高中物理教学中提升人文素养的培养方式

在高中物理教育中，提高学生科学素养的同时加强其人文素养的教育，已逐渐成为人们的共识。那么，在深化新课改的背景下，如何有效地在高中物理教学中提升学生人文素养呢？融入生命化教育便是其中一个重要内容。
　　生命化教育是指在以人为本思想指导下，追求人的发展的一种教育理念。生命化的物理教育需要真善美的统一。笔者结合自身教学实践认为，在高中物理教学中引导学生在“求真”的体验、“至善”的追求和“臻美”的熏陶中回归生命化教育，是提升学生人文素养的三条可行途径。
　　一、在“求真”的体验中提升生命价值
　　在物理教育过程中，可引导学生在“求真”的体验中把物理学习过程从认识、理性的范畴扩展到情感、人格等领域，使学生在“求真”的体验中获得成功的机会，获得探索世界和自我的机会，体验生命的力量与意义，从而提升生命的价值。
　　物理研究过程体现着物理学家的探索精神。我们可引导学生从物理学的历史、物理学家的事例、物理学的发展来领略一种物理的价值观——追求真理。如哥白尼在遭到天主教会的敌视和许多天文学家反对的情况下，提出了他的革命性理论——“日心说”；1800年，托马斯·杨提出“干涉”概念时，在当时的英国，很多人不理解他的理论，甚至一些人认为“干涉原理”是极其荒谬和不合逻辑的。除了通过这样的事例引导学生体会物理学家对真理的追求外，还可以在物理概念、规律的学习和物理实验过程中，培养学生的质疑精神和探索精神。
　　例如，在“磁场”一章的教学中，我们按图1所示的实验装置进行实验时，可以明显观察到小磁针发生了偏转。学生会很自然地认为，这一现象的产生原因与图2的奥斯特实验是完全相似的。事实果真如此吗？教师可让学生以专题研修的方式进行探索。
　　实验中小磁针离真空管的距离为cm数量级，查阅相关资料容易得到真空管中电流强度为mA数量级，查得直线电流磁场B=KI/r，则估算真空管的磁感强度数量级为10-9 T左右。这一数值比地磁场的数量级10-5 T还要小得多！可见，原有的判断是错误的。学生思考后就能理解，造成小磁针偏转的主因是感应圈产生的磁场。
　　物理研究过程也体现着物理学家的实证精神。例如，焦耳通过近40年的实验研究，先后采用不同方法做了400多次实验来测定热功当量，为热运动与其他运动的相互转换以及能量守恒等问题，提供了无可置疑的证据；密立根是光的波动论理论的忠实拥护者，他做光电效应实验是为了证明经典理论的正确性，实验结果却证伪了他的论断，证实了爱因斯坦的光电效应方程的正确性，在事实面前他坦然服从了真理，他这种求真的科学态度成了科学史上的一段佳话。教学过程中，教师可引导学生从质疑精神出发，结合实证精神体会相关的科学规范。
　　例如，在“波的干涉”教学中，我们常会看到一些教辅资料上出现了“通过话筒绘制声波干涉图样”的所谓“实验题”，实验方案如图3所示。学生对教材中水波的干涉实验（如图4）印象深刻，因此对图3所谓的“实验题”做起来也往往“得心应手”。此时，正是学生体验“求真”的极好时机。
　　首先，教师要鼓励学生勇于质疑看似严谨的实验方案是否一定可行？也要引导学生理性探索。设声波频率f为600Hz，估算声波波长λ约为0.6m，则干涉加强点和减弱点的间隔Δd最小约为0.3m左右。平常所用的8K纸长度约为52cm。对比上述数据可知，此实验方案的可行性值得怀疑！
　　其次，要培养学生的实证精神，可事先准备好方案中的实验器材当堂验证，也可让学生课后进入实验室深入探究。此方案经历实证后当然无法成功，但深入思考可知，除前述因素外，室内众多反射波的叠加亦将影响此方案的可行性。
　　再者，还可引入现行科学研究及生产生活中一些违反实证精神的造假制假事例，在讨论和体验的基础上提出批评，使学生在张扬个性的切身体验中传承求真、求实的价值观，提升生命的价值。
