开展多样化的物理教学 培养文科学生的科学素养——我校大学物理（文）教学介绍

刘宇星 王 越

（北京工业大学应用数理学院，北京 100124）

北京工业大学从2012级起，在经管学院的信息管理专业和建筑与城市规划学院的工业设计专业开设物理课程，学时数为48。众所周知，这种大学物理课并不是仅仅对物理知识的传授，还通过物理知识的学习，对学生进行科学素养的培养。为此，从教学理念到教学设计、教学方法及教学方式与工科大学物理都会有很大的不同。下面我们对已开设两年的课程做个简要的介绍。

1 从教学理念出发设计课程

我们的教学理念是以培养“科学素养”为出发点，通过科学内容的讲述和学习过程，将科学的价值、哲学意义和社会影响贯穿于整个教学中，并强调科学的认知过程。由此我们是这样来进行课程设计的。

首先，理解科学精神，学会以科学的眼光看世界。

科学精神包括两大方面：一是科学文化的精神，二是人文文化的精神。从古至今，科学的目的就是追求人类社会和自然界中真、善、美的统一，也就是人和自然的和谐发展，和谐美好人类社会的构建。对于普通人来讲，学习物理学并不是要成为科学家，而是要知晓人类认识客观物质世界的过程与方法，进而能够科学地认识自然、了解世界，尊重科学规律，把握科学方法，在此基础上树立正确的世界观、人生观、价值观。由此在未来的工作之中能够运用科学的方法，勇于探索工作中的客观规律，追求人生和客观世界的真理。通过学习，使其成为具有一定文化底蕴的人，面对当今风云变幻、多维发展、科技渗透到社会方方面面发展的世界，具有科学的价值观、鉴别能力与批判精神，对自己、社会具有人文关注；能积极地投入工作，更能乐观地享受生活。

其次，理解科学与技术与社会的关系，树立科学的价值观与社会责任感。

以下棋为比方，科学就如下棋的规则，而技术是对规则的理解和应用。科学是没有道德判据的，而技术就不一样了，它是一把双刃剑，他需要掌握技术和参与决策的人，来以科学的价值观来判断其好坏。文科物理课程就要展示与物理学有关的社会论题，如臭氧枯竭、全球变暖、技术风险、能源危机、核动力、核武器、环境污染、人口爆炸、资源短缺及伪科学等，使学生理解物理学与社会的关系，知道这些相关问题是如何相应于他们自身及人类的生活，能够经过物理课的学习，始终关心科学与人类生活的关系，能够乐于阅读报纸杂志上的科学文章，并始终对它们感兴趣，能够做出自己的评判，并对社会负有责任感。

最后，了解科学与艺术的关系。

因为我们一部分学生是学习工业设计的，在物理课上更应展示物理和艺术的关系，将科学美融入教学。

科学与艺术都是有智慧的人类对自然和社会感知的描述，只不过描述的方法和语言工具不同而已。李政道先生言：“事实上如一个硬币的两面，科学和艺术源于人类活动最高尚的部分，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。”也如《物理与艺术》的作者施大宁先生总结的“艺术和物理都是构造模型的活动，它们是人类感悟、感知自然的两种相异又相关的手段”。[1]可以说科学仰仗艺术的想象取得突破，科学的简洁的、对称的美，恰好体现了其艺术性，科学和艺术具有共同性和互助性。所以，对于“文科”学生开设物理，实际上是进行科学修养的熏陶，包括科学美的滋养。

2 教学内容的设计

从人类奋斗历程的角度着眼，结合其丰富的哲学含义和社会联系，呈现了古典物理学和现代物理学的广阔视野。其具体内容分四篇进行。

第一篇，从古希腊绘画宇宙图像到牛顿的宇宙；

第二篇，从热学过渡到新物理——熵，一种新的世界观；

第三篇，电磁与光；

第四篇，现代物理学与新宇宙学（相对论、量子物理与现代宇宙学）。

以第一篇为例，我们是这样通过教学内容来将教学理念融合进去的。其涵盖的内容有：

（1）从古希腊到文艺复兴对宇宙图像的勾画。古希腊开始到文艺复兴，西方科学一脉相承的科学理念是对宇宙和谐性的描述。从古希腊用几何学描绘宇宙图像开始，介绍中世纪虽然面临着宗教的统治但依然传承下来的信念：认为宇宙是有规律的，这个规律是可以被发现的。因此正像爱因斯坦所说，历代科学家们以宗教般献身精神投身于科学研究。其中2000多年经历了4种宇宙图像，均有一个出发点就是要解决柏拉图提出的课题，即研究行星的视运动是如何由天体的匀速圆周运动叠加而成的。在理论上找出解释行星如此无规则视运动现象背后的合理化的运动方式。而西方科学对这个问题的解决横跨了2000年，直到牛顿利用万有引力定律和力学三定律才将问题圆满解决。从中使学生体会科学的发现不是一蹴而就的，是多少代人耗尽心力甚至生命而建立起来的，科学的精神甚至信念是具有传承性的。

