新文科背景下“文科物理學”趣味教學法探討

冷新麗，韓躍軍

（1.南昌師范學院 物理與電子信息學院，江西 南昌 330032；2.杭州市蕭山第五高級中學 語文組，浙江 杭州 311202）

2017年10月，新文科教育理念由美國希拉姆學院首次提出，2019年4月，我國教育部辦公廳印發(fā)了《關于實施一流本科專業(yè)建設“雙萬計劃”的通知》，明確指出要積極推進新工科、新醫(yī)科、新農科、新文科建設［1-2］。至此，“四新”戰(zhàn)略中的新文科建設在我國被正式提及。新文科建設的主要特征體現(xiàn)在學科、專業(yè)的交叉、融合上，即以“科技+文科”的模式對文科進行改造升級，以主動適應時代發(fā)展與人們生產、生活的需要［3-4］。從這種組合邏輯中不難看出，人們要將傳統(tǒng)文科重思想演繹和縱向的知識積累，轉向更為強調文、理科的橫向交叉，更加注重文科的實踐意義和實用價值。物理學是當今科學技術發(fā)展的先導，它所體現(xiàn)出來的科學方法，可以說是最全面、最有效的。實踐證明，將這套方法應用到自然科學的諸多領域甚至社會科學，都有顯著效果，物理學對于培養(yǎng)文科生的科學素質，有著不可替代的重要作用。

“文科物理學”作為高等院校的一門公共選修課，承擔著培養(yǎng)大學文科生極度欠缺的物理科學素養(yǎng)的重要任務。國內外各高校已為“文科物理學”課程開發(fā)了工作室法、案例教學法、演示實驗法等教學方法［5-7］。盡管如此，由于文科生多數(shù)在高中階段就對物理產生了畏難情緒，且受前期“灌輸式”教學方法的長期影響，學生主動性、積極性的提高效果非常有限，主要表現(xiàn)在：（1）學生到課率不高；（2）學生抬頭率不高；（3）教學互動少；（4）課堂氛圍不活躍。這些問題使得學習社區(qū)不復存在，教學嚴重偏離以學生為中心，知識的“搬運”替代了物理科學素養(yǎng)的培養(yǎng)［8-9］?？鬃釉唬骸爸卟蝗绾弥?，好之者不如樂之者。”愛因斯坦亦強調：“興趣是最好的老師。”凡是能激發(fā)學生學習興趣的方式方法都可以歸入趣味教學法中，在學習過程中，學生憑借興趣和需要，主動積極地進行學習，而不是被動地學習或在外部干預下學習。

在對南昌市大學文科生物理科學素養(yǎng)現(xiàn)狀進行調查的基礎上，結合文科生認知特點和已具備物理知識情況，將課堂教學與生活緊密結合，創(chuàng)設趣味教學情境，將教學重難點轉化為趣味點，使學生積極主動融入課堂，參與趣味小組游戲、趣味小實驗、趣味小動畫、趣味小視頻環(huán)節(jié)，通過親身體驗建構知識、獲得技能，逐步形成良好的情感態(tài)度和價值觀，并逐漸提高自身的物理科學素養(yǎng)。

一、大學文科生物理科學素養(yǎng)現(xiàn)狀調查

文科物理學的首要目標是培養(yǎng)大學文科生的物理科學素養(yǎng)，故首先采取問卷調查的方式對南昌市大學文科生的物理科學素養(yǎng)現(xiàn)狀進行調查研究。該問卷以國際上公認的物理科學素養(yǎng)定義為基礎，參閱了我國2010年中國公眾科學素養(yǎng)調查問卷、物理科學素養(yǎng)相關的科普類博士、碩士論文，設計了針對大學文科生的物理科學素養(yǎng)調查表［10-13］。問卷設計內容主要包括：（1）被調查者的基本信息。包括被調查者就讀的學校、專業(yè)、專業(yè)類型、高中分科類型。（2）三個維度的調查信息：對物理科學知識的基本了解程度；對物理科學方法的基本了解程度；對物理科學技術與社會、個人之間關系的了解程度。用于測試學生的物理科學知識水平、科學能力、對物理科學方法的理解及所具備的物理科學精神和科學品質等方面。問卷共有21道題，采用SPSS 13.0軟件對調查數(shù)據(jù)進行處理。本次調查共計發(fā)放調查問卷488份，其中有效答卷為465份，有效率為95.29%。調查對象為南昌市高校在讀本科生中的文科生，以大一、大二、大三三個年級的學生為主。根據(jù)文科專業(yè)的分布，調查選取的四所高校分別為南昌師范學院、江西科技師范大學、江西財經大學、華東交通大學。被調查學生所屬專業(yè)包含思想政治教育、漢語言文學、音樂學、金融學、新聞學、商務英語、旅游管理、秘書學、會展經濟與管理、人力資源管理等文科類專業(yè)。

