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浅谈理工科学生在博雅教育理念基础上的大学物理教育与教学

2020-08-06 186 上传者：管理员

摘要：本文阐述了在理工科学生必修的大学物理课程的教育与教学活动中融入博雅教育的必要性，并分别从三个方面系统介绍了博雅教育下大学物理的教育与教学，对高校全面开展博雅教育具有一定的现实和借鉴意义。

关键词：
博雅教育
大学物理
物理学
理工科学生
科学素养
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随着社会的发展，人才的培养在注重专业教育的同时，更加重视博雅教育，即人才的培养不但要培养学生修业，更要培养学生做人，“做人第一、修业第二”[1]。在博雅教育中，所谓“博”是指既要培养大学生学文，也要培养学理，做到文理兼备；所谓“雅”是指素养，培养出来的学生要有修养。博雅教育对于理工科学生而言，有其独特之处，它不但要培养学生的国学等人文素养，更要培养学生作为一名工程和技术工作者的科学素养。物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式和相互作用的自然科学，是其他自然科学的基础，以物理学为基本内容的大学物理课程，是理工科各专业学生一门重要的通识性必修课，更是理工科学生博雅教育的重要组成部分。

积极探索新培养模式下的大学物理教育和教学，对理工科学生的博雅教育尤为重要。在大学物理的教育和教学过程中融入博雅教育，可以激发学生学习大学物理的兴趣和提高学生学习大学物理的热情，对理工科学生的博雅教育而言，具有其他理工科博雅教育课程所无法替代的作用。在大学物理教育与教学中融入博雅教育，应从以下几个方面来展开：

1、培养理工科学生自然科学的基本科学素养

物理学是自然科学的基础，大学物理是物理学的重要组成部分，把大学物理中的基本知识传授给学生，使其具备以后作为一个科学工作者或工程技术人员的基本科学素养。大学物理包含力学、振动与波、气体动理论与热力学、电磁学、波动光学和量子物理学等内容，这些内容不但对机械、土木、电子、电气、通信、材料、光电和新能源等专业课程的学习有很大裨益，而且通过介绍大学物理中的定理、定律和规律，可以极大地增强学生的科学素养。

动量守恒定律是物理学众多守恒定律之一，但是该定律并不是在任何运动情况都能成立，如在匀速圆周运动和天体运行中，动量守恒定律就不再适用，科学家通过研究发现，在引入新的物理量角动量后，角动量是守恒的，从而揭示了天体运动所遵循的运动规律，物理上的守恒定律体现了美学中的对称美学，时间上前后不变，空间上左右一样，物理学中的美学无处不在。在气体动理论中，通过学习麦克斯韦分子速率分布规律我们知道，速率大的和速率小的气体分子数都比较少，速率不大不小的分子数分布最多，这与中国古典哲学思想的“中庸”是何其相似，“中庸者，不偏不倚，无过不及，而平常之理，乃天命所当然”，看来，小小的气体分子运动速度也懂得中庸之道啊。热力学第二定律告诉我们，热力学系统向着概率增大（或者混乱度增大）的方向进行，由此，我们知道一个系统越是有序（混乱度越小）就越不稳定，就会向概率增大的方向发展。在植树造林中，对于种植了单一树种的树林来说，这种树林的生态就高度有序，因而就极不稳定，容易发生病虫害；相反，杂草丛生、各种树木都有的无序的原始森林就不会发生病虫害。同样，城市的规划者也不能人为建造一些高度有序的功能化城区，如电子城、大学城、科技园等，这些功能区的公交在上下班挤得要死，而在其他时间则无人乘坐。在电磁学中，麦克斯韦的关于磁生电的涡旋电场假设为人类打开了逆向思维之美，而麦克斯韦方程组也为人类揭示了物理学规律在形式和逻辑上的对称之美。大学物理中，这些融入了博雅教育的定理、定律和规律的例子不胜枚举，这些实例既可以培养理工科学生的“博”，也可以培养他们作为新一代大学生的“雅”。

2、介绍科学家的生平和人格魅力，重塑理工科学生的意志和品质

在大学物理的教学过程中，会涉及许多科学家，这些科学家既包括物理学家，也包括数学家和化学家；或既是物理学家也是数学家、化学家；既有经典物理学家，也有近代物理学家等不一而足，通过把科学家的生平事迹和他们在科学探索道路上所具备的可贵品质和人格魅力介绍给学生，对重塑学生的意志、品质有很大的促进作用。

