博雅教育理念下大學(xué)物理教育研究

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摘要:本文闡述了在理工科學(xué)生必修的大學(xué)物理課程的教育與教學(xué)活動(dòng)中融入博雅教育的必要性，并分別從三個(gè)方面系統(tǒng)介紹了博雅教育下大學(xué)物理的教育與教學(xué)，對(duì)高校全面開展博雅教育具有一定的現(xiàn)實(shí)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞:博雅教育；大學(xué)物理；科學(xué)素養(yǎng)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人才的培養(yǎng)在注重專業(yè)教育的同時(shí)，更加重視博雅教育，即人才的培養(yǎng)不但要培養(yǎng)學(xué)生修業(yè)，更要培養(yǎng)學(xué)生做人，“做人第一、修業(yè)第二”[1]。在博雅教育中，所謂“博”是指既要培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)文，也要培養(yǎng)學(xué)理，做到文理兼?zhèn)洌凰^“雅”是指素養(yǎng)，培養(yǎng)出來的學(xué)生要有修養(yǎng)。博雅教育對(duì)于理工科學(xué)生而言，有其獨(dú)特之處，它不但要培養(yǎng)學(xué)生的國學(xué)等人文素養(yǎng)，更要培養(yǎng)學(xué)生作為一名工程和技術(shù)工作者的科學(xué)素養(yǎng)。物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式和相互作用的自然科學(xué)，是其他自然科學(xué)的基礎(chǔ)，以物理學(xué)為基本內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是理工科各專業(yè)學(xué)生一門重要的通識(shí)性必修課，更是理工科學(xué)生博雅教育的重要組成部分。積極探索新培養(yǎng)模式下的大學(xué)物理教育和教學(xué)，對(duì)理工科學(xué)生的博雅教育尤為重要。在大學(xué)物理的教育和教學(xué)過程中融入博雅教育，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)學(xué)物理的興趣和提高學(xué)生學(xué)學(xué)物理的熱情，對(duì)理工科學(xué)生的博雅教育而言，具有其他理工科博雅教育課程所無法替代的作用。在大學(xué)物理教育與教學(xué)中融入博雅教育，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來展開：

1培養(yǎng)理工科學(xué)生自然科學(xué)的基本科學(xué)素養(yǎng)

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，大學(xué)物理是物理學(xué)的重要組成部分，把大學(xué)物理中的基本知識(shí)傳授給學(xué)生，使其具備以后作為一個(gè)科學(xué)工作者或工程技術(shù)人員的基本科學(xué)素養(yǎng)。大學(xué)物理包含力學(xué)、振動(dòng)與波、氣體動(dòng)理論與熱力學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)光學(xué)和量子物理學(xué)等內(nèi)容，這些內(nèi)容不但對(duì)機(jī)械、土木、電子、電氣、通信、材料、光電和新能源等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有很大裨益，而且通過介紹大學(xué)物理中的定理、定律和規(guī)律，可以極大地增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)眾多守恒定律之一，但是該定律并不是在任何運(yùn)動(dòng)情況都能成立，如在勻速圓周運(yùn)動(dòng)和天體運(yùn)行中，動(dòng)量守恒定律就不再適用，科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，在引入新的物理量角動(dòng)量后，角動(dòng)量是守恒的，從而揭示了天體運(yùn)動(dòng)所遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，物理上的守恒定律體現(xiàn)了美學(xué)中的對(duì)稱美學(xué)，時(shí)間上前后不變，空間上左右一樣，物理學(xué)中的美學(xué)無處不在。在氣體動(dòng)理論中，通過學(xué)習(xí)麥克斯韋分子速率分布規(guī)律我們知道，速率大的和速率小的氣體分子數(shù)都比較少，速率不大不小的分子數(shù)分布最多，這與中國古典哲學(xué)思想的“中庸”是何其相似，“中庸者，不偏不倚，無過不及，而平常之理，乃天命所當(dāng)然”，看來，小小的氣體分子運(yùn)動(dòng)速度也懂得中庸之道啊。熱力學(xué)第二定律告訴我們，熱力學(xué)系統(tǒng)向著概率增大（或者混亂度增大）的方向進(jìn)行，由此，我們知道一個(gè)系統(tǒng)越是有序（混亂度越小）就越不穩(wěn)定，就會(huì)向概率增大的方向發(fā)展。在植樹造林中，對(duì)于種植了單一樹種的樹林來說，這種樹林的生態(tài)就高度有序，因而就極不穩(wěn)定，容易發(fā)生病蟲害；相反，雜草叢生、各種樹木都有的無序的原始森林就不會(huì)發(fā)生病蟲害。同樣，城市的規(guī)劃者也不能人為建造一些高度有序的功能化城區(qū)，如電子城、大學(xué)城、科技園等，這些功能區(qū)的公交在上下班擠得要死，而在其他時(shí)間則無人乘坐。在電磁學(xué)中，麥克斯韋的關(guān)于磁生電的渦旋電場假設(shè)為人類打開了逆向思維之美，而麥克斯韋方程組也為人類揭示了物理學(xué)規(guī)律在形式和邏輯上的對(duì)稱之美。大學(xué)物理中，這些融入了博雅教育的定理、定律和規(guī)律的例子不勝枚舉，這些實(shí)例既可以培養(yǎng)理工科學(xué)生的“博”，也可以培養(yǎng)他們作為新一代大學(xué)生的“雅”。

2介紹科學(xué)家的生平和人格魅力，重塑理工科學(xué)生的意志和品質(zhì)

