文化視角下的物理教學(xué)問題與對策范文

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摘要：大學(xué)物理教學(xué)從上世紀(jì)90年代開始在大學(xué)的課程教學(xué)中地位逐漸下滑,到近幾年在一些學(xué)校的某些理工科專業(yè)甚至已不設(shè)物理課程。本文列舉了我國大學(xué)物理課程考核方式及大學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的感受,對比了中美高校課程教材中物理課程定位的描述,探討分析我國物理教學(xué)中被嚴(yán)重忽略的物理學(xué)的文化內(nèi)涵,即科學(xué)的動機是探求真理,科學(xué)是歷史的產(chǎn)物,科學(xué)也追求美。教學(xué)過程中將科學(xué)與人文結(jié)合,即在物理教育中融入科學(xué)精神、物理學(xué)史和科學(xué)之美的內(nèi)容,可以促進(jìn)物理教學(xué)。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);文化內(nèi)涵;科學(xué)與人文

上世紀(jì)80年代,一句“學(xué)好數(shù)理化,走遍天下都不怕”在中國大地廣為流傳。起源是1978年鄧小平在全國科學(xué)大會的講話中明確提出“現(xiàn)代化的關(guān)鍵是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化”。當(dāng)時高中學(xué)子以學(xué)理科為榮,大學(xué)里數(shù)、理、化等基礎(chǔ)課學(xué)時充足。但是好景不長,到上世紀(jì)90年代中后期,教學(xué)改革開始所有課程精減學(xué)時而大學(xué)的物理課程成為減學(xué)時的排頭課。到2017年部分省市試點物理為高考選考科目,大學(xué)物理課程的學(xué)時更是在很多理工科專業(yè)中大面積減少甚至于消失。當(dāng)然大學(xué)課程改革總學(xué)時下調(diào)的情況下課程學(xué)習(xí)減少是正常現(xiàn)象,但不成比例的減少,個中原因卻值得探討。本文試圖從我們的大學(xué)物理教學(xué)自身的問題出發(fā)作些分析。

1大學(xué)物理教學(xué)的問題

大學(xué)理工科非物理專業(yè)的物理學(xué)時一般為144~160。到了上世紀(jì)90年代中后期,理工科專業(yè)的大學(xué)物理課程學(xué)時對大部分普通院校都減少到120左右。2016年一項大學(xué)物理兩課調(diào)研顯示[1],接近一半的普通高校大學(xué)物理學(xué)時在90~120之間,只有不到28%的高校大學(xué)物理學(xué)時在120以上,剩下的都不足90學(xué)時。大學(xué)物理課程考核多采用各專業(yè)統(tǒng)一試卷的方式,課程的考試內(nèi)容,考點放在物理概念、物理規(guī)律及其運用的占95%,學(xué)生考試覺得概念、公式太多記不住的占58%。而一項對大中學(xué)生物理學(xué)習(xí)狀況的調(diào)查也顯示[2],大學(xué)物理學(xué)習(xí)成績相比較高中物理學(xué)習(xí)成績有明顯下滑現(xiàn)象,學(xué)習(xí)興趣下降的占34%、提高的僅2%。主要原因?qū)W生方面感覺大學(xué)物理課程太難、覺得沒價值以及無法適應(yīng)老師的授課方式等。

2中美大學(xué)物理教學(xué)的目標(biāo)比較

翻開中國和美國的幾部有影響力的大學(xué)物理教材,我們會發(fā)現(xiàn)有非常多的不同。這里僅就這些教材所依據(jù)的教學(xué)大綱或基本要求或在前言或緒論中關(guān)于物理課程的教學(xué)目標(biāo)和課程定位作一個初步的比較。

