關(guān)于物理文化融入大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的思考

劉 楊,吳 釗

(運(yùn)城學(xué)院機(jī)電公共實(shí)驗(yàn)中心,山西運(yùn)城 044000)

物理文化是高校校園文化建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分,物理文化一詞最早出現(xiàn)在我國1991年的《物理通報(bào)》第7期上,該刊以專訪的形式刊登了兩位外國專家的訪談,題目使用了“物理文化”。隨后,解世雄、厚宇德等人相繼對“物理文化”進(jìn)行了較為系統(tǒng)的討論。2005年1月陳佳洱院士在巴黎的國際物理年啟動(dòng)大會(huì)上的報(bào)告,肯定了“物理文化”的學(xué)術(shù)價(jià)值和學(xué)術(shù)地位,他站在人類文化與文明的高度理解物理文化,把物理學(xué)視為“文化不可分割的一部分”[1]。物理文化有“廣義”和“狹義”之分。廣義上,物理文化是人類文化的重要組成部分,它包括物理學(xué)科知識(shí)體系和體系之外的廣大物理世界;[2]狹義上,“物理文化它是以物理學(xué)工作者為中心、為創(chuàng)造源泉、為實(shí)踐者而向人類輻射的一種文化,它集中體現(xiàn)為物理學(xué)家的思想及思維模式、情感模式、行為習(xí)慣、價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、工作方法等等,還包括以體現(xiàn)、表達(dá)物理思想、物理知識(shí)為目的的物質(zhì)載體,或以物理探索為目的的儀器設(shè)備”[3]。大學(xué)實(shí)驗(yàn)室可作為物理文化的物質(zhì)載體,如何將物理文化有效地融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中就顯得尤為重要。

1 物理文化在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的作用

物理學(xué)首先是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)理論的基礎(chǔ)和源泉,也是物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。在某些歷史時(shí)期,震撼世界的物理實(shí)驗(yàn),不僅對物理學(xué)的發(fā)展起著劃時(shí)代的作用,而且推動(dòng)著社會(huì)文明,甚至引發(fā)了人類思想觀念的全新轉(zhuǎn)變。因此有必要把物理文化融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè),讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)殿堂,去感受它對世界的震撼,領(lǐng)悟其豐富的科學(xué)內(nèi)涵和文化魅力,從而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中,物理文化對培養(yǎng)學(xué)生的作用主要有以下幾個(gè)方面:

1.1 培養(yǎng)學(xué)生的求實(shí)精神

在課堂上應(yīng)該變革以教師為主導(dǎo)的“看科學(xué)、聽科學(xué)”的教學(xué)模式,讓學(xué)生進(jìn)入高水平的融入物理文化的演示實(shí)驗(yàn)室,領(lǐng)悟求實(shí)精神。學(xué)生通過自身大量的演示模擬實(shí)驗(yàn),成為“做科學(xué)、體驗(yàn)科學(xué)”的親歷性探究,來破除學(xué)生對物理概念、規(guī)律的迷信態(tài)度,讓學(xué)生在親歷科學(xué)的探究過程中體驗(yàn)科學(xué)的求實(shí)規(guī)范。

1.2 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)多是建立在批判性思維基礎(chǔ)之上的,批判性思維是推動(dòng)物理學(xué)乃至社會(huì)前進(jìn)的主要?jiǎng)恿?。[4]通過演示實(shí)驗(yàn)室中的融入物理文化的導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)能培養(yǎng)學(xué)生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威,包括敢于向教師的教學(xué)過程挑戰(zhàn),敢于向成熟的實(shí)驗(yàn)方法挑戰(zhàn),甚至向?qū)嶒?yàn)知識(shí)體系挑戰(zhàn),進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的批判精神。促進(jìn)大學(xué)生自我創(chuàng)造意識(shí)的形成。

1.3 培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感

通過以物理文化為主線的導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中的物理學(xué)史的實(shí)例,理解科學(xué)技術(shù)的雙刃劍作用,認(rèn)識(shí)科技發(fā)展要接受人類與社會(huì)利益、以及法律、倫理的制約,糾正科技至上、科技萬能的認(rèn)識(shí);[5]理解使社會(huì)向更加人性化的方向發(fā)展是科學(xué)的天職,認(rèn)識(shí)科學(xué)家、科學(xué)團(tuán)體及他們的活動(dòng)對社會(huì)生活的意義與對社會(huì)能起的積極作用,以此來培養(yǎng)學(xué)生作為社會(huì)公民應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任感。

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中如何融入物理文化

2.1 建設(shè)高水平的大學(xué)物理演示模擬實(shí)驗(yàn)室

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)主要是配合《大學(xué)物理》課堂教學(xué),凸顯物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中將理論與實(shí)際相結(jié)合,加深對物理學(xué)理論的理解,提高學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生實(shí)事求是、探索自然的意識(shí),實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的升華。為此,物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)非常重要。通常建設(shè)高水平的大學(xué)物理演示模擬實(shí)驗(yàn)室的面積約需200平方米,需購置演示儀器近100多臺(tái) (其中可部分自制),模擬用計(jì)算機(jī)約40多臺(tái)。預(yù)計(jì)可開出100多個(gè)物理演示實(shí)驗(yàn),涵蓋力、熱、電、光等多個(gè)領(lǐng)域,這些實(shí)驗(yàn)由淺入深、內(nèi)容廣泛、生動(dòng)形象、效果顯著,既展示了物理學(xué)的一般規(guī)律和形象,又涵蓋了現(xiàn)代科技的諸多領(lǐng)域,將極大地增強(qiáng)學(xué)生探求科學(xué)知識(shí)的熱情和興趣。這樣不僅能滿足輔助課堂教學(xué)的需要,還有相當(dāng)數(shù)量超出理論課教學(xué)內(nèi)容、專為開拓學(xué)生視野、提高學(xué)生興趣而準(zhǔn)備的儀器設(shè)備。在注重硬件建設(shè)的同時(shí),還要重視軟件建設(shè),要不斷開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M教學(xué)軟件供學(xué)生網(wǎng)上查詢,力求做到“內(nèi)容豐富、環(huán)境良好、運(yùn)行有效、富有專業(yè)特色”。以此來培養(yǎng)學(xué)生的求實(shí)和理性精神。

