文理交锋，星火燎原——浅谈文科物理课程内容设置

杨　旭　王明吉　张　雨

(东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆　163318)



文理交锋，星火燎原——浅谈文科物理课程内容设置

杨旭王明吉张雨

(东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆163318)

摘要文科大学生工作之后所研究的大部分问题要涉及自然界已有的客观规律，而物理学是揭示这些规律的最基本的学科，听之受教、学之获益、用之得法.从物理学的自然属性、人文属性及其促进文理交融3个方面分析文科大学生学习文科物理课程的益处，介绍东北石油大学文科物理课程内容与实验内容的设置，提出文科物理授课应重结论，轻推导；重思想，轻步骤；重方法，轻细节，注重引导文科大学生结合自身人文优势，对各种事物和现象进行创新思考.

关键词文科物理；课程内容；文科大学生；创新思考

文科与理科的差异是由“文理分科”的教育制度导致的，我们在承认客观存在的差异性的同时，不能否认文、理科的同一性，因为“矛盾是对立统一的”.文科与理科所代表的不同的思维方式在某些问题上可以达成共识，也能碰撞出新的智慧火花，这恰恰是当代大学生所应具备的“跨学科”思维.人文科学和自然科学的渗透和人文教育与科学教育的融合是科学、技术、社会发展的必然结果[1].

波动量子力学的创始人、物质波理论的创立者、1929年诺贝尔物理学奖获得者——德布罗意，就是在放弃了法国历史研究的计划之后才踏上了物理学的研究之路的；语言学家亚历山大·贝尔想通过导线中的电流来传递声音；英国眼科医生托马斯·杨创建了生理光学，详细研究了光的波动性质.与他们类似，当代文科大学生同样具有扎实的哲学基础，丰富的感性思维和历史的长远视角，他们在学习了物理学的相关知识后往往能够从其他视角看待问题，从整体的框架上考虑问题，给“只缘身在此山中”的理科人找到那“柳暗花明”的一条明路.

时至2015年，许多优秀的文科物理教材已经相继出版，文科物理课程教材选用的范围进一步扩大.谢东、王祖源编写的《人文物理》和赵峥编写的《物理学与人类文明十六讲》是高校选用较多的文科物理教材，但纵观目前的文科物理类教材，其内容仍然五花八门、八仙过海、各行其是，每本教材都有自身的侧重和特色.文科物理课“教什么”“怎么教”是摆在每一位任课教师面前的重要课题[2].本文从物理学的自然/人文属性和物理学促进文理交融3个方面论述了开设文科物理课程的作用，并详细介绍了我校文科物理课程的内容设置.

1物理学的自然属性

物理学是研究物质在时间、空间中的性质、运动和相互作用的一门学科，甚至时间、空间本身也是物理学的研究对象.其内容涵盖力学，热学，电磁学，光学，原子物理学，相对论，量子论和现代物理的各个分支.它描绘了物质世界的一幅完整的图像，揭示出各种运动形态的相互联系与相互转化，充分体现了世界的物质性与物质世界的统一性.因此，文科物理需保证其基本物理知识体系的完整，需要集知识性、逻辑性与趣味性于一体，并努力突出物理学中的人文文化.

2物理学的人文属性

2.1　提升学生的认识论

通过学习文科物理课程，文科大学生可以更加客观地认识自然界，认识生活中常见现象中所蕴含的基本规律，使头脑中常识性的科学知识增多，自然而然地提升学生自身的科学素养和思维品质.例如： 地球是圆的，日光是七彩的，原子是可分的，重力是向下的，浮力是向上的，增透(反)膜是光的干涉，极光的产生是地磁与大气电子的作用，雷电的产生是正负电荷的中和，质量亏损会造成巨大的能量释放，世界可以是离散的而不是连续的等.

2.2　丰富学生的方法论

物理学所提供的方法论是文科物理课程内容中最受学生欢迎之处，学习过文科物理课程的学生可以在潜移默化中学习到许多处理问题的方法.比如综合的方法(叠加法，迭代法)、类比的方法、对称的方法、守恒的方法等等.麦克斯韦通过把力线和不可压缩流体的流线加以类比，找到了法拉第力线的数学描述；德布罗意通过力学和光学类比，引进了实物粒子波粒二象性概念；杨福家院士曾讲过,复旦大学物理系学生何华利用夸克理论计算经济运行规律，10个月内为Solman Blad公司赚了两亿美金[3].

