（课程与教学论专业论文）文科类大学物理课程的设置及教学研究与实践.pdf

文科类大学物理课程的设置及教学研究与实践 摘要 随着素质教育的全面普及，文理渗透、学科交叉是现代高等教育发展的趋 势。理工科学生加强人文知识教育，文科学生加强科学知识教育，成为高等院 校教学改革的重要问题之一。理工科学生的人文素质教育已取得一定进展，然 而，文科学生的科学素质教育仍处于探索阶段。物理学凭借着在自然科学中的 地位以及与其他学科之间密不可分的联系成为文科学生素质教育的重要课程。 通过研究国内高等院校针对文科学生开设物理课程的意义，我们发现他们往往 只从提高文科学生的科学素质角度考虑，显然这是片面的。首先，本文在此基 础上从以下四个方面考虑了开设文科物理课程的意义：构建文科大学生合理 的知识结构；实现科学素质教育和人文素质教育的互补；向国际一流大学 学习，探索科学合理的教育新模式；文科物理教学也是物理学教育发展的需 要。然后，根据授课对象的特殊性来分析文科类大学物理课程的特点，并对教 材编写和选用原则情况进行了理论探讨。最后，制作了配套的多媒体课件辅助 教学。选用p o w e r p o i n t 和f l a s h 作为课件制作工具，结合物理学在航天、光学、 能源、材料、医学等方面的应用共制作了十个p o w e r p o i n t 课件，用f l a s h 制作 相关动画或生成g i f 文件插入到课件中弥补p o w e r p o i n t 课件的不足，并根据课 堂教学的反馈情况不断地修改和完善课件以满足文科物理教学的需要。 关键词：文科大学生科学素质知识结构文科物理多媒体课件 t e a c h i n ga n dr e s e a r c hi np h y s i c so f f e r e dt ol i b e r a l a r t ss t u d e n t si nt h eu n i v e r s i t y a b s t r a c t w i t ht h eo v e r a l lp o p u l a r i z a t i o no ft h eq u a l i t y - - o r i e n t e de d u c a t i o n ，t h ec r o s s o fa r t sa n ds c i e n c e ，a n do fd i f f e r e n td i s c i p l i n e si st h et r e n do ft h ed e v e l o p m e n to f m o d e mh i g h e re d u c a t i o n o n eo ft h ek e yi s s u e si nt h eh i g h e re d u c a t i o nt e a c h i n g s y s t e mi s ： s c i e n c es t u d e n t ss h o u l di m p r o v et h e i ra r t sk n o w l e d g ea n da r t ss t u d e n t s s h o u l d i m p r o v e t h e i rs c i e n c ek n o w l e d g e s c i e n c e s t u d e n t s k n o w l e d g e i n h u m a n i t i e sh a si m p r o v e dal o t ，y e ta r t ss t u d e n t s k n o w l e d g ei ns c i e n c ei ss t i l li nt h e s t a g eo fe x p l o r a t i o n t h ep h y s i c s ，u p o ni t ss t a t u s i nn a t u r a ls c i e n c ea n di t s i n d i s c e r p t i b l er e l a t i o n s h i pt oo t h e rd i s c i p l i n e s ，h a sb e c o m ea ni m p o r t a n tc o u r s ef o r a r t ss t u d e n t s b yr e s e a r c h i n gt h es e n s eo fo f f e r i n gt h ec o u r s eo fp h y s i c st o a r t s s t u d e n t si nd o m e s t i cu n i v e r s i t i e s ，w ef o u n dt h a tt h e yu s u a l l yo n l yc o n s i d e ri t se f f e c t o ni m p r o v i n gt h es c i e n c eq u a l i t yo fa r t ss t u d e n t s ，w h i c hi so b v i o u s l