关于物理文化融入大学实验室建设中的思考

刘 杨,吴 钊

(运城学院机电公共实验中心,山西运城 044000)

物理文化是高校校园文化建设中的一个重要组成部分,物理文化一词最早出现在我国1991年的《物理通报》第7期上,该刊以专访的形式刊登了两位外国专家的访谈,题目使用了“物理文化”。随后,解世雄、厚宇德等人相继对“物理文化”进行了较为系统的讨论。2005年1月陈佳洱院士在巴黎的国际物理年启动大会上的报告,肯定了“物理文化”的学术价值和学术地位,他站在人类文化与文明的高度理解物理文化,把物理学视为“文化不可分割的一部分”[1]。物理文化有“广义”和“狭义”之分。广义上,物理文化是人类文化的重要组成部分,它包括物理学科知识体系和体系之外的广大物理世界;[2]狭义上,“物理文化它是以物理学工作者为中心、为创造源泉、为实践者而向人类辐射的一种文化,它集中体现为物理学家的思想及思维模式、情感模式、行为习惯、价值标准、工作方法等等,还包括以体现、表达物理思想、物理知识为目的的物质载体,或以物理探索为目的的仪器设备”[3]。大学实验室可作为物理文化的物质载体,如何将物理文化有效地融入大学物理实验室建设中就显得尤为重要。

1 物理文化在大学物理实验室建设中的作用

物理学首先是一门实验科学。实验是物理学理论的基础和源泉,也是物理学发展的动力。在某些历史时期,震撼世界的物理实验,不仅对物理学的发展起着划时代的作用,而且推动着社会文明,甚至引发了人类思想观念的全新转变。因此有必要把物理文化融入大学物理实验室建设,让学生通过实验室,进入物理实验的科学殿堂,去感受它对世界的震撼,领悟其丰富的科学内涵和文化魅力,从而促进学生的全面发展。在大学物理实验室建设中,物理文化对培养学生的作用主要有以下几个方面:

1.1 培养学生的求实精神

在课堂上应该变革以教师为主导的“看科学、听科学”的教学模式,让学生进入高水平的融入物理文化的演示实验室,领悟求实精神。学生通过自身大量的演示模拟实验,成为“做科学、体验科学”的亲历性探究,来破除学生对物理概念、规律的迷信态度,让学生在亲历科学的探究过程中体验科学的求实规范。

1.2 培养学生的创新意识

物理学的重大发现多是建立在批判性思维基础之上的,批判性思维是推动物理学乃至社会前进的主要动力。[4]通过演示实验室中的融入物理文化的导学系统能培养学生敢于挑战权威,包括敢于向教师的教学过程挑战,敢于向成熟的实验方法挑战,甚至向实验知识体系挑战,进而培养学生的批判精神。促进大学生自我创造意识的形成。

1.3 培养学生的社会责任感

通过以物理文化为主线的导学系统中的物理学史的实例,理解科学技术的双刃剑作用,认识科技发展要接受人类与社会利益、以及法律、伦理的制约,纠正科技至上、科技万能的认识;[5]理解使社会向更加人性化的方向发展是科学的天职,认识科学家、科学团体及他们的活动对社会生活的意义与对社会能起的积极作用,以此来培养学生作为社会公民应有的社会责任感。

2 大学物理实验室建设中如何融入物理文化

2.1 建设高水平的大学物理演示模拟实验室

大学物理演示实验主要是配合《大学物理》课堂教学,凸显物理学是一门实验性科学。让学生在实验中将理论与实际相结合,加深对物理学理论的理解,提高学习兴趣,增强学生实事求是、探索自然的意识,实现从感性认识到理性认识的升华。为此,物理实验室的建设非常重要。通常建设高水平的大学物理演示模拟实验室的面积约需200平方米,需购置演示仪器近100多台 (其中可部分自制),模拟用计算机约40多台。预计可开出100多个物理演示实验,涵盖力、热、电、光等多个领域,这些实验由浅入深、内容广泛、生动形象、效果显著,既展示了物理学的一般规律和形象,又涵盖了现代科技的诸多领域,将极大地增强学生探求科学知识的热情和兴趣。这样不仅能满足辅助课堂教学的需要,还有相当数量超出理论课教学内容、专为开拓学生视野、提高学生兴趣而准备的仪器设备。在注重硬件建设的同时,还要重视软件建设,要不断开发演示实验模拟教学软件供学生网上查询,力求做到“内容丰富、环境良好、运行有效、富有专业特色”。以此来培养学生的求实和理性精神。

