文科物理還可以這樣上

高妍 毛艷玲

文科物理課堂是什么樣的？

教師在講臺上滔滔不絕的推演公式，學生在講臺下抄寫筆記，或者昏昏欲睡？

不，這些都 OUT 了。走進中國人民大學物理通識課的課堂，你會看到老師坐在講臺下參加學生討論，學生站在講臺上發(fā)表見解;你會親歷豐富多彩的物理實驗，觀察和探索神奇有趣的物理原理，感受獨一無二的物理之美。

針對非理科生開設(shè)物理通識課在上世紀就被提出，這對培養(yǎng)具有開闊視野、多元思維、思辨精神和溝通能力的新時代青年具有重要意義。那么文科物理通識課要教什么、怎么教才能達到預(yù)期的教學效果呢？

作為國內(nèi)少數(shù)幾所針對文科專業(yè)學生開設(shè)大學物理通識課程的高校之一，中國人民大學經(jīng)過多年的教改實踐，推出了兩門優(yōu)質(zhì)的通識課程，并且借助科普論壇和科技文化周等活動不斷擴大自身影響力，已逐漸形成文科物理教育體系，為物理通識教育的開展提供了一條別具特色的新路徑。

為什么文科生要上物理課？

文科生也應(yīng)有一定的科學素養(yǎng)，這在當下社會已成為共識。正如美國著名學者阿特·霍布森在其著作《物理學的概念與文化素養(yǎng)》中所說：“他們應(yīng)當理解科學的工作機制，他們應(yīng)當理解迷信和偽科學的害處，他們應(yīng)當理解科學的重要事實和原理，他們應(yīng)當能夠閱讀報紙雜志上的科學文章，他們應(yīng)當理解全球變暖、資源枯竭和其他與科學有關(guān)的環(huán)境問題將如何影響他們生活，并且他們應(yīng)當終生保持對科學的興趣?！?/p>

那么，為什么是物理學呢？

“所有的科學不是物理學，就是集郵?！毙挛魈m著名物理學家盧瑟福這話不免絕對，卻也在一定程度上反映出物理學的重要性。作為研究自然界最普遍規(guī)律的科學，物理學是人類認識世界的工具，也是許多新技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，對人們科學世界觀的形成起著最直接作用。

學習物理學，在培養(yǎng)文科學生科學素養(yǎng)方面具有不可替代的作用。而開設(shè)物理通識課程，也已成為當下高等教育盡可能消除文理科隔閡、培養(yǎng)文理兼通人才的重要手段之一。

文科物理教什么？

文科物理教什么？這個問題，自文科物理通識課設(shè)立以來就不斷被提起。

“我們認為文科物理并不是專業(yè)物理的簡化版、低配版，而是根據(jù)文科生的知識儲備、思維方式特別設(shè)計，它更注重物理學的基本概念，及物理學與現(xiàn)代生活的關(guān)系等?！敝袊嗣翊髮W物理系主任盧仲毅教授介紹：“為了提升我校本科生的創(chuàng)新思維和科學素養(yǎng)，中國人民大學物理系早在2010年就開始舉辦通識大講堂，并于2017年開設(shè)了兩門物理通識課程，至今已先后組織幾百名學生參加了通識類課程的學習?！?/p>

為了促進通識課程的建設(shè)，物理系于2019年抽調(diào)出十多名中青年教師成立了通識教育教研室，由郭茵教授擔任教研室主任，張威教授擔任副主任，另有程志海、夏天龍、張芃、徐靖、蔡鵬、王樂、汪晉辰、許瑞等多位優(yōu)秀教師，他們均在物理學領(lǐng)域?qū)W習、研究、教學多年，科研上有成績，教學中有積累，專業(yè)素養(yǎng)深厚。

更重要的是，他們都非常注重研究通識教育規(guī)律，擅長創(chuàng)新教學方法，懂得時下年輕人的思維方式，善于與年輕人交流。

此外，物理系還向?qū)W校相關(guān)部門申請籌措了100多萬元專項經(jīng)費用于人文物理實驗室的建設(shè)，已建成新型智慧實驗室，并于2019年投入使用。