yu n i l a t e r a l ，s o w et r yt op e r f e c ti t i n t h i st h e s i s ，w ef i r s tc o n s i d e rf r o mt h ef o l l o w i n gf o u r a d d i t i o n a la s p e c t st h es e n s eo fo f f e r i n gt h ec o u r s eo fp h y s i c st oa r t ss t u d e n t s ： c o n s t r u c t i n ga r t ss t u d e n t s r e a s o n a b l es t r u c t u r eo fk n o w l e d g e ：r e a l i z i n gt h e r e c i p r o c a le f f e c to fe d u c a t i o ni ns c i e n c ea n da r t s ；l e a r n i n gf r o mt h ef i r s t w o r l d c l a s su n i v e r s i t y ，e x p l o r i n gs c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ep a t t e ro fe d u c a t i o n ； o f f e r i n ga r t ss t u d e n t st h ec o u r s eo fp h y s i c si st h er e q u i r e m e n to f t h ed e v e l o p m e n t o f p h y s i c se d u c a t i o n t h e n ，a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t yo f t h eo b j e c t so f t e a c h i n g ， w ea n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fa r t sc o l l e g ep h y s i c s ，a n dr e s e a r c ht h e o r e t i c a l l yt h e c o m p i l a t i o no ft e x t b o o k sa n di t sr u l e so fc h o i c e f i n a l l y ，w em a k et h er e l e v a n t m u l t i m e d i ac o u r s e w a r et oa s s i s tt e a c h i n g p o w e r p o i n ta n df l a s hh a sb e e ns e l e c t e d a st h et o o l so fm a k i n gc o u r s e w a r e t e np i e c e so fc o u r s e w a r eh a v eb e e nm a d e ， i n c l u d i n gt h ea p p l i c a t i o no fp h y s i c si ns p a c ef l i g h t ，o p t i c s ，e n e r g yr e s o u r c e s ， m a t e r i a l sa n dm e d i c a t i o n f l a s hh a sb e e nu s e dt om a k et h er e l a t i v ec a r t o o n so r g e n e r a t et h eg i ff i l e sw h i c ha r ei n s e r t e dt ot h ec o u r s e w a r ei no r d e rt om a k eu pt h e s h o r t c o m i n g so ft h o s ec o u r s e w a r em a d eb yp o w e r p o i n t m o r e o v e r ，i no r d e r t om e e t t h er e q u i r e m e n tp r o p o s e db yt e a c h i n gp h y s i c st oa r t ss t u d e n t s ，t h o s ec o u r s e w a r eh a s b e e nk e p tm o d i f y i n ga n dp e r f e c t i n ga c c o r d i n gt ot h ef e e d b a c k so ft e a c h i n g k e y w o r d s ： k n o w l e d g e ， a r t ss t u d e n t s ，s c i e n c eq u a l i t y - o r i e n t e de d u c a t i o n ，t h es t r u c t u r eo f l i b e r a la r t sp h y s i c s ， m u l t i m e d i ae o u r s e w a r e 表格清单 表l - l 开设文科物理课程学校名单l 3 表1 2 开设文科物理课程学校名单2 4 表2 - 1 中国公众的科学素质与国际比较8 表2 2 哈佛大学核心课程目录1 8 表2 - 3 哥伦比亚大学核心课程目录1 8 插图清单 图3 - l 文科物理课程建设主要思路图2 6 图4 - 1 文本素材处理示意图3 4 图4 2 图形素材处理示意图( p o w e r p o i n t ) 3 4 图4 3 图形素材处理示意图( f l a s h ) 3 5 图4 - 4 图像素材处理示意图3 5 图4 - 5 动画素材处理示意图3 6 图4 - 6 导出g i f 格式文件3 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 盒胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：杨均签字日期：砷年r 月；口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金照王些本堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 盒匿王些鑫堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 询均 签字日期：w 订年r 月5 0 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： c 、， 导师签名： 1 幻 期：叩9 电话： 邮编； 致谢 毕业之际，首先感谢我的导师何晓雄教授。在三年研究生学习和生活中。在 各方面我都得到何老师的帮助。何老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，给我 留下深刻的印象。老师不仅传授了我物理知识、帮我解决疑难问题，还教会我 许多为人处事的道理。同时，特别感谢老师在生活上给我和家人的关照。真心 祝福老师和家人健康、幸福、开心! 同时，也感谢理学院的邓铁如老师、邓小玖老师、梅忠义老师、高峰老师， 马力平老师，感谢他们在我读研期间给予我的帮助和悉心教导。 最后，感谢我的同学胡青卓、郑明春、韩从梅、梁艳、张馨予、麻晓敏、 刘洁玮、张晶等在读书期间对我的关心和帮助。 特别感谢我的父母和朋友多年来给予我的支持和关心l 杨娟 2 0 0 7 年5 月 第一章导言 1 1 研究背景 近二十年来，我国经济、文化和科学技术水平飞速发展，人民生活水平显 著提高，综合国力大大增强。我国加入w t o 后，面临全新的国际竞争格局：工 农业产品在国际市场上虽然不再遭遇关税壁垒，却面临高科技壁垒；伴随着人 才市场的开放，我国的高校毕业生在高端就业市场上遭遇到越来越大的竞争，国 家之间的竞争愈来愈明显地表现为人才的竞争和知识的竞争【l 】。自上世纪9 0 年 代末，我国教育界实施素质教育的呼声愈来愈高，高素质、综合型人才越来越 受到市场的欢迎和认可，作为培养优秀人才的高等教育部门则面l 临着新的、紧 迫的教育形势：教育要与国际接轨；课程结构要趋向综合化；文理要渗透；理 工要结合；学科要交叉。教育部副部长周远清在第一次全国普通高等学校教学 工作会议上指出：2 l 世纪中国高等学校培养的人才应当具备基础扎实、知识厩 宽、能力强、素质高这四个特点。其中，对于科学文化的要求，不同科类有所 区别：理工科学生要加强人文知识教育，文科学生既要加强人文知识教育，又 要加强科学技术知识教育【2 】。周远清的讲话表明了我国对未来发展的高素质人 才的重视，也为我们行动指出了方向。 毫无质疑的是高等院校是实施素质教育的最佳场所，担负着培养高素质人 才的重任。同时，大学素质教育要着眼于受教育者的全面、和谐、可持续发展， 体现教育所指向的价值目标。当今，越来越多的思想家和教育家都日益倾向于 把教育看成是一个由科学教育与人文教育所构成的整体。 高校对理科大学生加强人文素质教育是比较顺利的，开设了大学语文美 学伦理学等课程，也取得了十分可喜的成绩。然而，对文科大学生加强科学 素质教育起步较晚，理科向文科渗透进展不容乐观。笔者归纳主要有以下几方 面的原因：文科大学生对自然科学课程认识不足，有畏惧心理，学习兴趣不浓； 文科大学生科学素质基础薄弱，缺乏抽象思维和理性思维，很难找到合适的课 程达到要求；理科教师长期从事专业性很强的教学，缺乏文理通融的教师教授 课程。上世纪9 0 年代，国内部分高校已经开始探索和研究怎样才能更好地完成 理科向文科渗透的教学，实现人文素质教育和科学素质教育的融合。大多高校 纷纷对文科类大学生开设了物理课程，通俗地称为文科物理。