2.2 创建全开放的演示实验教学模式

物理文化融入演示物理实验室的建设与应用对大学物理教学、学生能力的提升具有独特的作用,因此大学物理演示实验,可以选修课的形式,对全校所有本科生、研究生自由开放,让学生从中了解自然、探索自然,开阔视野、拓展思维,提高学生的综合素质。学生可利用网络自由预约选课,实施开放式教学的形式。

增设大学物理演示实验课,演示实验课要采用多种教学形式和教学手段。一是将部分演示实验引进《大学物理》教学课堂;二是以班级为单位进入演示室,让学生自己动手进行演示实验;三是利用多媒体导学系统,采用触摸屏的方式对学生自由开放;导学系统用于介绍物理学史和前沿方向,可包括力和热、震动与波、电磁学、光学、近代物理与综合、物理百科6个栏目。前5个栏目涉及全部演示实验,每个实验可按照现象篇、原理篇、拓展篇和背景篇4个层次加以介绍;在物理百科栏目中既可介绍物理学各个分支学科的研究内容、现状及发展前景、具有里程碑意义的发明和发现、物理学发展的重要史料、20世纪科学的重要突破、百年诺贝尔奖、古今中外物理学家,又可介绍物理学在生活、空间探索、军事、材料等领域的应用,还可播放随时录制的最新科技报道;这样能使整个导学系统内容丰富、形式生动、层次分明,兼具知识性和趣味性,以弥补教材的更新与现代科技不同步的缺憾。力求让导学系统能引导学生进行不同层次的、个性化的学习与探索,并追踪近代物理和高新技术的新发展,充分展示物理学理论密切联系工程实际、丰富多彩的学科特点,从而大幅度提高教学效果,进而培养学生的批判精神和创新意识。

2.3 建立物理实验科技橱窗

建立具有知识性、趣味性与现代科学技术相结合的《物理实验科技橱窗》,其内容包括:(1)物理学简史,可使用文字与图片简述几位物理科学家的著名实验及对人类科学技术进步做出的有巨大贡献的成果,并配以科学家人物肖像。简介近500年来在世界上具有重大影响的物理实验的内容及著名物理学家的科研成果、近代物理的应用,包括楞次定律及磁悬浮演示仪、光纤通信、传感器技术和传感器技术的应用等内容。营造出一种物理文化氛围,并以此激发起大学生学习科技、热爱科学、献身科学的精神,培养学生作为社会公民应有的社会责任感。(2)基本器件及常用测试工具的认识,包括电阻系列、电容系列、磁性系列、晶体管系列、集成电路、万用表等常用仪器;(3)陈设物理实验在各个领域中的应用,例如①楞次磁悬浮地球演示仪 (磁悬浮技术是今后需要进一步完善,发展的高新技术,同时具有很好的演示功能);②激光干涉演示(反射光栅、透射光栅立体画,激光干涉图纹具有很强的演示功能,同时还具有一定的互动效果)。通过建立物理科技橱窗,来开阔学生的视野,为学生架起一座通向新科技的桥梁。

总之,在新的历史条件下,高校如何把物理文化有效地融入大学物理实验室建设中,让大学生接受物理文化的熏陶,发现和感受物理世界,培养学生的科学探索精神,是高校值得探讨的带有前瞻性的重要课题。广大教育工作者既要借鉴其他院校的实践经验,又要立足本校实际,力求建设更具物理文化特色的高校实验室,为我国现代化建设培养出更加优秀的栋梁之材。

[1]陈佳洱.物理与文化[J].物理通报,2005(3).

[2]厚宇德.物理文化与物理学史[M].杭州:浙江科学技术出版社,2005.

[3]解世雄.物理文化简论[J].科学研究,1998(1).

[4]姚文清.构建新型物理教学文化,培养学生批判性思维[J].哈尔滨学院学报,2003(12).

[5]孟建伟.知识教育到文化教育—论教育观的转变[J].教育研究,2007(1).