大学物理课程在素质培养中的作用

大学物理课程与素质教育一、大学物理在素质培养中的地位和作用∶物理学是研究物质运动的一般规律和物质基本结构的一门学科。物理规律普遍地存在于其它的高级的、复杂的运动形式之中，它是一切科学技术的基础，凡属科学技术问题，缺乏必要的物理知识，不善于从物理角度去思考问题，是走不远的。不管是搞基础理论工作的，还是从事工程技术工作的，在他们的智能结构中，物理不是其中的一个可有可无的部分，而是其整个结构的基础。因此，在校内，不掌握必要的物理知识，就不能学好其他课程，对毕业后从事工程技术工作也会造成困难。特别是今天，随着科学技术的飞速发展，知识老化周期大大缩短。在这种情况下学员在校学习的东西，重点不应该是一些实用技术知识(因为知识的老化，主要是这类知识)，而应掌握知识的核心部分——物理学等基础科学所揭示的自然界的基本运动规律的知识，这些知识是相对稳定的，是能使人终身受益的。因此，科学技术发展的趋势，要求工程技术人员具有比较扎实的理论基础和广阔的知识面。否则，就会因缺乏自身深造的“后劲”和对新技术的适应能力。物理教育的任务，除了传授知识之外，还有另一个重要方面，即培养学员学会物理学思维。通过物理学的学习，可以使学员开阔视野，促进联想，学会从自然现象中抽出物理图象或物理模型的方法，以便更有效地洞察事物的本质。物理学的理论，是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法并通过实践的检验而建立起来的，因此，物理知识本身就本身又具方法论的意义。科学不是死记硬背的知识，科学的任务是探索未知，科学素质终将在获取知识的能力上反应出来，融会贯通的知识是能力的载体。当一个成熟的物理学家进行探索性的科学研究时，常常从定性和半定量的方法入手来提出问题和分析问题，这包括对称性的考虑和守恒量的利用，量纲分析，数量级估计，极限情形和特例的讨论，简化模型的选取，以至概念和方法的类比，等等。这种提出问题和分析问题的能力要靠一定的物理直觉和洞察力。而我们的学生每遇到问题时，总是一开始便埋头于用系统的理论工具，按部就班地作详尽的定量计算，而且常为某些计算细节所困惑，尽管许多问题本可以通过直觉的思考就能得到定性或半定量的结论，普通物理课程应该从头起就有意识地加强学生这种能力培养。物理实验是物理课的一个重要组成部分。它同专业实验一样，都具有培养操作能力的功能。但是，它又与专业实验不同。物理实验属于实验的基本训练，它的主要任务是实验中的观察、测量和分析，让学员掌握实验的基本知识，进行实验基本方法的训练，培养实验的基本技能，养成严肃认真的作风和实事求是的科学态度。从系统地培养学员把理论应用于实践的能力、分析问题和解决问题的能力这个意义上说，物理实验属于启蒙教育。物理实验训练的好坏，直接影响后续的实验课程。综上所述，《大学物理》课程是对学员进行全面基础训练必不可少的基础课程，它在学员素质培养中的整体作用是其它任何学科所不能代替的。二、大学物理教学中学员素质和能力的培养目标及措施∶1．逐步培养学员的自学能力现代科学的发展使知识量迅猛增加，如果仅靠课堂上传授的那些知识，学员在今后将很难适应飞速发展的局面，因此必须使学员具有自行获取知识的能力，才能不断跟上时代发展的步伐，所以在可内容上由简到难地安排一些章节让学员们自学。在要求学员自学以前首先要求教员对这一章(节)的内容进行整理并对学员提出一些能指导学习的问题，这些问题一方面能激发学员们去钻研有关内容的兴趣，一方面使学员们在自学时能抓住重点、思路清楚。自学后要安排一定的时间提问，以便教员了解学员们的自学情况，再根据学员的自学情况进行总结性讲课，加上一些典型的综合分析例题。通过这样由浅入深的自学，一年的大学物理教学完成后学员们的自学能力会有一定程度的提高。2．逐步培养学员的理论联系实际的能力许多高科技的成果都是简历在物理学基本原理基础之上的，而且还有许多物理学研究的内容一旦有所突破将使科技的发展前进一大步。要通过教学中介绍物理学原理在工程实际中的应用，使学员能逐步树立工程意识，并能自觉地探索将物理原理和方法运用于工程技术实际问题，以适应工业技术迅速发展的要求。3．培养学员建立物理模型的能力有些学员学习物理觉得困难，因为他们对物理公式死记硬背，没有去理解这个公式所包含的意义，头脑中没有关于这些内容的物理模型，当然学起来很困难，所以要逐步培养学员能根据物理概念和问题的性质以及实际需要对所研究的对象进行合理的抽象与简化、建立相应的物理模型的能力。如在讲气体动理论中的压强公式时，注意推导公式时所依据的物理模型，在这个模型基础上讲述压强的微观实质与压强相关的现象。