文科物理为什么 成为加强科学素质教育的科目，我们可以从物理学在自然科学中的地位，与其 他科学之间的密不可分的联系以及物理学在科学技术发展中的作用来考虑。 物理学是一门基础科学，研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最 普遍的运动形式及其相互转换的规律。由于物理学研究的对象和规律具有很大 的基本性和普遍性，决定了它的基本概念和基本定律是自然科学很多领域和工 程技术的基础。钱学森院士认为：“天文学、地学、生物学和化学这四门基础学 科，从现代科学技术体系的观点讲，都可以归结到物理和数学。根本的基础学 科，就是研究物质基本运动规律的物理，再加上数学工具。”“许多现代工程技 术，也靠物理和数学这两大基础课作为支柱，所以物理和数学也可称为现代科 学技术体系的基础”1 3 1 。 2 0 世纪以来，由于物理学理论的重大突破，诞生了相对论和量子论，从而 导致了一系列重大发明和发现，有力地推动了以原子能、激光、通讯、航天、 计算机、微电子、纳米和基因工程等现代科学技术迅猛发展。使人类的生产方 式、生活方式以及思维方式发生了深刻的变革。物理学作为自然科学的带头学 科和当代工程技术的重大支柱，其基础知识和基本研究方法已渗透到社会生活 的方方面面，应用于生产技术的各个部门，并日益成为社会一般知识和一般意 识形态的重要组成部分。 我们的时代是科学和技术的时代。科学技术以极高的速度发展，又推动社 会飞速地发展，影响着社会生活的方方面面。它们不仅是经济建设的强大手段， 探索宇宙和微观世界及人类自身的前沿，改善我们日常生活素质的工具，而且 它们成为人类文化的一部分。正确的世界观和价值观，正确的思想方法，各种 观念和思潮，都必须以科学为依据。一个民族只有普及科学知识，受到科学精 神的熏陶，崇尚科学，才能告别愚昧，自立于今日世界的民族之林。文科大学 生虽然将来从事的专业不是科学技术方面的实际工作，但是同样应当受到科学 精神和科学方法的教育。物理学作为研究自然界最普遍规律的科学和最成熟的 自然科学，对科学世界观的形成所起的作用是最直接的，物理学的方法是科学 方法的典型代表。 从另一个角度看，今天的许多社会问题和政策问题都是与科学技术有密切 关系。一方面，今天的科学技术的发展已成为一项有组织、有计划、需尽全国 之力来进行的工作( 如2 0 世纪美国的曼哈顿计划、阿波罗计划和人类基因组计 划，以及我国的三峡工程) ，用的都是纳税人的钱，那么，对这些计划和工程的 意义和价值，公民便不能不过问。另一方面，科学技术已经赋予了人类强大的 能力，这就要求我们每个具有强烈责任心，正确地掌握科学技术应用的方向， 以有益而非有害的方式使用这种力量。例如，对核电站和克隆人的争议，目前 在许多国家和地区已成为重大的政治问题和社会论理问题。这些问题的出现以 及相应的解决办法都与科技密不可分。作为现代社会的一个公民，可以不了解 这些问题的技术细节，但是对于一些方向性的问题，应当有自己的见解，不可 以一切都留给专家和政府。这是一个公民应该具有的素质。这就需要公民接受 科学素质，具备起码的科学知识，掌握科学方法，对我们正在做的事有所了解， 因为无知和盲目地使用一种巨大的力量必然会带来灾难。我们的教育要转变为 素质教育，一个重要的目标应当是使公民具有科学素质。接受科学精神和科学 方法，了解科学的价值和功能。对于公民的科学素质教育，物理课起到无法替 代的作用【4 1 。 2 从以上的分析不难看出，文科大学生通过学习物理课程，掌握物理学的基 本知识和基本观念，加强物理思想和研究方法的基本训练，了解和接受现代物理 的研究成果及其应用。只有这样，才能实现人的全面发展，才能提高人的综合 素质。也只有这样，才能培养出适应时代要求的高素质的复合型人才。 1 2 国内外文科类专业开设大学物理课程状况述评 我国开展文科物理教学比国外开展文科物理教学起步晚，国外有些国家在 上世纪中期就已经注意到物理教学对学生发展有着重要作用，重视学生物理知 识和物理科学方法的学习。下面笔者对我国和国外开设文科物理课程情况进行 一些简单评述。 1 2 1 国内文科类大学物理教学概况 我国的文科物理教学从上世纪9 0 年代开始，根据笔者的调研将部分高校开 设文科物理课程的相关情况列在表1 - 1 中，以便更清楚、更直观地展示国内开 展文科物理教学概况。由于受到多方面条件的限制，笔者还了解到一些高校对 文科专业的学生也开设物理课程，但具体课程名称并不清楚，如表卜2 所示。 同时，笔者在调研中发现，由于没有可借鉴的文科物理教材，许多高校根据各 自情况编写了教材以满足教学需要，如同济大学的文明之源一物理学、东南 大学的物理学概念一一文科院系用大学物理教学用书和文科物理十五讲、 西安交通大学文科用的大学物理等，这些教材的出现说明了我国文科物理 教材的多元化，也显露出我国文科物理教学还不成熟，有待进一步完善。 