問卷中的6～18題是關于物理知識的，表1給出了正確率從大到小排列的物理知識題目，不難看出，南昌市大學文科生對于一些膚淺、傳統(tǒng)、日常的物理概念理解狀況相對較好，回答的正確率較高，然而對于一些專業(yè)性較強的知識回答的正確率較低。正確率低于60%的題目考查的知識點為激光的產生、分子原子基本結構、光的電磁波本質、可見光波長的比較。這些知識與新科技革命有密切聯(lián)系，但在課堂上學不到，需要課后通過查閱資料或閱讀相關科普讀物才能獲取，故文科生在面對這些題目時顯現(xiàn)出一種相對比較低的水平。這反映出文科生掌握的物理知識具有知識結構不均衡、知識偏重明顯的特征。

表1 按正確率排列的物理知識題目及相應的知識點

問卷中的19～21題是關于物理科學方法和技能的。題目19“科學研究是指以下哪一種”的正確率是72.9%，這部分文科生認為科學研究是觀察、推理、實驗。有17.2%的文科生認為科學研究就是引進新技術、推廣新技術和使用新技術；5.38%的文科生認為科學研究就是觀察、推理、結論；4.52%的文科生不清楚。該問題的調查結果表明仍有不少文科生對于科學研究的本質缺乏深入理解。第20題“下列過程中運用了等效替代方法的是哪一項”的正確率是67.74%，這部分文科生在四個備選答案中選擇了曹沖稱象。而10.11%的文科生選擇了測量一張白紙的厚度；17.42%的文科生選擇了研究電流與電壓、電阻的關系；4.73%的文科生選擇了牛頓總結慣性關系。第21題“下列哪個成果是運用理想實驗法得出的”的正確率是44.52%，這部分文科生認為伽利略指出的“力不是維持物體運動的原因”是運用理想實驗法得出的。16.56%的文科生選擇了盧瑟福提出的“原子核式結構模型”；13.33%的文科生選擇了麥克斯韋的“電磁場理論”；25.59%的文科生選擇了愛因斯坦的“光子假說”。從這兩個小問題可以看出，多數(shù)文科生對物理科學方法缺乏了解，特別是對于理想實驗法的理解和認識有一定的局限性。因為理想實驗是現(xiàn)實生活實踐和所處水平的實驗條件下難以實現(xiàn)的，在文科生之前的學習過程中需要豐富的想象與聯(lián)想，還需要有基于一定基礎理論來達到推理判斷的能力。

此外，問卷中的22～26題是關于物理科學情感和態(tài)度的。調查結果顯示，文科生對物理科學技術具有一定的興趣和抱有較大的信心，但是對物理科學方法缺乏了解，尤其是對于理想實驗法，他們的理解和認識存在一定的局限性。

