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      大學(xué)物理教學(xué)改革思考

      2020-06-12 11:48:30張影
      知識文庫 2020年10期
      關(guān)鍵詞:物理學(xué)人文物理

      張影

      梁思成先生在清華大學(xué)曾講過,只懂科學(xué),不懂人文,或只懂人文,不懂科學(xué),只能算“半個人”。目前,在 “功利主義”這個大環(huán)境下,大多數(shù)理工科高校過分強調(diào)專業(yè)技術(shù)人才的重要性,將教學(xué)的重心放在知識、能力方面,而忽略了對學(xué)生人文素養(yǎng)的培養(yǎng),將學(xué)生培養(yǎng)成了梁思成先生定義的“半個人”。

      那么如何讓學(xué)生成為“一個人”就顯得尤為重要。為了解決這一問題,大多數(shù)高校采用開設(shè)文化方面的選修課,想借此來彌補這一缺陷。然而人文素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個長期的過程,這種短暫、便捷性的方法在短期內(nèi)有較為顯著的效果,但對培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)意義不大。只有將人文教育融入到日常教學(xué)中,進行潛移默化的影響,才是解決問題的根本途徑。

      那么“人文”究竟是什么?“人文”在《辭?!分械慕忉尀椤叭祟惿鐣母鞣N文化現(xiàn)象”。人文精神的基本涵義是:尊重人的價值,尊重精神的價值。人文精神的基本涵義定為三個層次:人性,對人的幸福和尊嚴的追求,是廣義的人道主義精神;理性,對真理的追求,是廣義的科學(xué)精神;超越性,對生活意義的追求。

      可以看出,人文精神的基本涵義中不僅有人的價值,還融合了科學(xué)的元素。物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律的自然科學(xué)。因此,物理學(xué)與人文教育相結(jié)合,對于培養(yǎng)全面發(fā)展的人才有重大意義。

      我們可以從以下幾個方面將人文教育融入大學(xué)物理教學(xué)中。

      1 在教學(xué)引入中,加入人文教育

      回顧歷史,人類社會的發(fā)展離不開物理學(xué)的發(fā)展,歷史上每次重大的科技革命都源于物理學(xué)的重大突破。熱力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)的發(fā)展,引發(fā)了第一次工業(yè)革命,使人類進入熱機、蒸汽機時代;電磁學(xué)的發(fā)展引發(fā)了第二次工業(yè)革命,是人類跨入電氣化時代;原子物理學(xué)、量子力學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了激光的發(fā)明和應(yīng)用,引發(fā)了第三次工業(yè)革命,使人類進入信息化時代。

      然而,物理學(xué)的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的,每一個新的發(fā)現(xiàn)、定理、定律都凝結(jié)了幾代人的智慧與心血,很多人也因此付出了他們的生命。他們的這種勇于探索、不怕犧牲的精神鼓舞著一代又一代人。

      直至今日,力學(xué)體系已建立的較為完善,然而它的建立過程卻非常曲折,凝聚了多位科學(xué)家的心血。比如,波蘭天文學(xué)家哥白尼發(fā)表《天體運行論》,提出日心說,否定地心說,從而和經(jīng)院哲學(xué)的教條地心說發(fā)生沖突,直至去世,他的著作《天體運行論》才被開始接受。繼而,伽利略攜望遠鏡觀察天象,并進行一系列關(guān)于運動的實驗,并以數(shù)學(xué)的形式建立了諸如“自由落體定律”和“慣性定律”,創(chuàng)建“加速度”概念。其后,開普勒在哥白尼日心說的基礎(chǔ)上,運用第谷的觀測資料,發(fā)現(xiàn)了行星運動三定律。加上惠更斯和斯蒂文等人的努力,牛頓繼而提出了三大定律和萬有引力定律。1687年一版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》問世,這一劃時代科學(xué)巨著中,建立了以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典力學(xué)體系。它將以前毫不相關(guān)的天上和地上的運動規(guī)律概括在一個統(tǒng)一的理論之中。1846年,通過牛頓理論預(yù)測并證實了海王星的存在,這時以牛頓力學(xué)為核心的經(jīng)典力學(xué)達到最為輝煌的時代。他們的這種永不懈怠、奮勇向前的精神值得我們每一個人尊重并學(xué)習(xí)。

      這種實事求是、堅持不懈的探索精神不僅在力學(xué)研究中有所體現(xiàn),在熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)以及近代物理學(xué)中也貫穿始終。比如,培根、笛卡爾等人關(guān)于幾何光學(xué)的研究。牛頓、笛卡爾的微粒說,惠更斯的波動說,以及赫茲證實電磁波的存在,并將光統(tǒng)一其中。

      通過將物理學(xué)史的講解融入物理教學(xué)中,可以讓學(xué)生更好地了解物理知識的背景,使物理學(xué)習(xí)具有故事性,增加趣味性;同時可以培養(yǎng)他們形成堅強的意志和不怕艱險與失敗的精神。

      2 在教學(xué)內(nèi)容中,滲透人文教育

      大學(xué)物理包含內(nèi)容極其豐富,在授課過程中,我們可以以知識為依托,添加人文方面的內(nèi)容,這樣可以讓學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)物理的美與神奇。

      比如,在講質(zhì)點運動學(xué)這一章,研究質(zhì)點運動的兩類問題時,可以引入人文方面的內(nèi)容。第一類問題,已知運動學(xué)方程,求速度、加速度;第二類問題,已知初始條件、速度或加速度,求運動學(xué)方程。前者是求導(dǎo)過程,后者是積分過程。而在我們的實際生活中,也有類似的情況。人們某些行為對時間的積分會形成習(xí)慣,長期的某種習(xí)慣又會形成一定的性格,而我們的性格又會決定我們的命運,這就是一個對時間的積分過程;反過來,給命運、性格、習(xí)慣對時間求一階導(dǎo),也是同樣成立的。因此,“性格決定命運”這一說法在物理學(xué)中是可以解釋的。