表卜1 学校名称开设课程名称 东南大学文科大学物理与实验，教材物理学概论一文 科大学物理教程与实验 福州大学文科物理、文科生第二种思维方法、自然 科学基本问题与高新技术、物理美学赏析 北京邮电大学大学文科大学物理 上海交通大学大学物理 北京工商大学物理学导论 陕西理工学院文科物理 北方工业大学自然科学史、物理学与人类文明 同济大学文科物理，教材文明之源一物理学 合肥工业大学大学物理( i v ) 3 复旦大学物理学思想方法、物理学与世界进步 湖北大学通识课物理思想与人文精神 武汉工业学院 p h y s i c sl i t e r a c yf o rn o n - s c i e n c es t u d e n t s $ 表1 2 学校名称 中南大学复旦大学北京航空航天浙江大学 大学 北京大学西安交通大学中国科学技术东华大学 大学 1 2 2 国外文科类大学物理教学概况 笔者在做调研工作时主要对美国一些高校开展文科物理教学的情况作了 初步调查。 国外的文科物理教学起步较早，如美国的大学文科物理教学可追溯到上世 纪5 0 年代。而6 0 年代早期有关文科物理的全国性教材的编写工作一一被称为 “哈佛物理教学改革计划”( h a r v a r dp r o j e c tp h y s i c s ) 就正式展开，随后大 学文科物理教材在不断修改和完善的过程中成熟起来。由美国g h o l t o n 编著的 物理科学的概念与理论导论是7 0 年代教改性的物理教材，它的独到之处是 显而易见的：比较注意突出最主要的概念与规律，把重点放在科学中的发现、 推理以及概念形成的本质上。结合物理科学的历史发展来阐述科学研究方法 与思想方法，同时充分而有效地利用科学史和科学哲学阐释了物理科学的本质。 注意物理学与其他科学及社会的联系，加上比较丰富的史料，深入浅出地叙 述物理知识p j 。 阿特霍布森教授是美国阿肯色大学的著名的大学文科物理教育家，从 1 9 7 5 年就开始在阿肯色大学给文科学生开设物理课程，他所编著的 p h y s i c s ：c o n c e p t sa n dc o n n e c t i o n s 在美国被1 0 0 多所大学和4 所高中采 用，2 0 0 1 年已经出版了中译本( 秦克诚等译，上海科技出版社出版) ，可见该 书的可读性和代表性。该书是专为具有文化特色的课程设计的，而非把理工科 学生所用的标准的科技概念性的物理学教材“加水稀释”成的版本，这种文化 气息在技术性很强的课程中是找不到的。该书作为人文的而非技术性的物理学 教材，有以下特点：论述科学价值、其哲学意义和社会影响，特别注重强调 科学方法，结合页边引语、脚注、课堂提问、概念与术语小节等辅助学习手段 展开科学思想的讲解。在不用数学公式的情况下，清晰地介绍了物理学基本 概念和历史发展，特别用整整一半的篇幅介绍现代物理学的基本概念以及其他 后牛顿物理学课题，如相对论的时空观、量子力学的测量观、宇宙创生的暴胀 4 理论和基本粒子的大统一模型等。本书把物理学的概念应用到诸如臭氧枯竭、 全球变暖、技术泛滥的危险、能源、核动力以及核武器等与社会有关的方方面 面的问题上。四条统一的反复出现在教材中的主线，体现了本书的主要教学 目的：将物理学与其丰富的文化内涵联系起来【“。 1 3 研究目的 第一，有利于丰富开设文科物理课程的现实意义。目前，国内高等院校对开 设文科物理课程的意义往往只从提高文科类学生的科学素质角度出发，本课题 还将从以下几点加以考虑：构建文科大学生合理的知识结构；实现科学素 质教育和人文素质教育的互补；文科物理教学是物理学教育发展的需要； 向国际一流大学学习，探索科学合理的教育新模式。可以说从一定程度上完善 并丰富了开设文科物理课程的意义。 第二，阶段性总结教学成果，有助于今后更好地开展文科物理教学工作。 我国从上世纪9 0 年代就已经开展文科物理教学工作，部分高校也相应取得了一 些成果。本文将通过对部分高等院校的文科物理教学的研究，尝试总结优秀的 教学成果，通过制作配套的多媒体教学课件，希望对大学文科物理教学有所帮 助。 第二章开设文科类大学物理课程的意义 在我国，无论是综合性大学还是理工科院校，通常只是在理、工、农、医 等相关专业开设大学物理课程，而文科类专业，如人文、社科、管理、财经类 专业，几乎从未设置过物理课程。长期以来，这种被视为理所应当的状况。直 到我国素质教育实施以来，少数院校开始在这一领域进行一些有益的探索和尝 试之后，情况才逐渐有所改观。全国很多高校也纷纷效仿这一行为，对文科大 学生开设物理课程，该课程对提高文科学生科学素质和改善知识结构有着一定 促进作用，笔者还将从其他几方面加以讨论开设文科物理课程的意义。 2 1 提高文科大学生的科学素质 当今世界，国民的科学素质已成为决定一个国家综合国力发展远景的至关 重要因素。发展科学与教育己为更多的高层次决策者所关注，把提高全体国民的 科学素质放在战略位置已成共识。大学生是国民中特殊的群体，他们科学素质的 高低将直接影响国民的科学素质。由于我国教育体制的不完善使得文科大学生 的科学素质普遍较低，因此提高文科大学生的科学素质应是我国文科教育的重 要组成部分。 2 1 1 文科大学生科学素质状况 华中科技大学对文科大学生的科学素质状况做了一次问卷调查，此次调查 的主要内容包括：对科学术语和概念的基本了解；对科学研究的过程和方 法的基本了解；对科学对社会的影响的基本了解。调查对象主要是华中科技 大学本科在校文科生，另外也涉及了武汉部分高校文科生。对不同年级的文科 学生发放问卷6 0 0 份，其中收回有效问卷4 3 8 份，回收率7 3 。