2.2 創(chuàng)建全開放的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

物理文化融入演示物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與應(yīng)用對大學(xué)物理教學(xué)、學(xué)生能力的提升具有獨(dú)特的作用,因此大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn),可以選修課的形式,對全校所有本科生、研究生自由開放,讓學(xué)生從中了解自然、探索自然,開闊視野、拓展思維,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。學(xué)生可利用網(wǎng)絡(luò)自由預(yù)約選課,實(shí)施開放式教學(xué)的形式。

增設(shè)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課,演示實(shí)驗(yàn)課要采用多種教學(xué)形式和教學(xué)手段。一是將部分演示實(shí)驗(yàn)引進(jìn)《大學(xué)物理》教學(xué)課堂;二是以班級(jí)為單位進(jìn)入演示室,讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn);三是利用多媒體導(dǎo)學(xué)系統(tǒng),采用觸摸屏的方式對學(xué)生自由開放;導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)用于介紹物理學(xué)史和前沿方向,可包括力和熱、震動(dòng)與波、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理與綜合、物理百科6個(gè)欄目。前5個(gè)欄目涉及全部演示實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)可按照現(xiàn)象篇、原理篇、拓展篇和背景篇4個(gè)層次加以介紹;在物理百科欄目中既可介紹物理學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的研究內(nèi)容、現(xiàn)狀及發(fā)展前景、具有里程碑意義的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)、物理學(xué)發(fā)展的重要史料、20世紀(jì)科學(xué)的重要突破、百年諾貝爾獎(jiǎng)、古今中外物理學(xué)家,又可介紹物理學(xué)在生活、空間探索、軍事、材料等領(lǐng)域的應(yīng)用,還可播放隨時(shí)錄制的最新科技報(bào)道;這樣能使整個(gè)導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)內(nèi)容豐富、形式生動(dòng)、層次分明,兼具知識(shí)性和趣味性,以彌補(bǔ)教材的更新與現(xiàn)代科技不同步的缺憾。力求讓導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行不同層次的、個(gè)性化的學(xué)習(xí)與探索,并追蹤近代物理和高新技術(shù)的新發(fā)展,充分展示物理學(xué)理論密切聯(lián)系工程實(shí)際、豐富多彩的學(xué)科特點(diǎn),從而大幅度提高教學(xué)效果,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的批判精神和創(chuàng)新意識(shí)。

2.3 建立物理實(shí)驗(yàn)科技櫥窗

建立具有知識(shí)性、趣味性與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的《物理實(shí)驗(yàn)科技櫥窗》,其內(nèi)容包括:(1)物理學(xué)簡史,可使用文字與圖片簡述幾位物理科學(xué)家的著名實(shí)驗(yàn)及對人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步做出的有巨大貢獻(xiàn)的成果,并配以科學(xué)家人物肖像。簡介近500年來在世界上具有重大影響的物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及著名物理學(xué)家的科研成果、近代物理的應(yīng)用,包括楞次定律及磁懸浮演示儀、光纖通信、傳感器技術(shù)和傳感器技術(shù)的應(yīng)用等內(nèi)容。營造出一種物理文化氛圍,并以此激發(fā)起大學(xué)生學(xué)習(xí)科技、熱愛科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的精神,培養(yǎng)學(xué)生作為社會(huì)公民應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任感。(2)基本器件及常用測試工具的認(rèn)識(shí),包括電阻系列、電容系列、磁性系列、晶體管系列、集成電路、萬用表等常用儀器;(3)陳設(shè)物理實(shí)驗(yàn)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,例如①楞次磁懸浮地球演示儀 (磁懸浮技術(shù)是今后需要進(jìn)一步完善,發(fā)展的高新技術(shù),同時(shí)具有很好的演示功能);②激光干涉演示(反射光柵、透射光柵立體畫,激光干涉圖紋具有很強(qiáng)的演示功能,同時(shí)還具有一定的互動(dòng)效果)。通過建立物理科技櫥窗,來開闊學(xué)生的視野,為學(xué)生架起一座通向新科技的橋梁。

總之,在新的歷史條件下,高校如何把物理文化有效地融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中,讓大學(xué)生接受物理文化的熏陶,發(fā)現(xiàn)和感受物理世界,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神,是高校值得探討的帶有前瞻性的重要課題。廣大教育工作者既要借鑒其他院校的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),又要立足本校實(shí)際,力求建設(shè)更具物理文化特色的高校實(shí)驗(yàn)室,為我國現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)出更加優(yōu)秀的棟梁之材。

[1]陳佳洱.物理與文化[J].物理通報(bào),2005(3).

[2]厚宇德.物理文化與物理學(xué)史[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2005.

[3]解世雄.物理文化簡論[J].科學(xué)研究,1998(1).

[4]姚文清.構(gòu)建新型物理教學(xué)文化,培養(yǎng)學(xué)生批判性思維[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報(bào),2003(12).

[5]孟建偉.知識(shí)教育到文化教育—論教育觀的轉(zhuǎn)變[J].教育研究,2007(1).