2.1國內(nèi)物理教材關(guān)于課程目標(biāo)和作用

物理課程的作用是什么?上世紀(jì)60年代的普通物理教學(xué)大綱提出高等工業(yè)學(xué)校物理教學(xué)目的和任務(wù)主要是[3]:(1)使學(xué)生對最普遍最基本的物質(zhì)運動的形式和觀律有比較全面而系統(tǒng)的認(rèn)識,牢固掌握普通物理學(xué)中最基本的概念和原理;(2)使學(xué)生了解物理學(xué)中的基本研究方法,并在實驗技能、運算能力和獨立工作能力等方面獲得初步的訓(xùn)練;(3)使學(xué)生初步了解物理學(xué)與其他科學(xué)技術(shù)的關(guān)系.教學(xué)大綱還提及:應(yīng)注意發(fā)揮本門課程在培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀和愛國主義、國際主義思想等方面所能起的作用。上世紀(jì)90年代陳佳洱、趙凱華等撰文就重建我國的工科物理教育時指出[4],物理學(xué)是整個自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的基礎(chǔ);對于任何專業(yè),大學(xué)基礎(chǔ)物理課的目的,都是使學(xué)生對物理學(xué)的內(nèi)容和方法、工作語言、概念和物理圖像,其歷史、現(xiàn)狀和前沿等方面,從整體上有個全面的了解;這是一門培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力的重要基礎(chǔ)課。張三慧在他的大學(xué)物理學(xué)教材前言中講到教學(xué)應(yīng)對物理學(xué)的基本概念與規(guī)律進(jìn)行正確明晰的講解[5],講解基本上是以最基本的規(guī)律和概念為基礎(chǔ),推演出相應(yīng)的概念與規(guī)律。在教學(xué)上應(yīng)用這種演繹邏輯便于學(xué)生從整體上理解和掌握物理課程的內(nèi)容。馬文蔚教材指出物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式以及相互作用規(guī)律的科學(xué)[6],是在人類探索自然奧秘的過程中形成的學(xué)科。綜觀國內(nèi)使用和影響范圍較大的幾部經(jīng)典教材,在課程目標(biāo)和作用中主要注重的是物理系統(tǒng)化知識的理解和應(yīng)用能力,提高科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)思維能力方面比較空泛,而在課程對人的價值塑造方面最初的提法生硬,到后面幾乎不再提及。我們把物理定位于自然科學(xué)和現(xiàn)代工程技術(shù)的基礎(chǔ),教學(xué)目的集中于獲取物理知識,學(xué)習(xí)物理是作為今后獨立工作的重要工具。我們的物理教材大都是用演繹法給出定義和公式,然后是舉例、應(yīng)用,課程考試幾乎是知識記憶為主的題目,答案是唯一確定的。應(yīng)試模式在大學(xué)依然延續(xù),讓很多學(xué)習(xí)物理者感到枯燥無味,備受打擊。借用費曼在評述巴西的教育時所說的“大家都努力考試,然后教下一代如何考試,大家什么都不懂。”這些話用到我們的物理教學(xué)中對很多學(xué)校都是一針見血的。

2.2美國物理教材關(guān)于課程目標(biāo)和作用

再來看被中國使用較多作為大學(xué)物理參考書的美國物理教材,翻開書的前言或緒論,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)極具哲學(xué)思想和人文情懷的語言,讓人產(chǎn)生想去一探究竟的沖動。最受中國名校贊譽的《費曼物理學(xué)講義》在前言中提到在當(dāng)時的加州理工學(xué)院,大學(xué)一、二年級的學(xué)生常被頭兩年必修的物理學(xué)課程搞得情緒低落,毫無興趣,而不是受到激勵。費曼表達(dá)了設(shè)置這門課程是讓那些優(yōu)秀的學(xué)生保持求知的熱情[7]。他說:“我最想做的是給出對于這個奇妙世界的一些欣賞,以及物理學(xué)家看待這個世界的方式,我相信這是現(xiàn)今時代里真正文化的主要部分。”另一本西爾斯的《大學(xué)物理》在講為什么要學(xué)習(xí)物理時講到兩個理由。理由之一[8],物理是科學(xué)最重要的基礎(chǔ)之一,所有學(xué)科的科學(xué)家都用到物理的思想。物理學(xué)也是工程和技術(shù)的基礎(chǔ)。理由之二,學(xué)習(xí)物理是一場冒險。你會發(fā)現(xiàn)它是挑戰(zhàn),有時會有挫敗感,偶爾會覺得痛苦,但常常得到豐富的回報和滿足。它會喚起你的美感和理性智慧。你將看到人類智慧在探索理解我們的世界和我們自己方面的卓越成就。再來看蘭德爾在《現(xiàn)工科物理學(xué)》給學(xué)生的前言引用了愛因斯坦的話[9]:關(guān)于“自然最不可理解的是它竟然是可以理解的。”接著又引用了小說《鐘形罩》的主角西爾文•普拉斯的話:“當(dāng)我走進(jìn)物理的那一天,我就死了!”。在介紹什么是物理時,首先指出物理是關(guān)于自然的物質(zhì)方面的思考方式,同時也指出藝術(shù)、生物、詩歌或宗教也是思考自然的方式,只是與之不同而已。費曼總結(jié)了學(xué)習(xí)物理學(xué)的5個理由[10]:第一是學(xué)會測量和計算,及其在各方面的應(yīng)用(培養(yǎng)工程師);第二是培養(yǎng)科學(xué)家,不僅致力于工業(yè)的發(fā)展,而且貢獻(xiàn)于人類知識的進(jìn)步;第三是認(rèn)識自然的美妙,感受世界的穩(wěn)定和實在;第四是學(xué)習(xí)由未知到已知的、科學(xué)的求知方法;第五是通過嘗試和糾錯,學(xué)會有普遍意義的自由探索的創(chuàng)造精神。從上述美國的物理教材和費曼對物理學(xué)的認(rèn)識,都可以感覺到我國物理教育所重視和欠缺的是什么。我們大學(xué)物理教學(xué)只重視費曼所講的第一條就是測量和計算,而費曼所講的第二條我們只重視前面一半即從事工業(yè)的發(fā)展,而幾乎不會有提到學(xué)習(xí)所得能將來為人類知識進(jìn)步做貢獻(xiàn)。而費曼的學(xué)習(xí)物理學(xué)5個理由中后面的3條恰恰是物理學(xué)作為一種科學(xué)文化的核心部分。