调查结果显示， 不同高校、不同性别、不同年级的文科学生对问题的了解及看法差距不大，因 此我们可以认为这次调查结果具有一定的代表性。调查的最终结果可以总结概 括为：对培养科学素质的重要性和迫切性有一定的认识，但对科技方面的情 况关注不够；对基本的科学术语和概念、科学常识大多数文科生能理解，但 对一些专业的、前沿的科技知识了解较少；对科学技术发展影响社会持肯定 的态度，但对科技能力抱悲观态度，对科技发展的期望趋向它对现实生活的作 用；对科学方法和研究过程有一定的了解，能运用科学的思维方法认识、处 理生活和工作中的问题【6 】。鉴于以上调查的结果，文科大学生科学素质有待提 高，因此加强文科大学生科学素质教育刻不容缓。 2 1 2 文科大学生科学素质培养的必要性 当代文科大学生科学素养不高、科学知识贫乏，决定了加强当代文科大学 6 生科学素质教育的主观必要性，而当今数字时代要求复合型人才的客观要求， 则构成了加强文科大学生科学素质教育的客观必要性【7 】。 1 科学素质教育是文科大学生素质教育的重要组成部分。 素质指的是人们在实践中把知识和能力内化而成的品格，它包括思想道德 素质、文化素质、身体心理素质、业务素质几个方面。通常将思想道德素质、 文化素质、身体心理素质归为人文素质，而业务素质则主要指的是科学素质。科 学素质是人们具备或掌握的科学知识、科学观念、科学精神、科学方法，并运用 于科学研究、科学创新等方面能力的综合反映。文科大学生人文素质较高是毋 庸质疑的，故科学素质则是文科大学生素质教育的关键。 科学技术飞速发展，其速度之快、规模之大、作用之广、影响之深，是历史 上前所未有的。它表现出以下几个特点：发展异常迅速；新学科不断涌现；科 学技术转化为生产力的速度明显加快；科学技术发展的趋势既高度分化又高度 综合；知识传播越来越迅速；时空距离大大缩短。上述特点使人类的生产、生 活以及思维方式发生了深刻的变化1 8 l 。这一变化给理科大学生提出更高的要求： 具有较强的科研创新能力、理论应用于实际的能力、灵活应用现代信息技术的 能力。而文科大学生则是更侧重于科学思想和科学方法的掌握和了解、创新能 力的提高，这往往有赖于科学素质的提高，而科学思想和方法的培养更是高于科 学素质教育中，能力创新需要深厚的科学底蕴。因此，科学素质教育是文科大学 生素质教育的重要内容。 2 加强文科大学生科学素质教育是提高国民素质的客观需要。 江泽民在党的“十五大”报告中指出：“我国现代化建设的进程，在很大程 度上取决于国民素质的提高和人才资源的开发”，“培养同现代化要求相适应的 数以亿计高素质的劳动者和数以千万计的专门人才，发挥我国巨大人力资源的 优势，关系2 1 世纪社会主义事业的全局”。可见，提高国民科学素质是推进国 家发展的重要举措。因此，把提高国民科学素质放在首要位置已成共识，而加 强文科大学生科学素质教育正是迎合这一形势的需要。 美国从1 9 7 2 年起就不间断地每隔两年进行一次公众素养调查，西欧也做， 其他国家也在做。我国从1 9 9 2 年开始，每隔两年也进行公众科学素养的调查， 并将调查结果分析后公布于众。表2 - 1 是我国公民科学素养及国际比较1 9 j 。在 首次对中国公众总体的科学素养进行了调查，调查结果表明，具备科学素养的中 国公众的比例仅为美国公众同项比例的1 2 3 ”】。而在2 0 0 1 年我国公众科学素 养调查结果显示，国民科学素养水平仅为1 4 ，而美国公众基本科学素养水平 1 9 9 0 年就达到了7 ，差距是不言而喻的【l h o 7 表2 - 1 中国公众的科学素养与国际比较 中国美国欧共 体 1 9 9 21 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 12 0 0 31 9 9 01 9 8 9 具备理解科学知识 3 0 13 3 83 0 63 5 7 水平的公众 具备理解科学工程 2 63 42 74 4481 3 3 水平的公众 具备理解科学技术 1 6 2 33 31 6 72 6 4 对社会影响的水平 的公众 具备理解科学素养 o 3o 30 21 41 9 86 94 4 的公众 从表中，我们不难看出，我国公民科学素养相对较低，与发达国家相差甚 远。这种状况已成为阻碍我国社会发展的一个重要原因。另外，科学方法欠缺、 科学精神沉沦，也是我国公众科学素质低的主要表现。 大学生是国家未来发展的寄托与希望，他们的科学素质高低对国家的发展 起着关键的作用。从总体上说，我国大学生的科学素质高于公众的平均水平。 但也应该清楚地认识到文、理科学生科学素质的差异。相比之下，理工科大学 生的科学素质较高，这是由他们长期以来所学知识结构决定的。凭借着对自然 科学的兴趣和爱好，他们一直以来偏重这方面知识的学习。在高等教育阶段。 更是注重专业知识的汲取，科学知识容量逐步增大，科学素养逐渐提高。而目前， 加强文科学生的科学素质教育是提高我国大学生整体科学素质的迫切需要，更 是提高国民素质的客观需要。 3加强科学素质教育是国家经济发展的需要。 回顾上世纪的发展，我们可以看出科学技术在经济增长中的突出贡献和重 要地位，科学技术在经济增长中所占的比重越来越大，科学技术进步成为经济 发展的源泉。经济的竞争实质上就是科学技术的竞争，而科技竞争归根到底又 是国民科学素质、特别是大学生科学素质的竞争。