“诺贝尔物理学奖获奖专题”课程与通识性科学素质教育

宋国利 梁 红

(哈尔滨学院物理系,黑龙江哈尔滨 150086)

“诺贝尔物理学奖获奖专题”课程与通识性科学素质教育

宋国利 梁 红

(哈尔滨学院物理系,黑龙江哈尔滨 150086)

物理学是自然科学和现代高新技术的基础,人文物理学对于培养大学生的科学价值观、科学思维方法和创新精神等方面有着其他课程不可替代的作用,最适合人文社会科学类专业科学素质教育.本文结合“诺贝尔物理学奖获奖专题”课程的教学实践,论述了解决人文物理学讲什么和如何讲这两个重要的难题的途径,提出了人文物理学要讲现代的物理、生活的物理、社会的物理,讲激动人心的物理.

人文物理学;诺贝尔物理学奖获奖专题;科学素质;通识教育

引言

近年来,围绕着人文社会科学类专业学生科学素质的培养,高等学校教育教学工作者们开展了大量的研究与实践,取得了大量的具有学术价值和实际意义的研究成果和实践经验[1～10].

所谓的科学素质,就是具备理解基本的科学术语和概念的知识基础,对于现代科学技术重大成果和应用价值有所了解,对科学研究的基本方法有所了解,具有一定的科学思维方法和科学判断能力.

那么,如何开展科学素质教育,激发人文社会科学类专业学生对现代科学技术的兴趣、增强对现代科学技术的理解、提升科学素质,是 21世纪高等教育亟待解决的课题.

近二百年的社会进步和科学技术发展的历程表明:物理学是自然科学的基础,是现代高新技术的基础.“物理学是最适合作为对文科学生进行科学素养通识教育的课程.”[4]

20世纪年 90代以来,国内部分高校已经开始研究和探索面向人文社会科学类专业的科学素质教育,实现人文素质教育和科学素质教育的融合.为此,这些高校大多对文科类大学生开设了物理课程,称为“人文物理”[1～3].

那么,这种人文物理讲什么?如何讲?这是两个重要的难题.本文结合“诺贝尔物理学奖获奖专题”课程的教学实践,论述了该课程解决这两个重要的难题的途径和教学设计、课程的特色.

1 课程主题要富有吸引力

选择富有吸引力的主题,把学生吸引到物理学课堂上来,是对文科生进行科学素质教育的前提.

2005年是“世界物理年 (WYP)”,国际国内物理学界开展了诸多旨在提高公众物理学意识和素养的活动.我们面向人文社会科学类专业学生做了“2005世界物理年与爱因斯坦”等一系列有关诺贝尔物理学奖的科普报告,同学们兴趣盎然!应该说是学生们对诺贝尔物理学奖的兴趣激发了我们开设“诺贝尔物理学奖获奖专题”(以下简称“专题”)课程的热情.

“专题”课程以图文并茂的形式,展示了一百多年来“在物理学领域有最重要的发现或发明的人”,展现了百年来物理学最辉煌的成就及其对现代科学技术发展所给予的巨大推动作用,折射出了现代物理学的发展脉络.

“专题”课程使学生结识到 30余位诺贝尔物理学奖得主,分享 20余项诺贝尔物理学奖成果,听到百年来最杰出的物理学家们激动人心的故事,使学生了解哈勃空间、夸克、原子能、放射性、对称、量子化、激光、X射线、超导、磁悬浮等,使其汲取现代科学营养.

“专题”课程从诺贝尔物理学奖得主的成长历程、学术经历、获奖成果及其历史背景等,阐述物理学家们对科学奥秘的执著追求、独立的科学批判精神,期望带给学生的不仅是知识,更重要的是崇尚科学的态度、注重科学素养的意识.

2 人文物理学讲什么?如何讲?

毫无疑问,人文社会科学类专业学生对于物理学的学习是畏惧的!这不仅来源于高中教育阶段泾渭分明的文理割据的教育缺陷,使得大多数文科学生现代科学技术知识匮乏、科学思维方法缺乏、科学实践能力薄弱;还来源于有关科学素质教育的教学理念、课程设计、教学内容、教学方式等不能够引起学生的注意和兴致.但是,不能说学生没有兴趣,“大多数文科大学生都能够认识到科学素质的重要性”.[5]

讲激动人心的物理,讲现代的物理、生活的物理、社会的物理,是“专题”课程的特色,是吸引人文社会科学类专业学生开展人文物理教育的切入点.

2.1 要讲激动人心的物理

诺贝尔物理学奖得主——百年来最杰出的物理学家们大多有激动人心的经历,诺贝尔物理学奖成果也有神秘的背景,这是学生们兴致所在.

通过“专题”课程,使学生结识 30余位诺贝尔物理学奖得主,听到百年来最杰出的物理学家们激动人心的故事,同时分享 20余项诺贝尔物理学奖成果.

“专题”课程展现了“站在巨人的肩膀上”的杨振宁;“一位对自己的祖国充满着深厚感情和眷恋的爱国科学家”李政道;至今仍站在国际物理前沿的探究反物质世界在哪里?“暗物质是什么”的丁肇中等华裔物理学大师的传奇经历.

爱因斯坦——科学巨人,没有哪一位学生不知道这个名字,但很少有同学了解相对论,更是说不清爱因斯坦的杰出成就对于现代物理学、现代科学技术、现代社会的意义.