所以在整个大学物理的教学中始终要重视在各种情况下能建立相应的物理模型，并要求学员能用语言表达出来。4．培养学员归纳、整理所学内容的能力学员学完一章后，如果不要他们归纳、整理所学的内容，可能他们掌握的还是一些零散的知识，没有系统性。所以要求学员在学完一章后自己写出这一章内容的小结或读书心得。要求他们写小结并不是简单的罗列，而是要写出这一章的最深体会，或者写出这一章的内容的思维方法、研究方法等等。教学实践证明这一方法对于培养学员的归纳、整理所学内容的能力有很大的作用。做这样要求的班级一般考试时都不需要教员给予复习指导。5．培养学员探索与创新的精神在物理学的发展史中，充满了大胆探索和与旧传统观念决裂的创新，以及在这些探索和创新中所形成的科学的思维和方法。这是其他学科所不具有的。我们在课堂教学中尽量讲一些与本堂所授内容有关的发展史，讲授建立这一理论的动因，科学家们的思考，以及他们所做的或成功或失败的有关实验，使学员尽量清楚这一理论从开始探索到成立的过程中科学家们的思维以及研究方法，鼓励他们能从今后的生产实践中找到问题并解决问题，培养他们的探索与创新精神。6．培养学员的科学思维能力大家知道，对于同一个问题，不同人的思考方法和着眼点会不尽相同，解决问题的结果也常有很大的差异。这种差异来源于人的知识背景，也来源于人的思考方法。但是对于每个人思考方法的明显差异，学员们总是不能明确意识到。对于问题能否解决，人们往往归因于知识的充足与否。当然这是一个必要条件，而绝非充分条件，采用不同的思考方法对问题能否解决也是非常重要的。这在物理学发展过程中是屡见不鲜的。因此，我们在教学中有必要让学员了解科学发展史当中成功者的思考方法，从中吸取经验，改进和完善思维方法，形成自己的思维特色。科学思维包括逻辑思维和非逻辑思维，不论是科学家还是一般学生，对于问题的思考方式并不总是严密的、逻辑的，很多时候是非逻辑的、直觉的。逻辑思维能力的训练固然必要，但非逻辑思维能力的培养同样应引起重视，因为物理学发展中的重大突破往往是采用非逻辑的方法完成的。⑴逻辑思维能力的培养逻辑思维是科学思维中的一种最普遍、最基本的形式，主要有分析归纳、数学演绎、类比等几种形式。在物理教学中应十分重视培养学员的这种思维能力。归纳法是从特殊到一般，即从大量个别事实概括出普遍规律的思维过程。力学中的动量守恒，热学中的热一律、热二律，电学中的库仑定律等等都是从实验现象中归纳总结出来的。演绎法与归纳法相反，是从一般到特殊，即从事物的普遍规律推出个别事物的特殊属性的思维过程。如牛顿建立万有引力定律之后，亚当斯和勒维烈就通过数学演绎预言了海王星的存在；又如麦克斯韦建立了描述电磁场基本性质的四个方程之后，很自然地演绎出电磁波的存在，并预言光也是一种电磁波。类比也是一种逻辑思维方式，它是根据两事物之间在某些方面的类似或同一，推断它们在其他方面也可能类似或同一的思维方法。如惠更斯将光与声波类比，提出了光的波动理论；德布罗意将粒子与光进行类比，提出了实物粒子也应具有二象性的著名论断，预言了物质波的存在。在教学过程中，结合具体内容的讲解向学员传授一些典型的逻辑思维方法，有助于学员逻辑思维能力的提高。⑵非逻辑思维能力的培养非逻辑思维能力包括形象思维、直觉思维和创造性思维形式，以想象、直觉和灵感为主。运用想象可以把抽象的概念化为形象的物理图象或物理模型，如在电磁场的教学中，要十分重视电力线、磁力线、等势面等的引入，使学员通过想象，使电场和磁场这种抽象的概念在头脑中形象化，这种想象也有助于学员理解场的基本方程------高斯定理和环路定理。直觉是一种敏锐的洞察力，在物理学史上留下了光辉的篇章，对事物本质认识的决定性一步，往往是在直觉思维中完成的。奥斯特发现电流的磁效应以后，法拉第凭直觉敏锐地洞察到∶既然可以电可以产生磁，磁为什么不能产生电呢?循此思想，经过十年的努力，终于发现了磁感应定律。创造性思维的特点是“思路奇特”、“违反常规”，也是一种非逻辑思维方式。物理学发展过程中，每一项基础理论的重大突破，无一不是创造性思维的结晶。如狭义相对论中的洛仑兹变换最初是洛仑兹提出的，但他始终盲从牛顿的绝对时空观，相信以太存在，所以他虽然走到了相对论的边缘，但他不敢越雷池一步。而年轻的爱因斯坦却大胆地与传统观念决裂，创造性地提出∶时间是相对的！这在当时是需要足够的胆量和气魄的，因此洛仑兹也承认，是爱因斯坦创立了相对论而不是他本人。又如麦克斯韦在创立电磁场理论过程中，两次有意义的突破都是创造性思维的结果，一次是提出一类新的电场------涡旋电场，另一次是提出“位移电流”的概念。以上所举的事例在教学中如能恰当运用，对拓展学员思维、培养其创新意识和能力具有非常重要的作用。