　　物理教育有责任把科学方法和科学“求真”的理性思维传递给青年一代，使他们在“求真”的体验中提升生命的价值。
　　二、在“至善”的追求中加强生命对话
　　爱因斯坦曾经说过：“大部分人都以为是才智成就了科学家。他们错了，是品格。”一位物理学家的品格，在很多时候体现为奉献精神和理性精神。奉献精神和理性精神体现了物理学家在社会责任上的良心与担当，也体现了他们在学术研究中的批判与创新。
　　奉献精神就是造福人类的精神，不计名利的精神。众多的物理学家，具有为科学、为国家、为人类奉献的精神。例如，法拉第历经十年艰苦探索，经历无数次失败和挫折，凭着顽强的毅力和“不管干什么都行，只要是为科学服务”的奉献精神，发现了电磁感应现象；我国“两弹一星”功勋奖获得者王淦昌、邓稼先等物理学家为了国家和民族的利益，几十年隐姓埋名，顽强拼搏；居里夫人发现镭后将成果无偿奉献等。这些科学家的人格力量让人肃然起敬，他们是用整个生命在进行着探索和研究。引导学生了解这些物理学家的奉献精神，加强生命的对话，就是对生命化教育的有效回归。
　　理性精神则体现为科学家的良知和对社会的责任感。如二战期间，爱因斯坦从人类的正义感出发，劝说美国总统罗斯福抢在纳粹德国之前研制原子弹；当研制成功后，他又从人类的良知和社会责任感出发，和“原子弹之父”奥本海默一起，联袂反对使用原子弹。我们应该通过这样的例子，引导学生在加强生命对话与交流中认识到：科学和技术都是“双刃剑”，它们在促进社会发展和进步的同时，也会给人类带来负面影响。在现行的中学物理教材中，“能源的利用与环境”“能源与可持续发展”“核力与核能”等都是“至善”教育的极好内容。除物理概念和规律的教学外，在物理习题教学中，也可引入相关的情景，从“至善”的目的出发培养学生的社会责任感，如 在“分子的大小”教学中，可自编并引入如下习题：
　　2005年4月4日，载有将近12万吨原油的葡萄牙籍油轮“阿提哥”号在大连海域触礁搁浅，并发生原油泄漏事故。这次泄漏事故使该区域养殖的海产品遭受“灭顶之灾”，我国有110多家养殖企业向该油轮所属的公司和其参加保险的保险协会提起诉讼。因此，石油流入海中，危害极大。试分析下述问题：
　（1）据研究：1mL石油可滴1000滴，把一滴石油滴在平静的湖面上，可扩展成面积为2.5m2的油膜，由此可估算出石油分子的直径为多少？
　　（2）已知原油的密度为0.91×103kg/m3。如果一艘油轮泄漏1t原油，假设原油能尽可能散开，则约有多大的海面被污染？（保留一位有效数字）
　　（3）体会一下，如果一艘万吨油轮泄漏，造成的危害将有多大？
　　对第（2）和第（3）小题，若再配以相应的多媒体材料则教学效果更佳，如海鸟被困在油污中无法飞翔（如图5）而溺毙；被油污污染的海豹、海豚，一次又一次跃出水面试图把油污甩掉，但终因精疲力竭沉入海底等。教师可进一步说明，潜在的损害可能进一步扩展到事件发生地的生态系统中，这种影响是深远的，因为人类也在食用海产品。
　　除此之外，对前人和他人劳动成果的尊重、不剽窃他人成果、不做违背伦理的科学研究等都可以作为加强生命对话的内容，使物理学习和研究在理性精神和奉献精神下做出规范，以此帮助学生形成健全的人格和高尚的品德，构建正确的人生观和价值观。
　　三、在“臻美”的熏陶中提高生命质量
　　早在古希腊时，毕达哥拉斯学派就把对自然奥秘的探索与对自然美的追求统一起来。此后，人类对科学美的追求越来越执着，哥白尼、开普勒、伽利略和牛顿等都不同程度地接受了古希腊的美学思想，美学思想在物理研究中的作用也越来越不容忽视。