“专题”课程通过图片、视频、讲座、课外阅读,了解了相对论、宇宙、质能方程,理解了“20世纪,人类对物质世界的认识发生了 3次革命.爱因斯坦个人独立地完成了其中的两次,对第三次革命的形成与发展也做出了贡献与帮助”.(杨振宁)

“专题”课程讲述了 1903年诺贝尔物理学奖获得者居里夫人——第一位女性诺贝尔奖获得者和第一位两次诺贝尔奖获得者,历尽 4年之久、提炼 8吨沥青矿渣、获得 0.1克的镭.爱因斯坦在居里夫人逝世后给予了极高评价:“在像居里夫人这样一位崇高人物结束一生的时候,我们不仅仅满足于回忆她对人类已经作出的科学贡献.一流人物对于时代和历史进程的意义,在道德品质方面,比智力方面更大”.

让同学们从中体会物理学家探究科学奥秘的艰辛历程与追求真理的信念,从中感受科学家高尚的品质和人格魅力.

2.2 要讲生活的物理、社会的物理

现代社会的诸多问题大多与科学技术密切相关,现代社会是科学技术推动发展的时代.例如温室效应与全球变暖、可再生能源与绿色能源、环境污染与生态环境、核电站问题等.这些问题的出现以及相应的解决办法都与现代科技密不可分,作为人文社会科学类专业学生,可以不了解这些问题的技术细节,但是应该理解这些问题的影响、作用.因此,人文物理学要讲生活的物理、社会的物理.

毫无疑问,物理学是我们认识物质世界、理解社会进步、改变生活方式的重要工具,是现代科学技术进步的基础.可是这么讲,人文社会科学类专业学生有兴趣吗?很难!

在“专题”课程的第一讲中,我们第一个题目是“物理学有什么用?”,第二个题目是“什么是物理学?”

“专题”课程通过图片、视频等教学方式,告诉同学们:跑得最快的列车——上海磁悬浮列车、飞得最高的飞机——航天飞机、传播最远的——通信卫星、看得最远的望远镜——哈勃望远镜,就是物理学;长征 3号运载火箭、神舟飞船就是物理学;原子弹、导弹、核电站也是物理学.

目的在于,让人文社会科学类专业学生理解物理学是生活的物理、社会的物理,使其感受到物理学深刻又广泛地影响着人类社会发展!体会到物理学与我们的生活息息相关!

这一切旨在吸引、激发人文社会科学类专业学生对物理学的兴趣,对物理学的关注.

2.3 要讲现代的物理

20世纪以来,由于物理学的重大突破,诞生了相对论和量子物理,从而导致了一系列重大发明和发现,出现了原子能、激光、通信、航天、计算机、微电子、纳米科学与技术等以物理学理论为基础的现代科学技术发展.

现代科学技术知识是人文社会科学类专业学生最匮乏的知识领域;由于对现代科学技术知识的缺乏,已广泛、深刻地影响着人文社会科学类专业学生对于现代科学技术在社会进步、经济建设、生活方式的巨大影响和作用的理解.因此,人文物理学要讲生活的物理、社会的物理.

“专题”课程通过图片、视频、讲座、课外阅读,学生们在分享 20余项诺贝尔物理学奖成果、聆听百年来最杰出的物理学家们激动人心故事的同时,了解哈勃空间、夸克、原子能、放射性、对称、量子化、激光、X射线、超导、磁悬浮等,使其汲取现代科学营养;使学生了解到 X射线与物理诊断、物质放射性与癌症治疗、核裂变、核聚变与核电站、核武器、相对论与宇宙等.

“专题”课程旨在让学生了解百年来物理学重大发展的历史背景和辉煌成就,了解重大科学探究过程及其科学的思维方式,了解 20世纪以来物理学重大进展对科学技术发展和人类社会进步产生的革命性、方向性的作用.

3 人文物理学课程的注意问题

3.1 注意课程设计

人文物理是一门科学素质教育类课程,既不是物理学专业课程、也不是理工类大学物理课程.要注意课程内容的设计,不能将人文物理课程讲成理工类专业大学物理学的简本,简单地成为比高中物理课程多一点、深一点,比大学物理学课程少一点、浅一点的课程;也不能将人文物理课程讲成物理学史.

3.2 注意教学方式

要注重物理概念的理解、物理学理论的应用,而不是技术的细节.重要的是让学生了解到百年来物理学的重大发展,感受到物理学深刻又广泛地影响着人类社会发展,体会到物理学与我们的生活息息相关!

注意采取适当的教学方式.譬如,“专题”课程课外作业要求学生每人“阅读一部诺贝尔物理学奖获奖物理学家传记、5篇以上有关文献”.

[1] 高崇寿.今日物理[M].北京:高等教育出版社,2004

[2] 倪光炯.改变世界的物理学[M].上海:复旦大学出版社,2007

[3] 吴翔.文明之源——物理学[M].上海:上海科学技术出版社,2001

[4] 王勇.开设文科物理的实践与探索[J].实践实验室研究与探索,2009,(12):142～144

[5] 杨学新.我国文科大学生科学素质教育状况的调查研究[J].教育理论与实践.2009,(9):6～8

[6] 杨叔子.创新源于实践[J].实验室研究与探索,2004,(7):1～3

[7] 萧莉.武汉地区部分高校文科学生科学素质状况调查与分析[J].高等工程教育研究,2007,(4):96～100

[8] 徐婕.加强文科专业学生的科学素质教育[J].浙江工业大学学报,2005,(2):180～184

[9] 吴成福.论大学生科学素质教育和人文素质教育的辩证关系[J].黄河科技大学学报,2010,(1):116～119

[10] 李江林.师范院校文科学生科学素质培养的研究[J].湖北师范学院学报,2004,(2):112～115

2010-07-19;

2010-11-13)

教育部高等学校教学研究项目(WJZ W201001db);哈尔滨学院学科发展研究基金项目(HXKQ200614).

宋国利 (1964年出生),男,教授.