

[4]倪光炯，王炎森.物理与文化[M].高等教育出版社，2009.

[5]霍海波.浅谈生活中的电磁污染及防护[J].现代物理知识，2009，（3）：7–8.

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

[7]Art Hobson著，秦克诚，刘培森，周国荣译.物理学的概念与文化素养[M].高等教育出版社，2007.

[8]苑立波，孙伟民，刘志海，等.“触摸”科学体验发现——物理原展示[M].国防教育出版社，2009.endprint