独立学院人文物理教学初探

2017-03-29张明霞刘钟毅

赤峰学院学报·自然科学版 2017年10期

关键词：常量物理学大学物理

张明霞，刘钟毅

（同济大学浙江学院，浙江嘉兴 314000）

独立学院人文物理教学初探

张明霞，刘钟毅

（同济大学浙江学院，浙江嘉兴 314000）

为配合高校全面展开人文素质和科学素质的互补性教育，我院开设人文物理课程.通过该课程学生把握物理学的整体面貌和基本结构，学习科学方法，领悟科学精神，为成为同时具备科学文化和人文文化的高素质人才打下一点基础.

人文物理；科学素质；人文素质

随着科学的发展，人们认识到全民的科学教育对于科学的持续进步至关重要，因此我国的高等教育也早已由上世纪的精英教育向本世纪的大众化教育转变.同时为顺应当今社会发展对人才的需求，目前我国高校在大力推行文化素质教育，文化素质包括科学文化素质和人文文化素质.物理学既是一门理工科学生在学习专业知识前必不可少的基础性学科，同时又是一门蕴含着丰富科学素养、人文精神的学科.表现在物理学不仅在实用技术工程方面有着广泛的延伸，而且在人文精神方面也有着深厚的积淀[1]，所以它作为科学教育与人文教育相融合的学科，成为高校实施文化素质教育的一门重要课程.我院虽为独立学院，以应用型人才为培养目标，但仍开设人文物理，目的就是为我院学生的文化素质教育提供一点方法.

1 大学物理的现状

历来物理学总是给人以高深晦涩的印象，很多学生心存畏惧.我国长期以来在高中设立文、理分科，以及应试教育的现实也导致了很多学生在高中时期就或主动或被迫地放弃了理科而选择了文科，这些文科生进入到高校继续学习也基本与科学素质类课程不接触，也就造成了这类学生知识片面化、思维僵化，这与现今提倡的具有文化素质的人才这一培养要求存在极大差距[2].

我院学生组成，文理都有，相对而言理科生多一些，普遍情况是自学能力不足.文科生只开设有文科类数学，除此之外没有其他科学素养方面课程的培养，他们对于科学的思维方法、定量化的数据分析等能力有很大的欠缺；工科学生必修大学物理及实验课，但目前的现状是，大学物理的基础地位越来越不稳固，课时一再被压缩，导致很多物理文化及科学精神在课堂上没有时间与学生分享，课后极少有学生能够自主的进行知识拓展.也就是说，我院的工科学生学习大学物理也只是高中物理的延伸，学习到的是更高级的解题思路和解题技巧，物理学中的探索、求实的科学精神很难在教学过程中贯彻.

整体来看，我院文科生缺乏一些科学知识，工科生缺少一些人文情怀.

2 开设人文物理的目的

新世纪对应用型人才的要求也不仅仅只需要掌握相关的科学知识、专业知识，还需要一些文学修养、历史知识、哲学情怀等等.物理学可以作为对大学生进行文化素养通识教育的课程，主要从以下几个方面考虑：①物理学的发展和应用直接导致了人类历史上的三次科技革命，说明物理学最后都可能转化为生产力，最终改善人类的生活；②物理学内容丰富、包罗万象，是一门具备丰富科学知识、和科学方法的自然科学，它在研究物理现象,建立物理概念，揭示物理规律的过程中，运用归纳法、类比法和模型法等多种科学方法[2]，这些是科学素质培养的内容；③物理学也可看做一门历史悠久、思想深刻的人文科学，物理学的发展离不开历来物理工作者的钻研和付出.这些物理研究者在探求事物规律的过程中孜孜不倦、严谨求实的科学精神，也都是人文素质培养的内容.我院开设人文物理，希望通过该课程的学习学生能掌握一定科学技术知识，同时也学到一些科学方法和科学精神，譬如：尊重事实、重视实践、合理推理等科学方法；脚踏实地、积极探索、勇于创新等科学精神[2]，从而达到培养学生文化素质的目的.

3 人文物理的教学内容和教学方法

我院人文物理属于公选课，面对所有学生，文科生占绝对多数，还有一部分对物理感兴趣的工科学生.针对这一学生组成，人文物理内容浅显，涉及面较广；教学过程中内容丰富、形式多样.

人文物理通过身边的物理现象和科技产品作为出发点来导入物理知识，用生动诙谐的语言一步一步揭发其背后隐含的物理学规律.另外在讲解过程中突破传统物理的顺序和结构，也不苛求所有内容的全面、系统，更最大限度地避免用方程式等物理、数学语言来推导、演算及表述[3]，利用多种教学方法有的放矢的让学生懂得一些基本的物理原理，了解简略的物理学发展史以及物理知识产业化的应用等等，使学生在学习到科学知识的同时感悟和欣赏物理学之美（形式之美、对称之美、和谐之美），也使得文化素质有所提高.