3物理學(xué)的文化內(nèi)涵

物理是一種文化,對此我們中國人幾乎很少意識到。實際上物理學(xué)最初的源頭是古希臘,物理一詞原意指自然,是要探尋大自然的奧秘。物理學(xué)家薛定諤認(rèn)為科學(xué)是人文主義的組成部分[11],它像歷史、語言學(xué)、哲學(xué)、地理學(xué)音樂史、繪畫史等方面一樣,是人類為了把握人類處境所做努力的一部分。西方不僅科學(xué)家有這樣的共識,倡導(dǎo)人本主義心理學(xué)的馬斯洛認(rèn)為[12],科學(xué)是人類的創(chuàng)造,而不是自主、非人類的東西。科學(xué)產(chǎn)生于人類的動機,它的目標(biāo)也就是人類的目標(biāo),它的規(guī)律、結(jié)構(gòu)以及表達(dá),不僅取決于所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)實的性質(zhì),而且取決于完成這些發(fā)現(xiàn)的人類的性質(zhì)。因此,科學(xué)就是人學(xué)。那么什么是文化呢?文化的傳統(tǒng)含義指的是有知識、有修養(yǎng),從這一角度來看,科學(xué)是人類知識中最經(jīng)得起檢驗和最具有恒久價值的一部分,當(dāng)然是一種文化。另一方面人類學(xué)家“用‘文化’來描寫人類所采用的獨特的、適應(yīng)性體系[13]。可視為一個社會的傳統(tǒng)信仰和行為體系,它被社會團(tuán)體的各個成員所理解,并在個人的或是集體的活動中得以體現(xiàn)。科學(xué)的方法滲透在人文科學(xué)和社會科學(xué)中,科學(xué)和人文有著相近和相通的認(rèn)知方式。所以,科學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代文化中重要的組成部分。科學(xué)作為一種文化,“五四”時期一批文學(xué)大師已經(jīng)有深刻的認(rèn)識。梁啟超在他的“科學(xué)精神與東西文化”一文中總結(jié)科學(xué)精神為求真智識,求有系統(tǒng)的真智識,求可以教人的智識這3種精神。魯迅在《科學(xué)史教篇》寫道“故科學(xué)者,神圣之光,照世界者也,可以遏末流而生感動。時泰,則為人性之光;……”。那么物理學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ),它的文化內(nèi)涵可以有哪些體現(xiàn)呢?

