大学物理教学改革思考

2020-06-12张影

知识文库 2020年10期

张影

梁思成先生在清华大学曾讲过，只懂科学，不懂人文，或只懂人文，不懂科学，只能算“半个人”。目前，在 “功利主义”这个大环境下，大多数理工科高校过分强调专业技术人才的重要性，将教学的重心放在知识、能力方面，而忽略了对学生人文素养的培养，将学生培养成了梁思成先生定义的“半个人”。

那么如何让学生成为“一个人”就显得尤为重要。为了解决这一问题，大多数高校采用开设文化方面的选修课，想借此来弥补这一缺陷。然而人文素养的培养是一个长期的过程，这种短暂、便捷性的方法在短期内有较为显著的效果，但对培养学生的人文素养意义不大。只有将人文教育融入到日常教学中，进行潜移默化的影响，才是解决问题的根本途径。

那么“人文”究竟是什么？“人文”在《辞海》中的解释为“人类社会的各种文化现象”。人文精神的基本涵义是：尊重人的价值，尊重精神的价值。人文精神的基本涵义定为三个层次：人性，对人的幸福和尊严的追求，是广义的人道主义精神;理性，对真理的追求，是广义的科学精神;超越性，对生活意义的追求。

可以看出，人文精神的基本涵义中不仅有人的价值，还融合了科学的元素。物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律的自然科学。因此，物理学与人文教育相结合，对于培养全面发展的人才有重大意义。

我们可以从以下几个方面将人文教育融入大学物理教学中。

1 在教学引入中，加入人文教育

回顾历史，人类社会的发展离不开物理学的发展，历史上每次重大的科技革命都源于物理学的重大突破。热力学、统计物理学的发展，引发了第一次工业革命，使人类进入热机、蒸汽机时代;电磁学的发展引发了第二次工业革命，是人类跨入电气化时代;原子物理学、量子力学的发展导致了激光的发明和应用，引发了第三次工业革命，使人类进入信息化时代。

然而，物理学的发展并不是一帆风顺的，每一个新的发现、定理、定律都凝结了几代人的智慧与心血，很多人也因此付出了他们的生命。他们的这种勇于探索、不怕牺牲的精神鼓舞着一代又一代人。

直至今日，力学体系已建立的较为完善，然而它的建立过程却非常曲折，凝聚了多位科学家的心血。比如，波兰天文学家哥白尼发表《天体运行论》，提出日心说，否定地心说，从而和经院哲学的教条地心说发生冲突，直至去世，他的著作《天体运行论》才被开始接受。继而，伽利略携望远镜观察天象，并进行一系列关于运动的实验，并以数学的形式建立了诸如“自由落体定律”和“惯性定律”，创建“加速度”概念。其后，开普勒在哥白尼日心说的基础上，运用第谷的观测资料，发现了行星运动三定律。加上惠更斯和斯蒂文等人的努力，牛顿继而提出了三大定律和万有引力定律。1687年一版《自然哲学的数学原理》問世，这一划时代科学巨著中，建立了以牛顿力学为代表的经典力学体系。它将以前毫不相关的天上和地上的运动规律概括在一个统一的理论之中。1846年，通过牛顿理论预测并证实了海王星的存在，这时以牛顿力学为核心的经典力学达到最为辉煌的时代。他们的这种永不懈怠、奋勇向前的精神值得我们每一个人尊重并学习。

这种实事求是、坚持不懈的探索精神不仅在力学研究中有所体现，在热学、光学、电磁学以及近代物理学中也贯穿始终。比如，培根、笛卡尔等人关于几何光学的研究。牛顿、笛卡尔的微粒说，惠更斯的波动说，以及赫兹证实电磁波的存在，并将光统一其中。