　　物理学本身蕴含着丰富的美学思想。除物理学规律的简洁明快外，物理学在理论体系和研究方法上也极尽简洁之美。如在力学规律的学习过程中，教师可引导学生逐步体会，地上做机械运动的万物和茫茫宇宙中无数繁星的运动规律，却都蕴含在F=ma和F=G这样简洁的小式子内。在物理概念的学习中，也应包含美学内容，如“热运动”，曾是让众多物理学家争论了一个多世纪的问题，最后却以“大量分子的无规则运动”这样简洁的文字作了结论。又如机械运动是自然界存在的一种运动形式，纷繁复杂而类型众多，但却以“物体和物体间的位置变化”作了简洁的概括。在物理方法教育的过程中，更可渗透美学内容，如物理中的理想化方法，是从复杂的物理现象和物理过程中，抓住最本质的特征，舍弃无关因素，撇开次要因素，抽象出简洁明了、主题突出的理想化模型，如质点、理想气体、点电荷、点光源等。这犹如绘画艺术中的写意画，简洁的几笔就把事物的特征勾画得淋漓尽致，给人一种简洁美的享受。
　　对称美与和谐美等特征在物理学中也有大量例证。在中学物理教学中，教师可引导学生从物质存在的形式、物理概念和规律的形式、物理过程等方面体会对称美。在物质存在形式上的对称美，如正电荷与负电荷、磁体的N极与S极、粒子与反粒子等。至于物理概念和规律表达形式上的对称美，在中学物理中主要有力学中的动能定理（w合=ΔEk）和动量定理（I合=ΔP）；力学中简谐运动的周期T=2π和电学中LC回路电磁振荡的周期T=2π；电场与磁场等。物理过程中的对称美，如电生磁和磁生电、动能转化为势能和势能转化为动能等。对物理教学中众多物理规律的数学形式，则可引导学生体会其中存在的完美的统一和和谐，如：运动学中自由落体、竖直上抛、竖直下抛，以及其他各种匀加速直线运动与匀减速直线运动的十几个公式都可以统一于两个公式：vt=v0+at和s=v0t+at2之中。教师可充分挖掘教材中的类似资源，使学生在“臻美”的过程中得到熏陶，真正体会到物理学是亲切并有趣的。感受物理学的美学思想是学生生命成长过程中不可或缺的一部分。
　　物理学家的研究过程就是“臻美”的过程。追求真理固然是物理研究的目标，但在许多物理学家的心目中，追求美也是物理研究的目的。庞加莱说过，科学家“研究自然是因为他们从中得到了乐趣，而他们得到乐趣是因为它美。如果自然不美，它就不值得去探求，生命也不值得存在。”由此可见，物理学家对物理学的探索过程，其实也是对物理美的发掘、鉴赏、再创造的过程。在物理教学中，也可以体现这样的“臻美”过程。如在《光的反射和折射》的教学中，对于折射定律的得出过程，由实验得出折射角和入射角的数据后，教师可引导学生按照“臻美”的目标向有序、直观、简洁的方向逐步探究：
　　1.无序→有序：能否从无序的数据（如表1）中直接找出有序的规律？学生结合前几组数据猜想可能折射角随入射角正比变化。
　　2.抽象→直观：能否把较为抽象的列表形式转化为更直观的形式以寻找相互关系？师生合作把表中数据转化为图象形式（如图6），可发现入射角较大时r和i的关系明显不符合正比关系，较为复杂。
　　3.复杂→简洁：直接探究r和i的关系较为复杂，那么，换一个角度间接出发能否找到更简洁的关系呢？如角度平方的关系、角度正切的关系。学生可分组试验，逐步得到角度正弦的关系（如图7）。
　　因此，在物理教育中，完全可以结合物理学的美学思想和物理学家对美的追求，引导学生在“臻美”的熏陶中提高生命质量，以积极向上的态度面对学习、面对生活。
　　如果说“求真”需要科学的素质，“至善”对应哲学的思维，则“臻美”更多地反映了艺术的修养。本文所述的三条提升人文素养的途径，在具体的教学方式上，可以在物理必修课程中以“隐性渗透”的方式进行，即在教学过程中不花大量篇幅做专门介绍，而是在建立物理概念、引出物理规律的过程中，在阶段性复习、小结的过程中，不失时机地渗透“求真”“至善”“臻美”的相关内容，使学生有所感悟；也可以在物理选修课程中以“显性开设”的方式进行，即在必修课程教学的同时，开设“物理文化”“科学美”“物理与人文”等选修课程，以课程的方式传承物理文化，提升学生的人文素养。