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1、文化视角下的工科大学物理实验教学 李国峰 内蒙古科技大学理学院 摘 要： 大学物理实验课程的首要功能是进行科学文化教育, 其任务本质上是推进科学文化的本土化。通过构建浓厚的科学文化氛围、建设以人为本的课堂文化、从科学文化的高度评价教学效果等措施, 使学生成长为具备科学文化思维、具有创新能力的人才。关键词： 科学文化; 物理实验; 教学; 作者简介：李国峰 (1975-) , 男, 山西定襄人, 副教授, 主要从事大学物理实验教学工作。收稿日期：2017-05-18基金：内蒙古自治区高等学校教学改革科学研究项目 (2015NMJG054) Physics Experiment Teaching
2、in Engineering University from the Perspective of CultureLI Guo-feng School of Science, Inner Mongolia University of Science and Technology; Abstract： The primary function of the university physics experiment course is to carry on the science culture education, its mission essentially promotes the l
3、ocalization of the science culture. Through the construction of a strong scientific and cultural atmosphere, the construction of people-oriented classroom culture, from the scientific and cultural evaluation of teaching effectiveness and other measures to enable students to grow into a scientific an
4、d cultural thinking, innovative ability of talent.Keyword： science and culture; physical experiment; teaching; Received： 2017-05-18大学物理实验作为工科大学一门重要的科学文化基础课, 历来受到重视。其教学改革, 高等教育界从教学观念、方法、模式、课程设置、实验教材、教学内容、教学手段、教学评价等诸多方面进行了研究, 取得了很多积极成果。本文结合教学实践, 从文化视角探讨了工科大学物理实验教学。一、大学物理实验课程的科学文化教育功能从文化的角度看, 大学物理实验课程的
5、首要功能是对学生进行科学文化教育, 使学生自身获得发展。“文”, 说文解字解为“错画也, 像交文1”。“化”, 说文解字释为“教行也2”。易经贲卦首次把“文”和“化”关联使用:“观乎天文, 以察时变;观乎人文, 以化成天下”。西汉刘向说苑指武首见“文化”一词:“圣人之治天下也, 先文德而后武功。凡武之兴也, 为不服也, 文化不改, 然后加诛。”近代以来, 英文 culture 一词翻译为“文化”, 英文 culture 出自拉丁语 cultura, 意为“种植”、“耕作”和“养殖”。可见, “文化”的本意是通过教化使人得到发展。现在, “文化”一般释义是:人类在社会历史发展过程中所创造的物质财
6、富和精神财富的总和, 特指精神财富, 如文学、艺术、教育、科学等。科技文化则包括科技器物、科学知识、科学思维方式、科学精神和科学道德规范等;其进步的动力是生产实践、社会发展的需要, 人类的求知欲、探索本能等;其灵魂是创新, 因此科学文化本质上是质疑与批判。近代以来, 科学文化在整个人类社会领域起着决定性的作用, 其本意是通过发展人类认识自然的能力, 使人类自身获得发展。物理实验文化是科学文化的重要组成部分, 包括物理实验技能、物理实验知识、物理实验设计思想等, 这三者分别可以对应科学文化的科技器物的操作、科学知识、科学思维方式和科学精神。知识与技能属于较低层次的科学文化活动, 思维方式与思想则
7、属于较高层次的科学文化活动, 因此物理实验设计思想才是物理文化的高级活动, 体现了探索与创新。物理实验体现了大多数科学实验的共性, 在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础, 在人才的科学素质培养中具有重要的地位。大学物理实验课程就是要通过教学使工科学生在科学文化方面得到发展, 通过科学文化对人进行教化, 培养学生的探索精神、提高学生的创新能力, 使学生成为独立认知者。具体而言, 就是培养能够解决实际问题的工程师。这就是大学物理实验课程的科学文化教育功能。二、大学物理实验课程肩负科学文化本土化的任务英国著名科技史家李约瑟 (Joseph Needham, 1900-1995
8、) , 1944 年 10 月在浙江大学贵州分校题为中国之科学与文化的演讲中提出:“问题之症结乃为现代实验科学与科学之理论体系, 何以发生于西方而不于中国也?”3李约瑟之问被后人称作“李约瑟难题”。中国学界常常把“李约瑟难题”理解为“中国近代科学为什么落后4”。既然“现代实验科学与科学之理论体系”产生于西方, 那么对于中国来说则属于外来文化, 本土化是必须面对的课题。纵观中国历史, 有三次外来文化的传入对中国产生了深远影响。第一次是汉代以来佛教文化的传入。再次是起始于明末清初的传教士来华, 于鸦片战争后繁盛的西方近代科学文化的传入。第三次是俄国十月革命后马克思主义的传入。这三种外来文化的本土化