通过将物理学史的讲解融入物理教学中，可以让学生更好地了解物理知识的背景，使物理学习具有故事性，增加趣味性;同时可以培养他们形成坚强的意志和不怕艰险与失败的精神。

2 在教学内容中，渗透人文教育

大学物理包含内容极其丰富，在授课过程中，我们可以以知识为依托，添加人文方面的内容，这样可以让学生更好地发现物理的美与神奇。

比如，在讲质点运动学这一章，研究质点运动的两类问题时，可以引入人文方面的内容。第一类问题，已知运动学方程，求速度、加速度;第二类问题，已知初始条件、速度或加速度，求运动学方程。前者是求导过程，后者是积分过程。而在我们的实际生活中，也有类似的情况。人们某些行为对时间的积分会形成习惯，长期的某种习惯又会形成一定的性格，而我们的性格又会决定我们的命运，这就是一个对时间的积分过程;反过来，给命运、性格、习惯对时间求一阶导，也是同样成立的。因此，“性格决定命运”这一说法在物理学中是可以解释的。

再比如，我们在介绍“熵”的时候得出，在一个孤立系统（或绝热系统）可能发生的过程是熵增加或保持不变的过程，对于可逆过程熵不变，对于不可逆过程熵增加，这是熵增加原理。从微观上来看，熵可以看成系统无序程度的量度，熵增加就意味着无序度的增加，平衡态熵最大，表明系统达到了最无序的状态。比如，当老师离开教室后，随着时间的推移，教室的秩序越来越乱，这就是无序度增加的过程。对于孤立系统，熵时增加的，而对于开放的系统，系统内部和外界是可以发生熵交换的，也就意味着在一定条件下开放系统熵可以增加、不变、减少，当系统向外界放出正熵却从外界吸收进的是负熵，这时系统的熵必定是减少的。比如烧红的铁块放在空气中冷却，这个过程中对于铁块这个系统而言，熵是减少的，又如当一个小孩从哇哇坠地，什么也不会，混混沌沌，一天2/3时间在睡觉，但随着不断喂养，最后成了一个聪明精干的小伙子，这个过程系统的熵是增加的。

通过将物理学内容与生活及自然规律相结合，可以让学生感到学有所用，使得物理学习更加有意义，而不是刻板的理论讲解。

3 在教学方法中，贯彻人文教育

随着互联网的发展和普及，一系列新式教学方法应运而生。幕课（MOOC）私播课（SPOC）、翻转课堂、雨课堂都是近几年比较热门的教学方法。这些教学方法都是将学生变为课堂的主体和中心，增强教师和学生的互动性。比如，“雨课堂”是通过微信扫码的方式进入课堂，通过课前推送PPT、视频，并采集学生阅读时长等情况了解他们的预习状况，从而有针对性的上课;在课上通过小作业、弹幕、红包等手段提高学生的参与度、调动其积极性，从而使课堂不在死板;课下可以推送一些与本节课程内容相关的军事以及前沿方面相关内容。这种新式教学方法可以培养学生独立思考问题的能力以及协作精神，使得人文教育贯彻教学始终。

4 在科学前沿中，增强人文教育

我国在高新科技领域取得的成绩越来越多，通过引入这些素材增加学生的爱国情怀。

在讲“刚体的角动量与角动量守恒定律”这一节内容时，可以引入天宫一号目标飞行器与神舟十号飞船于2013年6月26日成功实现手控交会对接这一成果，说明我们航天人非常给力。

在讲量子力学部分内容时，可以引入我国发射的量子卫星“墨子号”。它能够从三个方面保障信息安全。第一，它可以确保发送者和接收者之间的信息交互是安全的，不会被窃听或盗取;第二，“主仆”身份能够自动确认，只有“主人”才能使唤“仆人”，其他人无法指挥“仆人”;第三，一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改，使用者会立刻知晓，从而重新发送和接受指令。通过量子卫星通信来说明我们量子密码的安全性提高到了前所未有的新高度，几乎无法破解。

我国物理科技的显著成就可以增强学生的民族自豪感，增加他们学好物理的决心，达到育人的目的。