      再比如,我們在介紹“熵”的時候得出,在一個孤立系統(tǒng)(或絕熱系統(tǒng))可能發(fā)生的過程是熵增加或保持不變的過程,對于可逆過程熵不變,對于不可逆過程熵增加,這是熵增加原理。從微觀上來看,熵可以看成系統(tǒng)無序程度的量度,熵增加就意味著無序度的增加,平衡態(tài)熵最大,表明系統(tǒng)達到了最無序的狀態(tài)。比如,當(dāng)老師離開教室后,隨著時間的推移,教室的秩序越來越亂,這就是無序度增加的過程。對于孤立系統(tǒng),熵時增加的,而對于開放的系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)部和外界是可以發(fā)生熵交換的,也就意味著在一定條件下開放系統(tǒng)熵可以增加、不變、減少,當(dāng)系統(tǒng)向外界放出正熵卻從外界吸收進的是負熵,這時系統(tǒng)的熵必定是減少的。比如燒紅的鐵塊放在空氣中冷卻,這個過程中對于鐵塊這個系統(tǒng)而言,熵是減少的,又如當(dāng)一個小孩從哇哇墜地,什么也不會,混混沌沌,一天2/3時間在睡覺,但隨著不斷喂養(yǎng),最后成了一個聰明精干的小伙子,這個過程系統(tǒng)的熵是增加的。

      通過將物理學(xué)內(nèi)容與生活及自然規(guī)律相結(jié)合,可以讓學(xué)生感到學(xué)有所用,使得物理學(xué)習(xí)更加有意義,而不是刻板的理論講解。

      3 在教學(xué)方法中,貫徹人文教育

      隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及,一系列新式教學(xué)方法應(yīng)運而生。幕課(MOOC)私播課(SPOC)、翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂都是近幾年比較熱門的教學(xué)方法。這些教學(xué)方法都是將學(xué)生變?yōu)檎n堂的主體和中心,增強教師和學(xué)生的互動性。比如,“雨課堂”是通過微信掃碼的方式進入課堂,通過課前推送PPT、視頻,并采集學(xué)生閱讀時長等情況了解他們的預(yù)習(xí)狀況,從而有針對性的上課;在課上通過小作業(yè)、彈幕、紅包等手段提高學(xué)生的參與度、調(diào)動其積極性,從而使課堂不在死板;課下可以推送一些與本節(jié)課程內(nèi)容相關(guān)的軍事以及前沿方面相關(guān)內(nèi)容。這種新式教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力以及協(xié)作精神,使得人文教育貫徹教學(xué)始終。

      4 在科學(xué)前沿中,增強人文教育

      我國在高新科技領(lǐng)域取得的成績越來越多,通過引入這些素材增加學(xué)生的愛國情懷。

      在講“剛體的角動量與角動量守恒定律”這一節(jié)內(nèi)容時,可以引入天宮一號目標(biāo)飛行器與神舟十號飛船于2013年6月26日成功實現(xiàn)手控交會對接這一成果,說明我們航天人非常給力。

      在講量子力學(xué)部分內(nèi)容時,可以引入我國發(fā)射的量子衛(wèi)星“墨子號”。它能夠從三個方面保障信息安全。第一,它可以確保發(fā)送者和接收者之間的信息交互是安全的,不會被竊聽或盜取;第二,“主仆”身份能夠自動確認,只有“主人”才能使喚“仆人”,其他人無法指揮“仆人”;第三,一旦發(fā)送者和接收者之間的傳遞口令被惡意篡改,使用者會立刻知曉,從而重新發(fā)送和接受指令。通過量子衛(wèi)星通信來說明我們量子密碼的安全性提高到了前所未有的新高度,幾乎無法破解。

      我國物理科技的顯著成就可以增強學(xué)生的民族自豪感,增加他們學(xué)好物理的決心,達到育人的目的。

      5 在實際生活中,普及人文教育

      物理現(xiàn)象在日常生活中隨處可見,我們的生活離不開物理。比如為什么走路的時候要擺臂,為什么同手同腳會比較變扭,這都跟剛體的轉(zhuǎn)動定律相關(guān)。再比如,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水的沸點為100?C,水的冰點為0?C,而我們可以觀察到水可以瞬間從結(jié)冰轉(zhuǎn)為沸騰,或從沸騰變?yōu)榻Y(jié)冰,這是跟壓強相關(guān)。

      還有這樣一個有趣的現(xiàn)象,掛在墻壁上的鐘表,當(dāng)電量耗盡時,秒表往往會停留在刻度盤上“9”的位置處,這是由于秒針在繞著鐘表的中心轉(zhuǎn)動時,受到重力的作用,重力矩是阻力矩,根據(jù)力矩的定義,在“9”的位置處,阻力矩是最大的,因此,電量耗盡時,秒表往往會停留在刻度盤上“9”的位置處。

      我們可以看出,物理在生活中無處不在,我們只有了解物理,才能明白生活中一些常見現(xiàn)象的本質(zhì)。

      當(dāng)今社會需要復(fù)合型人才,他們不僅具有較高的專業(yè)知識,還應(yīng)具有較深的文化素養(yǎng)。只有將大學(xué)物理和人文教育相結(jié)合,在教學(xué)中自然、適時地對學(xué)生進行人文精神的熏陶、滲透、培養(yǎng)和增強,才能培養(yǎng)出符合時代要求的人才。

      (作者單位:武警工程大學(xué))

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