（2）伽利略开始经典力学的内容。从伽利略开创了近代物理的研究方法，到牛顿力学，其中包含对经典力学的基本计算、在科技中的应用，天文的新发现，宇宙航天等。然后再讲牛顿科学的研究方法及引发的世界观改变。牛顿前世界观是中世纪基督教、古希腊人的地心天文学和亚里士多德物理学结合在一起。是“上帝持续地、能动地存在于整个宇宙，不断地赋予万物目的”。而牛顿力学的世界观把上帝放在了不起眼的次要角色，所以笛卡儿和伽利略相信，“需要上帝来建立自然法则并使宇宙启动，然而一旦启动之后，整个宇宙就自行运转了”。[2]所以这是机械唯物主义的世界观，认为宇宙是一部可以拆卸的机器或是钟表。由此引发出凯恩斯的经济观点：人们可以无限制地利用科学技术来满足日益增长的物质需求，进而产生消费的社会，认为节俭是一种不良习惯，因为它不能刺激生产。这也为以后热学中建立以熵为基础的世界观做了铺垫。这充分证实了物理学家玻恩所言：“真正的科学是富于哲学理性的，尤其是物理学，它不仅是走向技术的第一步，而且还是通向人类思想的最深层的途径。”

从上面内容看，哲学观、世界观、科学美、科技与社会和社会与经济的关系都在内容上得到体现。

3 教学方式及考核方式的多样化

针对不同的教学内容，采用针对性的、多样化的教学方式。现代的教学观念，教学应“以学生为主体，教师为主导”。正如我国著名教育家陶行知先生所说：“先生的责任不在教，而在教学，而在教学生学。”[3]

平时教学的多样化：针对不同的教学内容，采取不同的上课方式。划分为自学内容、读书及讨论内容、上课及讨论内容、演示实验内容、观看录像内容。

对于自学的内容，我们的一般做法是：首先提出问题，让学生带着问题读书、预习。我们用的教材是《物理与文化》，这部书很适合于学生阅读，我们就在网上布置好问题，让学生阅读某一章节，并查找相应的资料，学生以小组为单位进行讨论；再在我校的教育在线网站上提交相应作业。教师查看后，进行统计，若是学生阅读得很好，有80%以上达到了学习要求，就不在课上讲了，有问题的同学再布置其参加课下讨论，把问题搞清楚即可。

对于读书讨论内容：由于课时有限，就布置了一些课下读书内容，如书上的第一章“两种文化的历史演变”、第六章的“20世纪传为佳话的科学争论”、第七章的混沌与“关于全球气候变化研究的新进展”及第九章的“物理亦文化”及结束语等，要求学生阅读后完成网上的有关读书内容的填空作业，再查找一些相关资料，选出代表在课堂上演讲的相关内容。由于经过了大家的学习与讨论，所以，再由其代表将思考与认识讲出来，引起大家共鸣，上课效果非常好。

对于上课应重点讲解的物理内容，我们在让学生预习的基础上，由上课的随堂演示实验入手，让学生从感性认识出发，除教师随堂做演示实验外，在条件允许的情况下，由同学以小组形式事先准备好，边做边讲解，同时还配合播放演示实验录像，帮助学生看清现象；另外还在课下开放演示实验室，让学生动手亲身体验，并且交出实验观察报告。在感性认识的基础上，引出物理内容，并在黑板上带领学生进行必要的物理计算。对于与社会有关的问题，比如在热学中，由熵的概念引出熵增加原理，由此引出能量退化原理，进而引出能源危机、石油枯竭问题，让同学网上调研我国的汽车连年增长的数据和汽油石油使用及进口情况，结合熵增问题进行讨论，从物理理论的角度提出为什么要建立可持续发展的社会和节约能源与资源的必要性。

对于一些与物理相关的热门话题，让学生自己在课下下载或复制老师的录像课后观看，并完成科普录像观后报告，在教育在线网上提交。

另外，要求学生读一本书，写出读书报告，以扩大学生的视野。我们列出一些参考书目让学生阅读。当然学生也可以自行涉猎相关的书籍，目的是让学生进一步加深对课堂问题的理解，从而培养学生阅读科技书的习惯。

由此，相应的考核方式也是多样化的，总评的比例是这样确定的。

平时成绩占40%，包括：（1）演示实验及观察报告（10分），包括课堂观察、看演示录像、演示实验室操作及实验观察报告。（2）作业与读书报告（10分），包括平时的课外作业与网上作业。（3）课堂参与（5分），即平时参与讨论和分组演讲。（4）平时测验（10分）：课前与课后概念检查，在网上提交。（5）出勤（5分）。

期末考试（闭卷）占60%，主要考核对物理基本概念和规律的掌握情况。这样的考核方式充分调动了学生平时学习的积极性。

通过两年的教学实践，我们在教学理念的指导下，不断补充和修改教学内容，不断动脑筋使教学方式多样化，收到了良好的教学效果，使这门课程受到学生的欢迎。

[1] 施大宁. 物理与艺术[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

[2] [美]阿特·霍布森. 物理学的概念与文化素养. [M]. 4版. 北京: 高等教育出版社, 2009．

[3] 方明. 陶行知名篇精选[M]. 北京: 教育科学出版社, 2009.

[4] 倪光炯、王炎森. 物理与文化[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009.