3.1科學(xué)的動機

愛因斯坦對科學(xué)懷有宗教般的感情[14],并認(rèn)為這種宇宙宗教感情是科學(xué)研究最有力和最高尚的動機。科學(xué)家感覺大自然和思維世界所顯示的令人驚異的崇高秩序,想把宇宙當(dāng)成一個有意義的整體來體驗。在愛因斯坦看來,正因為開普勒和牛頓憑借這種真摯而熱切的感情的力量,才能做出那種遠(yuǎn)離社會生活的偉大的工作。來看一下開普勒為自已撰寫的墓志銘[15]:“Imeasuredtheskies,nowtheshadowsImeasure。”(“生來測天空,死亦量地影”)。正是開普勒對科學(xué)至死不渝的探索精神,才能激勵他在一生的顛沛流離中契而不舍地分析海量的天文數(shù)據(jù),經(jīng)歷近20年才最終建立開普勒三定律。愛因斯坦在談及教師與學(xué)生時對學(xué)生說道[14]:“你們在學(xué)校里學(xué)到的那些美妙的東西無不凝結(jié)著世界各國一代又一代人的極大付出和辛勤勞動,這些遺產(chǎn)傳到你們手中,你們可以接受它、尊重它、豐富它。”基于以上偉大的物理學(xué)家對科學(xué)動機的認(rèn)識,再來思考我們該怎樣進(jìn)行物理教育也許是有啟發(fā)的。在教授物理知識的同時,可能更需要傳達(dá)的是這種永無止境的追求真理的精神。

3.2科學(xué)是歷史的產(chǎn)物

薛定諤認(rèn)為現(xiàn)代科學(xué)是歷史的產(chǎn)物而非邏輯的必然[11]。物理學(xué)大廈從牛頓的科學(xué)革命建立開始經(jīng)過300多年的歷史發(fā)展,后面的理論發(fā)展前面的理論,使前面的理論變得局部正確,而不是絕對正確,自然法則都是有條件的陳述,它們只與我們對世界知識的一小部分有關(guān)[16]。事實上科學(xué)是開放的結(jié)局,而不是人類探索世界的終點。比如牛頓的絕對時間和絕對空間分離,到相對論則成了時空不可分割,牛頓力學(xué)發(fā)展到相對論,但牛頓力學(xué)并非是錯了,只是限定了它的適用范圍。從物理學(xué)史的角度看待物理教學(xué),也許可以避免我們長期以來在大學(xué)物理教學(xué)中給學(xué)生的誤導(dǎo),即物理規(guī)律是絕對正確的,學(xué)習(xí)時只問對錯,從不懷疑。致使我們的學(xué)生缺失最基本的對自然的好奇心和質(zhì)疑能力。

3.3科學(xué)追求美

海森堡說:“當(dāng)大自然把我們引向一個前所未有的和異常美麗的數(shù)學(xué)形式時,我們就不得不相信它們是真的。”物理學(xué)家常常會用美學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建物理圖像。科學(xué)的美比如物理學(xué)規(guī)律的美。物理規(guī)律都是用盡可能簡潔優(yōu)美的形式來表達(dá)的。哥白尼提出日心說一方面是基于觀測事實,另一方面則是因為它比地心說顯得更簡潔和優(yōu)美。玻爾茲曼引用歌德的詩表達(dá)對麥克斯韋方程組的贊嘆:“寫下這些記號的,豈非是神?”科學(xué)的美還有物理學(xué)方法的美。著名的伽利略的斜面實驗、牛頓的分光實驗、托馬斯•楊的雙縫干涉實驗、邁克耳孫莫雷實驗等等,都以極具藝術(shù)的方法搭建實驗儀器,揭示物理規(guī)律。可以用羅素在“數(shù)學(xué)研究”中對數(shù)學(xué)的贊美來形容[16]:“科學(xué)有著至高無尚的美,像雕塑般冷峻而簡樸。”由此可見物理學(xué)有著豐富的文化內(nèi)涵,長期以來被我們的大學(xué)物理教育嚴(yán)重忽視,我們的物理教育從一開始就是為了有用的目的而忽視文化層面,使得物理教學(xué)缺乏生氣,學(xué)生難有學(xué)習(xí)的持續(xù)熱情。如果在大學(xué)物理課程內(nèi)容中將科學(xué)與人文結(jié)合,應(yīng)該可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,改善長期以來物理學(xué)習(xí)者對物理學(xué)艱深難懂意欲敬而遠(yuǎn)之的情緒,或許會對重振物理教育起到積極的作用。

作者：潘小青 單位：江西理工大學(xué)