作為專門為大學文科學生設(shè)計的通識課程，中國人民大學的物理通識課定位十分清晰：即面向文科學生，通過觀察神奇的物理現(xiàn)象，聆聽老師對相應(yīng)物理知識的生動介紹，使他們理解物理、了解自然科學和科技進步對人類文明的貢獻，進而全面提高綜合素質(zhì)。其中，《概念物理》偏重物理理論、物理學史等方面的介紹，《人文物理通識與探索性實驗》課程則更偏重培養(yǎng)學生的動手能力。兩門課程的教學目標一致，旨在培養(yǎng)對科學有好奇心、具有邏輯推理能力、創(chuàng)造力、思辨能力的新時代人才。

“任課老師不僅肩負著傳授知識，培養(yǎng)物理思維方式的任務(wù)，還應(yīng)該在培養(yǎng)學生學習興趣以及建立正確的學習習慣方面有所作為?！睆埻淌诮榻B。張威教授是人民大學本科教育指導委員會成員，也是《概念物理》的主講老師之一，同時還負責物理通識課程中虛擬仿真教學項目的開發(fā)。

程志海教授則對文科物理和理工物理的區(qū)別有深刻體會，“人文物理通識與探索性實驗課程不深究嚴格的物理理論，不要求嚴格推理計算，只講物理學相關(guān)基本概念、基本定理及其內(nèi)在邏輯關(guān)系。”程志海教授負責物理通識實驗課程的研發(fā)，已有多年的課程研發(fā)經(jīng)驗與教學積累。

經(jīng)過教研室多次研究論證，人大物理通識課程的構(gòu)架體系涵蓋了力學、熱學、聲學與振動、電磁學、電學、光學和近代物理7個方面的內(nèi)容，并在課堂中著重介紹對當今世界格局和社會生活產(chǎn)生巨大影響的科學成果，以及物理學史上重要的驗證實驗。課程設(shè)計不僅有助于學生的整體物理知識體系構(gòu)建，更有益于其了解前沿科技的最新發(fā)展。

內(nèi)容為王，興趣先行

同樣是教物理，但對文科學生和理工科學生是不同的。提高學生的學習興趣，是教學團隊在設(shè)計物理通識課程內(nèi)容時首要考慮的。

他們從生活中常見的科學與技術(shù)入手，幫助學生理解其中的物理方法和設(shè)計思路;將反常識性的演示實驗帶入課堂，吸引學生主動參與學習;也積極向?qū)W生介紹前沿熱點實驗、技術(shù)和當代科學家的最新成果……

于是，在人大的物理通識課上，學生們了解了電影中的特技制作為什么需要在藍色或綠色背景前拍攝和手機顯示屏顯示出多種多樣色彩的基本原理;學生們看到了能倒立旋轉(zhuǎn)的陀螺、能讓人瞬間具有絕世輕功的非牛頓液體和能吞噬幾乎所有光線的最黑顏料Vanta black;學生們也清楚了“墨子號”量子衛(wèi)星如何在天上做量子實驗、人類拍攝的首張黑洞照片為什么高糊和各大手機廠商所推出的無線充電功能是如何實現(xiàn)的？

這些來源于生活的高新科技和反常識的小實驗，在物理通識課上都變得可看、可感、可以親近，自然拉近了學生與物理的距離。這樣的物理課會無趣嗎？很顯然是不存在的。

學生有了興趣后，接下來是讓每個學生都有所收獲。針對全校文科生開設(shè)的物理通識課，面對的是物理基礎(chǔ)各不相同的學生，如何讓每個同學都能在課堂上有所收獲，也是教師團隊要著重考慮的問題。

“我們在物理通識實驗課上采取的方法是設(shè)定難度層次遞進的實驗。”許瑞老師介紹：“這種遞進，不僅體現(xiàn)在隨著課程推進實驗設(shè)計由簡單到抽象、由易到難的過渡，更體現(xiàn)在同一個實驗中不同層級的問題設(shè)置。第一層級的問題要求學生能重復(fù)老師課上講解的內(nèi)容即可;在后面的第二、第三層級，針對性地設(shè)計需要動腦、動手才能解決的問題?！比绱嗽O(shè)計，為的是能做到因材施教，讓不同基礎(chǔ)的學生在每堂課都有所收獲，并在長期的學習中獲得提升。