在这一背景下，许多发达国 家把提高国民的科学素质看成是保持国家经济持续增长的重要因素和2 1 世纪 国家综合国力竞争的关键。 1 9 9 4 年2 月，美国科学院举行了“科学与国家利益”的研讨会，半年后发 表了由克林顿总统签发的科学政策报告一为了国家利益的科学，提出了发展科 8 学的五项“国家指标”，其中第五项即是“提高全民科学素质”。报告认为“具 备科技知识是理解和欣赏现代世界的关键”，“为了迎接2 1 世纪的挑战，美国应 成为一个科学知识普及的社会”，“我们的经济实力将比任何时候都更多地依赖 于美国人民对付新挑战和迅速变化的能力”，因而“必须改进美国的教育制度， 以便我们的孩子理解和认识科学，并给予他们成功地竞争高质量工作和过一个 富裕生活的机会。”0 2 1 美国经济的高速发展与国家重视教育、特别是科学素质 教育是分不开的。因此，加强科学素质教育是当今世界教育关注的焦点，也是 国家经济发展的需要。 2 1 3 文科大学生科学素质教育的主要内容 科学素质是人们在认识自然和应用科学知识的过程中表现出来的内禀特 质。主要包括对科学技术知识的理解；对科学研究过程和方法的理解；以及对 科学技术对社会的影响的理解。 所谓科学素质教育，就是通过各种形式的教育教学活动，包括课内、课外 活动，使学生具备必要的科学基本知识和技能，了解和掌握一些科学研究及思 维的方法，发展科学认知能力、思维能力和实践能力，逐步形成科学的世界观、 自然观、价值观与审美观，培养起良好的科学品质与科学精神，从而使学生得 到全面的发展与提高。科学素质教育包含科学知识技能的教育、科学方法的教 育、科学能力的教育、科学精神的教育及科学品质的教育等诸项内容。而文科 大学生科学素质教育的内容应具有一定的特殊性，这是由高校文科教育的目标 所决定的。 1 科学知识教育 科学知识是人们对客观规律的认识和总结，是人类心智征服物质世界，发 现客观真理的记录。科学知识教育，就是让大学生了解或理解基本科学事实、 概念、原理和规律，并能用所学知识解释生活和生产中的有关现象，解决有关 问题，了解科学在现代生活和技术中的应用及其对社会发展的意义。由于科学 知识时刻处在新陈代谢的变化之中，因此科学知识教育必须立足于科学的最新、 最高成就。由于科学知识是科学素质的基础，因此科学知识教育既能提高大学 生对客观世界的认识能力，又能促进学生的智力发展和科学世界观的形成。科 学知识教育有利于培养学生的科学精神，形成尊重科学、实事求是的风尚；有 利于教育大学生掌握科学方法，提高认识世界、改造世界的能力；有利于增强 大学生的创新意识，激发他们的智慧和创造力；有利于大学生形成健康、文明 的生活方式、提高精神文化生活的品位和质量。 2 科学思想教育 科学思想主要不是指具体的科学事实、定律和理论，而是在科学知识基础 9 上，进一步提炼出来的关于自然界和人类社会存在与发展的最一般规律的合理 观念，是科学知识体系的精华所在。科学思想是人类全部文明的最高理论和思 想结晶，是认识和改造世界的锐利武器。因此科学思想教育主要是使大学生逐 步形成正确的科学观，也使文科学生认识到科学技术的局限性，了解片面地、 不合理地、不严肃地利用科技成果可能给人类的生存环境以及社会生活带来消 极影响，从而今后在工作中能将科学思想和决策融为一体，更好地利用科技成 果为人类造福，为人类文明进步做出应有的贡献。 3 科学方法教育 科学方法是在科学研究过程中所运用的各种方法的总称。它是人们客观认 识世界这一基本目的而采用的手段和途径，是人们获取新知识的重要前提，是 人们探索解决问题的钥匙，是科学研究获得成功的保证。科学方法包括三个层 次：哲学方法、一般方法、具体方法。其中，具体方法一般只适用于专门性的 研究工作，而哲学方法又渗透在一般方法和具体方法之中。因此，对于学生来 说，重点应该掌握通用的一般方法，主要包括观察、实验、假说、抽象等方法。 与科学知识相比，科学方法具有更大的稳定性和更普遍的适用性。一方面，科 学方法是获取科学知识的手段，学生掌握了科学方法就能更快地获取科学知识、 更透彻地理解科学知识；另一方面，科学方法作为思维和行为方式，蕴含着极 大的智力价值。学生一旦将科学方法内化为自己的思维和行为方式，其智力水 平就会大大地提高。因此，掌握科学方法比掌握科学知识更加重要。 4 科学精神教育 科学精神是在探索科学真理和对科学本质的认识和不断深化的过程中孕育 起来的推动科学进步的价值观和心理取向。与科学知识、科学方法相比，科学 精神处于更高的层面。江泽民同志说：科学精神才是科学的灵魂，有了一些科 学知识，不等于就有了坚定的科学精神，科学精神主要包括理性精神、创新精 神、求真精神、求实精神、协作精神、怀疑精神、献身精神等，其中创新精神 是科学探索活动的生命和灵魂。江泽民同志还指出：迎接未来科学技术的挑战， 最重要的是要坚持创新，勇于创新。创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺 发达的不竭动力，科学精神、创新精神不是从天上掉下来的，也不是人们固有 的东西，科学精神需要教育，需要渗透，需要弘扬。科学精神教育就是培养大 学生创新精神、独立精神、求实精神、合作精神等】。 