在大學(xué)物理的教學(xué)過程中，會(huì)涉及許多科學(xué)家，這些科學(xué)家既包括物理學(xué)家，也包括數(shù)學(xué)家和化學(xué)家；或既是物理學(xué)家也是數(shù)學(xué)家、化學(xué)家；既有經(jīng)典物理學(xué)家，也有近代物理學(xué)家等不一而足，通過把科學(xué)家的生平事跡和他們?cè)诳茖W(xué)探索道路上所具備的可貴品質(zhì)和人格魅力介紹給學(xué)生，對(duì)重塑學(xué)生的意志、品質(zhì)有很大的促進(jìn)作用。眾所周知，英國科學(xué)家牛頓，不但是經(jīng)典物理學(xué)的集大成者，同樣也對(duì)數(shù)學(xué)做出了極大的貢獻(xiàn)，他有一句名言：“如果我比別人看得更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募缟稀保@是何等的胸懷和氣魄，也正是由于牛頓這種虛懷若谷的品質(zhì)、孜孜以求的精神，才使其在自然科學(xué)上取得偉大的成就。麥克斯韋是英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一，也是經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人。他說他之所以有這些成就，有兩個(gè)人對(duì)他影響最深：一個(gè)是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和登山家福布斯，他培養(yǎng)了麥克斯韋對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的濃厚興趣，一般從事理論物理的人很難有這種興趣；另一個(gè)是邏輯學(xué)和形而上學(xué)教授哈密頓，他強(qiáng)制麥克斯韋寫作要條理清楚、邏輯嚴(yán)密，并且哈密頓的博學(xué)也極大地影響了麥克斯韋，在他們的幫助下，麥克斯韋用三年時(shí)間完成了四年的學(xué)業(yè)，這也為麥克斯韋以后能在科學(xué)上取得巨大成就和完成電磁場理論的經(jīng)典巨著《論電和磁》奠定了基礎(chǔ)。近代物理學(xué)家愛因斯坦，一生成就斐然，被公認(rèn)為是繼伽利略、牛頓以來最偉大的物理學(xué)家。愛因斯坦一生愛好和平、反對(duì)戰(zhàn)爭。在柏林時(shí)，他堅(jiān)決拒絕在納粹所謂“文明世界的宣言”上簽字，卻毅然在反戰(zhàn)的《告歐洲人書》上簽上了自己的名字，他上書美國總統(tǒng)羅斯福，一定要趕在德國之前研制出原子彈，二戰(zhàn)結(jié)束后，他公開發(fā)表電視演講，反對(duì)美國制造氫彈。愛因斯坦一生也淡漠名利，他的老朋友以色列首任總統(tǒng)魏茨曼逝世后，以色列政府請(qǐng)他擔(dān)任第二任總統(tǒng)，被他婉言謝絕，他說：“方程對(duì)我更重要些，因?yàn)檎问菫楫?dāng)前，而方程卻是一種永恒的東西”[2]。物理學(xué)中像這樣的例子不勝枚舉，這些例子都很真實(shí)、生動(dòng)和勵(lì)志，對(duì)理工科學(xué)生的博雅教育可以起到潤物無聲之效。

3系統(tǒng)開設(shè)選修課，構(gòu)建大學(xué)物理博雅教育的課程體系

通過開設(shè)與大學(xué)物理相關(guān)的選修課，豐富大學(xué)物理的教育與教學(xué)，形成一個(gè)系統(tǒng)的關(guān)于大學(xué)物理博雅教育的課程體系。與大學(xué)物理相關(guān)的選修課程有物理學(xué)史和近代物理導(dǎo)論等，物理學(xué)史是研究人類對(duì)自然界各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)史[3]，它包括對(duì)物理學(xué)發(fā)生和發(fā)展的基本規(guī)律、物理學(xué)概念與思想發(fā)展及變革過程的研究。通過向?qū)W生傳授物理學(xué)史知識(shí)，不但能使學(xué)生增長見識(shí)，加深對(duì)物理學(xué)的理解，而且更可以使學(xué)生從物理學(xué)史中得到有益的啟示。近代物理導(dǎo)論是以狹義相對(duì)論、量子理論為基礎(chǔ)，主要介紹重要概念、主要理論觀點(diǎn)及理論精髓、解決問題的基本方法和思路以及在高新技術(shù)方面的應(yīng)用等。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，相對(duì)論和量子力學(xué)創(chuàng)立，導(dǎo)致了物理學(xué)和其他自然科學(xué)的革命性變革，在此基礎(chǔ)上使物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、地學(xué)和天文學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科有了翻天覆地的變化，近代物理的創(chuàng)立為現(xiàn)代高新技術(shù)的誕生和發(fā)展提供了強(qiáng)有力的理論背景和前提條件。在現(xiàn)代的高新技術(shù)中，激光與核能早已得到廣泛應(yīng)用，量子通信也逐漸被人類所利用，開設(shè)近代物理學(xué)導(dǎo)論，就是讓學(xué)生能開闊眼界、拓展知識(shí)面。

本文從三個(gè)方面系統(tǒng)地給出了在大學(xué)物理的教育與教學(xué)中開展博雅教育的具體辦法：通過傳授大學(xué)物理中的基本知識(shí)培養(yǎng)理工科學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)；通過介紹物理學(xué)家的生平和人格魅力，來重塑理工科學(xué)生的意志和品質(zhì)；通過開設(shè)與大學(xué)物理相關(guān)的選修課，來構(gòu)建大學(xué)物理博雅教育課程體系。對(duì)高校在校大學(xué)生特別是理工科學(xué)生全面開展博雅教育，具有一定的現(xiàn)實(shí)和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]楊福家.博雅教育[M].2版.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2014.

[2]阿爾布雷希特•弗爾辛所.愛因斯坦傳(漢譯傳記叢書)[M].北京:人民文學(xué)出版社,2011.

[3]郭奕玲.物理學(xué)史[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,2005.

作者:白繼博 林劍花 許仁安 單位:廈門工學(xué)院