9、情况各不相同。佛教文化经过与中华文化的博弈, 通过与中华固有文化的碰撞和双向融摄5, 找到了自己的位置, 实现了本土化。马列主义传入中国后, 其本土化可以分为两个大的阶段, 第一阶段实现了新民主主义革命的胜利, 第二个阶段是建设具有中国特色的社会主义, 中国目前正处于第二阶段。科学文化传入中国后, 其本土化过程艰难曲折, 远未实现本土化, 甚至还不能说已经很好地完成了科学文化启蒙的任务。外来文化的本土化必然伴随着帮助中国问题的解决来实现。佛教文化补充、优化了儒家文化, 使人们找到了务实、入世的精神寄托, 所谓“平时不烧香, 临时抱佛脚”。依靠马列主义的本土化, 中国实现了独立自主。科技文化的本
10、土化将帮助中华民族实现中国梦, 因为要实现中华民族的伟大复兴, 没有中国科技文化的复兴是不可想象的, 这就是在社会主义的核心价值观当中, “富强”排在第一位的理由。中国的科学技术成果大多处于追赶阶段, 中国社会现在还是科技输入型社会, 而不是世界科技的中心, 特别是创新中心。两个例子能够很好地证明这一点, 一是“钱学森之问”, 二是中国本土没有诺贝尔自然科学奖获得者。前者实质上反映了科学文化远远没有实现本土化, 后者则表明科学文化少有在中国的土地上结出世界范围内获得承认的果实来, 中国在现代科技领域具有原创性的、对世界产生广泛影响的成果不多, 就如马克思所言:“如果在英国发明了一种机器, 它夺
11、走了印度和中国的无数劳动者的饭碗, 并引起这些国家的整个生存形式的改变, 那么, 这个发明便成为一个世界历史性的事实。”6这也是中国“自主创新”科技发展战略提出的文化背景。科学文化在中国未实现本土化的原因有二:一是科学文化与社会体制还没有很好地融合在一起, 二者的博弈就是表征, 例如大学去行政化的诸多争论。二是科学文化还没有很好地与传统文化融合。科学文化强调认识自然、利用自然、征服自然, 中华传统文化则重视尊重自然, 与自然和谐相处, 讲究的是天人合一;科学文化强化的是科学手段和认知能力, 重视的是客观自然, 中国传统文化在乎的是顺应自然, 重视的是人本身。二者的结合就是要强化科技力量, 但要
12、合理运用, 适度运用, 在提高认识自然的基础上、了解自然的基础上与自然友好相处, 二者恰好互补。如果要实现科学文化的本土化, 必须优先解决培育现代科学文化的土壤问题。大学物理实验课程在培育工科大学生的现代科学文化素养方面具有基础性作用。因此除了实验本身, 还要让学生了解实验背后的物理思想、科学思想与精神、科学家的思想和人格魅力等, 了解原创思维是如何出现的。从这一层面讲, 大学物理实验课程肩负了部分科学文化本土化的任务。三、大学物理实验教学推进科学文化教育的措施1. 引导学生正确认识大学物理实验课程。笔者就某高校所做的研究发现, 学生对大学物理实验课程的认识还没有达到科学文化的层次, 存在诸多
13、错误认识。这些错误认识在课堂上的表现有:对于不同于他人的实验数据或者实验现象时, 相当部分的学生会简单地归咎为仪器有问题, 而不是进行符合逻辑的分析推理, 事实上很少是仪器故障;如果是两个人合作完成的实验, 对于实验数据的取得, 要对都对, 要错都错, 相互山寨而不是相互质疑、通过讨论而取得符合实际情况的数据;学生在实验过程中的求助是本能的、盲目的, 而不是思考性的、探索性的;重理论, 轻实践, 认为学了相关理论才能做实验;所学实验对其专业无用等。以上所列种种都表明学生还不具备基本的科学文化思维方式。从科学文化的角度审视学生的这些问题会发现, 学生作为接受者对物理实验有较为明显的选择性。中学应
14、试教育的某些弊端、大学专业的明显分野, 导致学生对基础的科学实验教育缺乏正确认识、对基础课程的作用理解不深刻。这使得当今许多大学生急功近利, 在学习中戴着一幅近视眼镜去看待所学各门课程, 依据和自己所学专业的密切程度, 把各门课程作远近亲疏之排列, 学生只对与其所学专业直接相关的实验项目有一定的兴趣, 这种兴趣是功利性的、视野很窄。同时也与以往过分强调培养学生的动手能力和解决问题的能力、相对忽视科学精神与人文素养的教育有关。应当引导学生从实验是否取得数据、数据是否被老师认可、实验成绩的评定是否符合自己的预期等属于课程外在的奖励与惩罚方面提升到科学文化的层面, 例如课程所蕴含的观察客观世界的角度
15、、思考问题的思维方式、解决实际问题的行为模式等;引导学生对大学物理实验课程有正确的认识, 即基础实验提供的是广泛基础上的能力, 提供的是公共基础知识、能力、思维、乃至文化, 而不是直接为某个单一的专业服务。2. 构建科学文化环境。大学物理实验是以实践为主的课程, 其文化氛围、教学环境、方式、过程均与理论课有明显区别。大学物理实验的教学必须在特定的文化氛围中、满足一定的条件才能达到预期效果。就文化氛围的熏陶、“环境造就人”等方面而言, 实践课程对它们的要求更加苛刻。在美国, 那些卓越的老师认为:如果学习对人们的思想、行为和感觉方式不能产生持久的、实质性的影响, 那么学习就毫无意义可言。7笔者认为
16、, 如果老师想通过一门课程对学生产生持久而实质性的影响, 必须基于文化的力量才能做到, 我们在实验室建设和教学中注重运用文化的力量, 以此来影响学生的思维模式和行为模式。首先, 构建浓郁的科学文化氛围, 包括实验室环境、教材、课堂教学等方面, 都要有所体现, 笔者认为大学物理实验室是一所工科大学当然的科学文化教育中心。创造有利于科学文化传播的环境, 激发学生主动学习的热情。为学生正确认识物理实验的地位、作用及理解基础课程的作用创造条件;通过科学文化环境的建设, 把创新思想理念传达给学生, 使学生认识到, 创新是科学文化的基本内涵和必然要求, 而不是人为的硬性要求。其次, 推进课堂文化建设。课堂更多的是文化熏陶, 在于潜移默化地进行影响, 所谓“师傅领进门, 修行靠自身”。马克思的一句话十分深刻:“理论在一个国家的实现程度, 决定于理论满足这个国家的需要的程度。”首先解决学生对其需求的问题。使自主学习科学文化的内涵、思维方式成为学生的需要。怎样刺激学生的自主学习?我们的做法是:通过文化的力量