科学知识是提高科学素质的前提和基础，只有掌握一定的科学知识才能更 好地完善知识体系。科学思想是成果，科学方法是能力，科学精神是动力。但 对文科大学生而言，科学知识是其需要掌握且必不可少的，但仅有科学知识也 是不够的，科学思想的形成也是科学发展成熟的标志。而从基础知识上升到理 论认识，则需要科学的思维和方法，科学方法比科学知识更为重要。科学精神 1 0 更带有根本性和基础性，是从科学知识、科学方法升华出的力量。由此可以看 出，科学知识、科学思想、科学方法、科学精神是相互依赖、相互促进的关系。 文科大学生只有在掌握科学知识的基础上，进一步加强科学思想、科学方法和 科学精神，才能更好地提高自身科学素质。 2 1 4 物理学在培养学生科学素质中的优势 物理学是自然科学的基础，是当代技术发展的源泉。无论是新技术、新学 科，还是新思维，物理学始终是它们的原动力。物理学推动着技术进步和创， 极大影响着社会和经济发展，它是整个科学素质教育的摇篮。 1 物理学与科学知识的培养 物理学是研究物质运动的最基本和最普遍规律的学科。因而，物理学所揭 示的物质运动规律具有普遍的适用性，是高素质创新人才应该具备的基本科学 知识。物理学是各类应用科学技术的基础，与人类日常生活和生产活动密切关 联，对人类文明和社会发展进步起着决定性的推动作用。如，电子学、材料科 学、空间科学等都是在物理学发展的基础上生长起来的新兴学科。半导体、计 算机、激光、超导、现代通讯等都是随着物理学的发展而诞生和成长起来的现 代科学技术。确切地说，没有经典物理理论，就没有机械化社会和电气时代， 而没有现代物理理论，就没有计算机和如今的信息时代和现代化社会；同时， 随着当今各种交叉学科的不断出现，物理学已渗透于包括人文、社会、经济、 政治等领域在内的各种学科专业之中，在现代社会的所有领域里，无处不见物理 学的踪影。所以，物理学基本理论当属现代社会各类人才必备的知识基础，只 有文理兼备、知识通融的人才方能满足现代社会的要求。 2 物理学与科学思想和科学方法的培养 物理学在自身的发展中形成了极其独特的思想和方法：物理思想集中最普 遍规律的追求，表现为对未知事物的不断探索和实事求是的精神。物理方法丰 富多彩、巧妙无比。物理学的整个研究过程中尤其看重观察、实验和理性思维 等基本方法，其中，理性思维方法是物理方法中最独特的部分，它包括：理想 化模型法、类比法、逻辑法( 归纳与演绎) 、整体性研究法、统计法和思想实验 法等等。它们一直为其他学科的科学家们所赞赏和借鉴。不论是在自然科学还 是社会科学领域，物理思想和物理方法都在发挥着巨大的作用。正如j s 福思 和k f 库恩所说：“物理学家所用的方法，基本上是整个科学界所用的方法。 事实上，它应称之为科学方法。”，这就决定了物理学在培养人的科学性思维方 式和各种创新能力上具有独特的优势和作用。而科学的认识论和方法论不仅仅 是科技人所应掌握的，同时也应该是所有各类人才都应具备的基本品质。特别 是现代社会的任何领域中的管理、决策、运作等都离不开人的科学性思维和创 新能力，所以科学的哲学思想和开拓创新精神对于当代所有类型的人才来说都 是不可或缺的【l3 1 。文科大学生在学习即便相对简单的物理学过程中，也将会领 略到其中的奥妙，不断吸收有益的东西，开拓思路，锻炼能力，发挥内在潜力， 促进各学科之间的渗透和互补，相得益彰，相辅相成。 3 物理学与科学精神的培养 物理学史具有丰富的教育内容，在科学素质教育中能发挥出独特功能。作 为科学，物理学史记录和传承了物理学过去所走过的道路和所取得的成就。而 从文化的视角来看，物理学史则表示了物理学的思想渊源，以及它的传递、发 展和继承。纵观科学发展史和物理学史可以发现，古今中外能成就大事业者， 都有一个坚持真理，锲而不舍，为事业献身的信念。物理学形成发展过程中遇 到许多艰辛和阻碍，但物理学家孜孜不倦的奉献精神、求真求实的探索精神， 最终使得物理学得到完善和发展。物理学家的这些精神是值得大家学习的，尤 其是缺乏科学精神的文科大学生，对形成科学精神、增加科学知识有着一定的 推动作用。 4 物理学与科学能力的培养 物理学的发展具有三大特点，即它与哲学是同生共长的“连理树”，与数学 是相互促进、共同发展的“并蒂莲”，与实验是一母所生的“同胞兄弟”。因此， 物理学既有哲学的高度概括性、抽象性，又有数学的逻辑性、严密性，还有实 验的实践性和操作性。它对培养学生的观察力、记忆力、想象力、思维力、自 学能力、表达能力、创造能力有很大的启发和帮助。文科学生若能在物理世界 中畅游一番，领略物理世界的神奇和博大，对各种能力、智力以及思想品德的 培养一定会收到事半功倍的效果1 2 】。 2 2 构建文科大学生合理的知识结构【1 4 】 人类的知识是极为丰富多样的，就人的思维实际活动来讲，不可能只是某 一知识要素的孤立运行状态。也就是说，各种知识在思维活动过程中必然会形 成相互作用、相互制约、相互促进的运动状态，即知识结构。创造性思维活动 需要拥有开放的、动态的知识结构。海纳百川，有容乃大。一个人不仅要善于 吸收知识，还应构建一个善于吸收的知识结构，即开放的知识结构。面对知识 信息的急剧增长，文科学生应构建一个合理的知识结构，即开放、动态的知识 结构，才能更好适应社会发展，完善自身的知