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1、物理教学与文化素质教育 南开大学物理学院李学潜 文化素质 什么是素质日常生活中出处体现人的素质 人群的 个人的等等这和整体的教育有关 但受教育程度绝不等于素质的高低素质的定义有一定的相对性 物理相关的文化素质 物理学中强调的素质1 学物理的毕业生都在干什么 合格 的含义是什么 答 是对国家的经济建设 对改进人民生活水平 对促进和平 对环境保护做出贡献 对提高广大群众的教育水平等等对人类认识自然 对反对伪科学 对探索宇宙最基本规律做出成绩等等 物理 2 时代的科学巨人 物理方面 牛顿伽利略爱因斯坦兰道温伯格李政道和杨振宁等等 他们创造了历史 中国人的科学素质 几千年来我国的科学成就在千年的文明史
2、中有无数的发明却没有发现四大发明 指南针 火药 造纸 活字印刷也有圆周率 杨辉三角等等数学上的成就有浑天仪 地震仪但是 在哈雷彗星上 中国保留最早 最完整的记载 却没有认定过它是同一颗彗星每76年访问我们一次 哈雷根据一次观测和很少的记录 以及牛顿力学就得到了结论 我们要反思为什么是这样我们的思想被禁锢了 是什么限制我们去做创新的思维 为什么 什么是物理基本的物理规律的得到是 粗化的过程 郝柏林院士 应用物理规律到工程和其他方面是 细化 那么我们学会的是细化 更应该学会粗化 例如 库伦在测量两个电荷间的作用力时 绝得不到与距离平方成反比的结果 而可能是1 9 2 1等等 那他凭什么得到平方反比
3、率呢 当然现在我们知道这是高斯定理的结果 或从量子场论也能得到 科学的直觉和天才的推想 仅仅如此吗 素质 能从错综复杂的实验现象中 粗化 数据和信息 得到潜在的 基本的物理规律是走到物理学顶峰需要的 而我们的教育似乎只朝着细化 再细化的方向前进 这是一个基本的素质问题 然而细化并非不对 事实上对大部分学生 特别是将来不从事基础研究的学生更为重要 素质 然而为了培养最优秀的物理学家 我们的教育做的是不够的 也就是说我们的绝大部分学生不会粗化问题 这点在中学生的题海式学习方式中充分体现 他们不考虑物理图像 或深入探讨为什们是这样 不是这样有会是什么等等更深奥的层次 影响素质教育的根源 显然影响素质
4、教育的根源是我们的应试教育 这其实不是近代的首创 千年来在中国的科举制度就造成了这种局面 八股之可恨是人人皆知的 但改变它却很难 高考是公平竞争 它要求学生考出高分 这迫使中学老师强调做题 用题海来代替分析和深入思考 对这点我们无能为力 真的 素质培养 然而到了大学阶段 是改变这一切的时候了 我们的责任是把学生 至少是一部分有志研究物理基本规律 不论是要成为理论家还是实验物理学家 的学生引导到新的思路上来 图片 前进中的物理学与人类文明 改变世界的物理学 课程深入浅出地讲授人们如何一步步地认识从大到星团 宇宙 小到夸克 电子的物理世界 展现物质的演化和内在联系 探讨人类逐渐逼近真理的过程 探索
5、自然界的奥秘 物理学的新进展不仅开拓了人类对自然界的认识 而且引起了技术上的革命 量子力学的诞生开始似乎只有学术上的意义 因为它是关于微观世界的物理 但如今没有量子力学哪有计算机 甚至我们人类文明所依赖的电视 手机等等都不能离开它 开始的探索最终导致丰硕的成果 引自 AdvancingPhysics I LawrenceandM Whitehoouse 模型 对物理学家来说重要的是如何建立合理的模型 即 粗化 的过程 而应用是 细化 的过程 建立合理的模型是第一步 也是最重要的一步 其他的是如何用数学来计算了 如何进行素质教育 也许我们可以说教师是关键 但其实教师和同学的相互作用更重要 首先教
6、师要对所教的课有热情 举个例子麦克斯韦方程组 续 这个负号至关重要 因为只有它存在 电场和磁场才满足波动方程 也就是说才有电磁波存在 才有光 有电视 有手机信号和我们享受的人类文明 否则这个世界将是漆黑一片 因为太阳和星星的能量决不能以光能形式传播到地球 我们在学习麦克斯韦方程时真正体会的大自然的奥妙 我也希望把对大自然美的感受传递到每个学生 让他们也来分享 素质培养 再例如至为熟悉的牛顿公式F ma实际上包含了深刻的哲学问题 如何从一个公式中同时定义力和质量在中学阶段我们不敢把问题深入 但在大学阶段我们一定要引导学生思考 素质培养 事实上如果老师巴克讲得太完美 逻辑似乎无懈可击 学生在感叹之
7、余没有什么要做的了 但是 其实所有的理论都是不完美的 有很大的局限性 但年轻的学生看不到这点 这需要教师指出来 我们在上课时 时时刻刻都在讲解这些公式 定理 但同时指出所用的近似 以及在使用中应该如何推广和修正 这也要求教师自己做科研 有心得 有体会 素质培养 他们在讲课中结合自己的科研工作和体会向学生介绍在科研中的方法以及心得体会 特别是对与课程有关的内容 我们也注重介绍与之有关的最新进展 例如目前世界上对磁单极的理论研究和实验结果 这样不知不觉中向学生灌注了思想 引起学生对所讲内容的兴趣和学习热情 其次就是要学生的配合了 没有学生的积极性和配合那一切是空的 素质培养 但学生 特别是大部分学生是比较被动的 要引起他们的兴趣 教师的办法很多 但归根结底是要将学生和自己放在对等的地位 决不是居高临下的不负责任的教学 课堂上教师和学生的交流是重要的 因而 多媒体可以用来做辅助 但不能代替传统的黑板教学 正确使用多媒体可以得到非常好的效果 但要喧宾夺主可能带来想不到的恶果 当然 这是我个人的看法 老前辈的教诲 彭桓武先生九十多岁的高龄 应南开学子们的邀请到南开为今日物理做讲座 他的睿智和生动的讲演给我们展现了大师的风采和对物理学的深刻理解和追寻探索物质世界的热情 总结 素质教育是必须的 也是给大学教师们的职责 它不是一朝一夕的事我们任重而道远谢谢大家