2.3　强化学生的能动意识

通过文科物理课程的学习，学生可以亲身感受到人类改造自然的巨大能力.比如： 力学和热学的发展引领人类找到了机械力以代替人力，促进了工业化大生产时代的到来；电磁学的发展使人类又找到了更强劲的动力——电力，人类从此进入了电气化时代；近现代核能技术、超导技术、信息技术、激光技术、电子技术的发展在更高层面上改变了我们的世界和生活.课堂上，我们一直注重传递的理念是： 在具备了牢固坚实的学识基础和独立创新的思维品质之后，人类就可以更大程度地改造自然界，改变我们的生活.

3物理学促进文理交融

量子力学之父普朗克曾说过： “科学是内在的整体，它被分解为单独的部门不是由于事物的本质，而是由于人类认识能力的局限性.实际上存在着由物理到化学，通过生物学到社会科学的连续链条，这是任何一处都不能被打断的链条”.处在科学链条后半部分的人文社会科学无可避免地需用到自然科学的基础知识.很难想象一个对核能，超导，激光，等离子体等现代科技完全不了解的管理者会做出怎样的科学的决定.美国麻省理工学院要求主修文科的学生必须修习占学士学位课程学分总量16.5%的自然科学，方能获得学士学位[4].

文理间交融则两利，分离则两弊.首先，科学精神与人文精神的交融，有利于形成正确的人生追求，既求真又求善，方能形成全面负责的责任感；其次，科学知识与人文知识的交融，有利于形成完备的知识结构.知识是文化的载体，是思维、方法和精神的基础，没有知识就没有力量，没有完备的知识结构，就没有全面发展的基础；第三，科学思维与人文思维的交融，有利于形成优秀的思维品质，优秀的思维，一要正确，二要有原创力，逻辑(科学)思维保证思维的正确性，直觉、灵感、顿悟与形象(人文)思维提供思维的原创能力；第四，科学方法与人文方法的交融，有利于形成有效的工作方法，科学方法讲实证，讲“理”；人文方法讲体验，讲“情”，合“理”顺“情”，自然有效.文理分家，必然导致学生学习的片面性，考虑问题不够全面，思路不够开阔.具有理性思维的文科大学生才是国家未来优秀的管理者和决策者.

4文科物理课程内容

东北石油大学文科物理课程总学时为40学时，其中课堂讲授32学时，物理探索演示实验8学时，在这有限的课时框架下，如何安排课程内容的饱满、丰富性以达到素质教育的要求是需要考虑的一个重要问题.经过6年探索与实践，我校设置的文科物理课程内容如表1所示.

表1　文科物理课程内容

在课堂上，教师通常围绕每一部分中最主要的内容展开教学.比如： 力学主要围绕牛顿三定律和万有引力定律展开；热与统计主要围绕热力学4个基本定律和熵在统计力学中的应用展开；光主要讲杨氏干涉，圆孔衍射和激光；电与磁主要讲高斯定理，环路定理及麦克斯韦方程组等等.教师在授课过程中重结论，轻推导；重思想，轻步骤；重方法，轻细节.教师不会在课堂上做大段公式的推导，甚至不要求学生记住复杂的数学公式，但教师非常注重将物理定律所传达出来的思想表述给学生，将物理所能解决的基本问题讲解给学生，将物理思想与方法、科学精神、创新意识等形象生动地表述给学生.比如地面物体之间的力和宇宙星体之间的力为同一种力，都是万有引力；热力学第一、第二定律否定了永动机的存在，提出了提高热机效率的有效方法；熵是系统混乱程度的量度，自然和社会都永远处于熵增加的过程中；光既有粒子性又有波动性；电流与磁体所表现出的磁效应，其本质都是电荷的运动等等.我们的课程力争从探索宇宙、探索人生、探求真理的角度出发，让学生认识世界、启迪心智、交融文理，从而实现文科生科学精神与人文精神的融合.有位学生曾经评价： “电子书不如纸质书，观其书不如知其人.”

5文科物理实验内容

物理学是一门实验科学，所有的物理定律的形成和发展都是建立在对客观自然现象的观察和研究的基础之上.理论和实践并重、相辅相成、有机融合是物理教学的新模式.对丰富多彩的物理现象进行观察和探究，不仅可以帮助学生理解物理概念，提高学习兴趣，还可以激发学生的探索热情和创新意识.因此，我们为学生精选了8学时形象生动的演示实验，内容设置如表2所示.