教師團隊不僅想讓學生在知識上有收獲，還有更高的要求：希望學生能夠跳出自己的專業(yè)知識范疇，站在更高的角度和維度思考問題、看待世界。

“現(xiàn)象觀測/介紹—設(shè)計實驗—總結(jié)理論—理論指導實踐—發(fā)現(xiàn)理論與實驗的矛盾—理論再次升華—形成分領(lǐng)域理論體系”，人大物理通識課中講授的基本原理和實驗都是沿著這樣的路線圖進行設(shè)計與執(zhí)行，教師團隊希望通過一學期或者更長時間的學習，在學生心中建立起物理學的基本邏輯與發(fā)展規(guī)律，培養(yǎng)他們跨學科思考的能力，幫助他們科學地認知世界。

教學多樣，體驗優(yōu)先

美國著名教育家威廉·亞瑟·沃德曾指出：“平庸的教師在說教，好的教師在解惑，優(yōu)秀的教師在演示和示范，卓越的教師在啟迪學生?！边@不僅在說教師的重要性，更是在強調(diào)教學方法的重要性。特別是針對數(shù)學、物理根基相對薄弱的非理工學生教授物理課程，教學方法更為關(guān)鍵，直接關(guān)系到教學效果。

人大物理通識教研團隊充分考慮到了這一點，通過在教學過程中充分利用多種教學方法，建立了開放包容的教學模式。比如，他們采取知識講解與演示實驗相結(jié)合的方式進行授課。通過教師講解，學生可以明白基本的物理規(guī)律;通過實驗演示，不僅增強了學生的學習興趣，也有助于學生對基本知識點的掌握和應(yīng)用。

更值得一提的是，為了讓學生有更好的課堂體驗，教師團隊還引入了在線公開課以及虛擬仿真實驗作為補充，成功打造出翻轉(zhuǎn)課堂，充分彌補了師生互動不充分、部分文科生實驗基本技能不足等問題，通過體驗式教學，進一步激發(fā)了學生興趣，提高了學生參與度。

就連課程考核方式的設(shè)計，目的也是在于推進學生學習深度。“一個好的教學過程應(yīng)該是充滿互動的，其中必須包括兩個重要的元素：第一、我們要為學生提供一些活動，以鼓勵他們思考。這些活動既包括課上活動，如聽講、記筆記、做實驗，也包括課下活動，如讀書、做作業(yè)等。第二、這些活動中必須包括雙向的反饋機制。作為教師，我們需要時刻掌握學生在做什么，以及從中學到了什么。作為學生，則需要了解自己是否達到了課程要求，以及如何達到這些標準。”郭茵教授介紹。

基于此，通識教研組開發(fā)了一整套研究性課題作業(yè)，在這些題目中，盡量真實地還原現(xiàn)實世界的情況，不再為學生削減多余的信息，希望用這種方式來促使他們思考，并培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。

針對物理通識實驗課程，教師團隊也提出了更加適合的考核方法——實驗課堂考核+期末匯報答辯，重在鼓勵學生運用發(fā)散思維思考問題并在實驗過程中探究求證，激發(fā)學生的邏輯思維能力、實際動手能力和應(yīng)對實驗中突發(fā)狀況的能力。

不難看出，一切的教學方法、教學手段都是為了激勵學生自主思考、自主學習，使學生能親身感受物理的魅力。

因時而進，因勢而新

“通過該課程學習，文科學生不僅開拓了科學視野，具備了較強的動手能力，邏輯思維能力也得到了鍛煉，初步掌握了解決未知問題的科學方法?！惫鸾淌诮榻B。

當然，她也不否認課程中依然存在不少需要完善的地方，比如演示實驗室的設(shè)備仍需豐富、兩門通識課程的聯(lián)系仍需加強等。為此，教師團隊將繼續(xù)探索與努力，推動課程因時而進、因勢而新，對課程不斷優(yōu)化與完善。

幾年走來，他們的初衷始終未變——希望能夠吸引更多文科學生走入奇妙的物理學世界，帶領(lǐng)他們領(lǐng)略物理大師的風骨與魅力，認識科學的局限性與科學之美，了解科學與技術(shù)如何改善生活環(huán)境、推動社會進步，最終幫助他們成長為具有開闊視野、多元思維、思辨精神，并具備良好溝通能力和解決問題能力的新時代青年。

他們希望，將中國人民大學物理通識教育體系打造成一個平臺——一個讓學生獲取科學知識、鍛煉邏輯思維能力的平臺，一個幫助學生窺見物理學乃至自然科學發(fā)展基本規(guī)律的“跳板”。他們將向著這個目標，砥礪前行！