众所周知，英国科学家牛顿，不但是经典物理学的集大成者，同样也对数学做出了极大的贡献，他有一句名言：“如果我比别人看得更远，那是因为我站在了巨人的肩上”，这是何等的胸怀和气魄，也正是由于牛顿这种虚怀若谷的品质、孜孜以求的精神，才使其在自然科学上取得伟大的成就。麦克斯韦是英国物理学家、数学家，统计物理学的奠基人之一，也是经典电动力学的创始人。他说他之所以有这些成就，有两个人对他影响最深：一个是实验物理学家和登山家福布斯，他培养了麦克斯韦对实验技术的浓厚兴趣，一般从事理论物理的人很难有这种兴趣；另一个是逻辑学和形而上学教授哈密顿，他强制麦克斯韦写作要条理清楚、逻辑严密，并且哈密顿的博学也极大地影响了麦克斯韦，在他们的帮助下，麦克斯韦用三年时间完成了四年的学业，这也为麦克斯韦以后能在科学上取得巨大成就和完成电磁场理论的经典巨著《论电和磁》奠定了基础。近代物理学家爱因斯坦，一生成就斐然，被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。爱因斯坦一生爱好和平、反对战争。在柏林时，他坚决拒绝在纳粹所谓“文明世界的宣言”上签字，却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上了自己的名字，他上书美国总统罗斯福，一定要赶在德国之前研制出原子弹，二战结束后，他公开发表电视演讲，反对美国制造氢弹。爱因斯坦一生也淡漠名利，他的老朋友以色列首任总统魏茨曼逝世后，以色列政府请他担任第二任总统，被他婉言谢绝，他说：“方程对我更重要些，因为政治是为当前，而方程却是一种永恒的东西”[2]。物理学中像这样的例子不胜枚举，这些例子都很真实、生动和励志，对理工科学生的博雅教育可以起到润物无声之效。

3、系统开设选修课，构建大学物理博雅教育的课程体系

通过开设与大学物理相关的选修课，丰富大学物理的教育与教学，形成一个系统的关于大学物理博雅教育的课程体系。与大学物理相关的选修课程有物理学史和近代物理导论等，物理学史是研究人类对自然界各种物理现象的认识史[3]，它包括对物理学发生和发展的基本规律、物理学概念与思想发展及变革过程的研究。通过向学生传授物理学史知识，不但能使学生增长见识，加深对物理学的理解，而且更可以使学生从物理学史中得到有益的启示。近代物理导论是以狭义相对论、量子理论为基础，主要介绍重要概念、主要理论观点及理论精髓、解决问题的基本方法和思路以及在高新技术方面的应用等。19世纪末20世纪初，相对论和量子力学创立，导致了物理学和其他自然科学的革命性变革，在此基础上使物理学、化学、材料学、生物学、地学和天文学等基础学科有了翻天覆地的变化，近代物理的创立为现代高新技术的诞生和发展提供了强有力的理论背景和前提条件。在现代的高新技术中，激光与核能早已得到广泛应用，量子通信也逐渐被人类所利用，开设近代物理学导论，就是让学生能开阔眼界、拓展知识面。

本文从三个方面系统地给出了在大学物理的教育与教学中开展博雅教育的具体办法：通过传授大学物理中的基本知识培养理工科学生的基本科学素养；通过介绍物理学家的生平和人格魅力，来重塑理工科学生的意志和品质；通过开设与大学物理相关的选修课，来构建大学物理博雅教育课程体系。对高校在校大学生特别是理工科学生全面开展博雅教育，具有一定的现实和借鉴意义。

参考文献：

[1]杨福家.博雅教育[M].2版.上海:复旦大学出版社,2014.

[2]阿尔布雷希特·弗尔辛所.爱因斯坦传(汉译传记丛书)[M].北京:人民文学出版社,2011.

[3]郭奕玲.物理学史[M].2版.北京:清华大学出版社,2005.

白继博,林剑花,许仁安.浅谈博雅教育理念下理工科学生的大学物理教育与教学[J].科教文汇(中旬刊),2020(07):75-76.

基金:厦门工学院教学改革研究项目,项目编号:No.JG2018013.