表2　文科物理演示实验内容

演示实验课在我校物理探索演示厅中进行.在课堂上，学生可以参观到许多神奇的物理现象.通过亲自动手操作实验，重复并解释这些物理现象，学生既加深了对课堂知识的理解，又锻炼了实际动手能力和独立解决问题的能力.每一次课，学生们都在兴趣盎然的状态下度过，课后会有很多学生愉悦的表达，进过物理实验室的文科生确实与众不同了，不仅开阔了视野，增长了见识，还学会了许多本领.我校文科学生在商场的3D电视销售区，将偏光式3D立体电视和快门式3D立体电视的基本原理讲得很清楚，让商场中的售货人员惊愕了许久，连连询问他到底是不是学文科的.

6结语

学习了自然科学的文科大学生能够重新思考生活，加深对自然界中已发现规律的认识，并利用这些规律去想去做别人没想和没做的事.在触类旁通之后，文科大学生有很大的可能会创造性地提出新观点、新想法.文科物理课程听之受教、学之获益、用之得法,文科的感性思维结合物理学的理性思维会使文科大学生在思维方式和处理问题的方法上胜人一筹.

参考文献

[1]周远清. 挑战重理轻文——推进人文教育与科学教育的融

合[J]. 中国高教研究, 2002(1): 11-12.

[2]王晓鸥, 霍雷, 孟庆鑫,等. 文科物理教学方法改革尝试与思考[J]. 物理与工程, 2012, 22(2): 45-48.

[3]吴大江, 呼中陶. 文科物理学教程: 物理概念与科学文化素养[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2010.

[4]周雨清. 东南大学文科物理教学改革的反思[J]. 高等工程教育研究, 2000(2): 89-92.

作者第一稿审阅意见摘录：

文中主要介绍了作者所在学校是如何教文科物理的。其中主要介绍的是物理对文科学生提高科学素养的作用，作为一个互补也应补充谈谈课程中是否有涉及介绍文科对物理学发展的影响和作用？因为作为人类文明的两大基础，“文”和“理”各有所长，无法相互替代。但文中主要谈理如何影响文，给人“理”远高于“文”的感觉，这是不完整的。作为一个完整和客观的介绍，似应补充些“文”如何影响和反馈于“理”甚至推动理的前进的内容，这样的文科物理教学才真正全面和客观。

修改稿审阅意见摘录：

本文介绍创新需要人文思想时，列举两个例子并总结出：文科出身的贝尔和德布罗意在物理学中取得巨大的成功，当归因于他们结合自身优势再进行理性思维和创新思考的结果。人文思想，甚至是哲学思想如何影响物理学研究(任何的科学研究)中的成果不是一小段就能说清楚的。不如把这段提到本文的引言中说明文理兼备很重要等，本文的重点是介绍作者所在学校的文科物理课程建设，包括实验课程的建设。很遗憾修改稿没有写出“文”是如何影响“理”的，不过作为教学交流，此第三次修改稿可以发表。

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INTERACTION OF ART AND SCIENCE, A SINGLE SPARK CAN START A PRAIRIE FIRE—DISCUSSION ON THE CONTENT ARRANGEMENT OF LIBERAL ARTS PHYSICS COURSE

Yang Xu Wang Mingji Zhang Yu

(College of Electronic Science, Northeast University of Petroleum, Daqing, Heilongjiang 163318)

AbstractAfter the liberal arts students graduate and start their career, most of the issues studied by them involves the existing objective laws in nature. Physics is the most basic subject to reveal these laws. Learning of physics can help us obtain natural knowledge, edification, and methods of solving problem. In this paper, we analyzed the benefits of studying liberal arts physics course for the liberal arts students from three aspects, consisting of the natural properties of physics, the human culture properties of physics, and its promotion on infiltration of humanities and science. We introduced the teaching content and experiments of liberal arts physics in northeast petroleum university, and proposed that we should pay attention to the conclusion and simplify figure deduced process, lay emphasis on thinking manner and omit partly deduced steps, focus on method and discard trivial details, reinforce the guidance of the students’ innovative thinking about all kinds of things and phenomena by using their advantages of humanistic thoughts.

Key wordsliberal arts physics; course content; liberal arts undergraduates; innovative thinking

基金项目:东北石油大学教育教学改革项目.

作者简介:2015-03-10 杨旭，男，讲师，主要从事基础物理教学科研工作，研究方向为电磁场与旋流分离.yangxu112@163.com