3.1 贴近生活实际，内容通俗易懂

人文物理课程通过身边随处可见的物理现象出发来引入物理知识，并对其内容延伸拓展到最新科技发展或者又回到生活中的各个领域.比方说从热水和冷水混合最后会达到一个中间态这一生活实例引出热量的概念及热量总是从高温物体转移到低温物体上这一热力学第二定律的表述，并最终引出熵的概念及应用.人文物理中不注重熵的计算，微观含义的理解，只是通过分析热力学熵、生物学熵、经济学熵等实例来说明实际生产生活中我们所能看到的过程都是有方向性的，总结为物理学上的专业术语就是“熵增加原理”.从现象出发又回到生活实践，使学生觉得物理言之有物，与实际联系紧密.另外经典物理的成果已经成功地转化为生产力，大量包含物理知识的产品已经进入了人们的日常生活.事实上从最广泛的意义上说，诸如电视、手机、电磁炉等等产品的广泛使用本身也是一种物理成果的推广[4].这类产品就在我们身边，学生能产生共鸣，切切实实的感受到物理并不高冷，在潜移默化中传播科学知识.

3.2 打破理科局限，构建物理框架

物理学一般可以简单分为经典物理（力学、热学、电磁学、光学）和近代物理，人文物理课程打破这样的顺序和结构，通过梳理大学物理中几个关键性的物理常量——万有引力常量、光速、玻尔兹曼常量和普朗克常量，让学生把握物理的整体面貌和基本结构，了解虽然物理学内容庞杂，但是各个看来相对独立的知识却共同构成了完整的物理学体系.教学实践中从这几个常量入手，介绍他们的历史、理解它们的物理含义、学习它们的测量方法，从而使学生认请它们所具有的物理意义.同时详细阐述这几个常量常常出现在物理学的各个部分之间的事实 (最著名的莫过于普朗克公式，这个公式是为解释黑体辐射现象而提出的，也最早提出量子化概念，在这个公式中居然同时出现了光速、玻尔兹曼常量以及普朗克常量)，缕清这些物理常量之间内在错综复杂的关系，明白各部分内容在物理学中的地位，在学生面前展现最自洽的物理学之美（和谐之美），进而欣赏物理，享受学习物理的过程.比如说：通过重力加速度g引入万有引力公式及万有引力常数G，介绍使用卡文迪许扭称测量该常量，从而进入经典力学的大门，并将之应用在实际生活当中．使人类对于天体运行规律有了深刻的理解；介绍伽利略、卡西尼、奥勒·罗默、詹姆斯·布拉德利、傅科和迈克尔逊等人在测量光速上所做的工作，以及迈克尔逊-莫雷实验的重大突破，彻底否定了“以太”的存在，直接导致狭义相对论的诞生，从而进入近代物理的殿堂.万有引力常量与天体运行规律密切相关；光速是宇宙中联系空间和时间的一个基本常量，它把空间、时间和运动联系在一起，与高速运行的物体紧密相连.这两个常量看似互不相关（G相对独立），但是万有引力G的精确度及光速大小的确定将会直接影响到人类在面对空间飞行，航天探索时所遇到的实际问题[5].人文物理不注重某个知识点或某道题的掌握和计算，而更关注物理学的整体把握，各部分内容是相互关联、相互影响的，不可把它们孤立起来.

3.3 多种方法并重，侧重人文教育

严密的逻辑推理不适宜学生的胃口，他们更喜欢展现在面前的像是一个悬疑故事.教学实践中教师在讲述科学探究的道路上设置重重悬念，给复杂的物理理论一个形象生动的类比，适当留给学生一定的想象空间[2]，最后抽丝剥茧地让学生明白物理事件的方方面面.

任何一个物理理论的建立都离不开实验的进步和发展，可以说物理学史也是实验发展史.人文物理课程也不回避介绍实验，事实上实验在该课程中占有相当大的比重.物理实验能培养逻辑思维、完善知识与能力结构，这也正是当今社会正大力提倡素质教育的一部分.但在教学实践中，面对学生实验基础参差不齐的实际情况，该课程没有安排学生实际操作的实验课，而是充分利用多媒体教学的优势，突破实际课堂上物理内容演示所受的课时、场地等条件和环境的种种限制，以文字、图片等静态形式说明实验的目的；以flash动画、视频等动态形式展现实验设计的思路和方法；把实验数据列表进行对比分析.充分挖掘多媒体技术，采用动静结合的方式给学生展示实验探究的整个过程，使物理实验生动、可视.在学习实验的过程中传递定量化的思想和方法，在定量化的过程中建立了数学模型，最终获得了实验结果的成功经验[4].一个相对完善的物理理论往往需要通过几代人的不懈努力，在此过程中不断需要理论修正、器材改进、方法完善等才能最终获得正确的结论.人文物理介绍系列物理研究者在科学探索的道路上坚持不懈、持之以恒，使学生学习踏实、严谨的工作作风，培养学生严格、细致、实事求是、一丝不苟的科学态度.