二、大學文科生認知特點和已具備的物理知識訪談調查

為了有針對性地了解文科生在學習“文科物理學”前的真實情況，通過訪談的形式調查了大學文科生的認知特點和已具備的物理知識情況。此次訪談設計了兩個問題，問題1是“和大學理科生相比，你覺得大學文科生的認知特點是什么樣的”，問題2是“你初中和高中學過哪些物理知識”。選取訪談對象為南昌師范學院5名來自不同省份的文科生，其中2名學生來自江西省，3名學生分別來自河南省、山西省、貴州省。訪談結果顯示，在認知特點、知識儲備方面，文科生和理科生存在較大差別。相比理科生，文科生普遍更加感性，情感豐富，且個性很強；喜歡描述自己的心情和感受，表達精神世界和對外界的認知；他們思維活躍，喜歡打破常規(guī)和開放性的討論；在過往的學習中，他們接觸的知識點通常比較寬泛，不追求精確，但可能需要加上自己的主觀思考來進行解答。此外，文科生絕大多數(shù)在高中只學習了半年的物理，只了解力學、電學、熱學、光學中部分最基礎的知識，物理知識的儲備非常有限。

三、“文科物理學”趣味教學法案例

在進行趣味教學法的設計時，需要根據(jù)文科生的認知特點，選取合適的教學內容進行設計，既要激發(fā)文科生的學習興趣，又要保證課程目標的實現(xiàn)。

（一）趣味小組游戲案例

趣味小組游戲可以激發(fā)文科生的學習興趣，幫助開發(fā)智力，令文科生增長見識，培養(yǎng)技能和高尚情操，適當?shù)慕虒W游戲還能培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和合作精神。在“文科物理學”講述分子擴散運動時，由于分子非常小，不借助工具難以用肉眼觀察得到，所以文科生只能在腦海里想象分子擴散運動的發(fā)生。故設計一個課堂趣味小組游戲，讓學生創(chuàng)造并觀察分子的擴散運動。每5～6人一組，水盆里裝半盆清水，用毛筆蘸濃墨汁滴于水面上，用竹簽推開墨滴使其散亂成不規(guī)則花紋形狀，再取一張白紙平放在水面上，隨后輕輕提出紙張，不規(guī)則花紋就會翻印到紙張上。最后，將印好的紙張晾干，精心剪裁后獲得類似云霧、山川的“抽象”畫作。

該小組游戲操作簡單，教師在小組游戲過程中講述知識，不會占用太多課堂時間。利用擴散運動繪制花紋可以使得學生的個性得到發(fā)揮，創(chuàng)造屬于自己團隊獨一無二的作品，加深他們對擴散運動的理解。此外，在小組活動中，不同專業(yè)的文科生可以相互熟悉，凝聚團隊意識，形成氛圍良好的學習社區(qū)。

（二）趣味小實驗案例

作為一門以實驗為基礎的自然學科，物理學中各種概念的建立和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，都有賴于大量的實驗探索和驗證。物理教育家朱正光曾指出：“千言萬語說不清，一看實驗就分明。”在引入新課時，教師可使用課前、課中、課后小實驗讓文科生產生疑問，利用他們豐富的好奇心和求知欲，激發(fā)他們強烈的學習欲望。

1.棉花糖制作實驗。離心運動是文科生比較熟悉的知識點，難以再激發(fā)他們的探知欲，所以設計一個課堂小實驗，讓學生品嘗來自離心運動的“甜蜜果實”。將酒精燈放入透明桶中，糖從上方大孔倒入易拉罐中，點燃酒精燈并用其外焰加熱易拉罐的底部，等聞到糖香味時打開電池盒開關，和馬達聯(lián)動的易拉罐開始轉動，受離心力作用的液態(tài)糖從易拉罐側壁小孔甩出，在罐外遇冷空氣凝結成絲狀物，像蜘蛛網一般于桶內結網，用棒攪取出來即為棉花糖。

在進行棉花糖實驗的過程中，文科生對整個過程抱有極大的好奇心，教師可以引導學生接龍分析過程中的各個物理原理，使學生加深對課程學習的信心。同時，棉花糖的制作過程也是一次別開生面的飲食教育活動，教師可以邀請文科生參與實驗過程，以制作趣味食品的方式增強文科生對勞動精神的理解，提升其勞動意識和技能。

2.蠟燭吸水實驗。氣壓的知識點也是文科生較為熟悉的，但是文科生往往只知道單一的某個物理原理，不擅長綜合分析。故設計一個簡單的課堂小實驗，準備玻璃罩、盤子各一個，用打火機加熱彩色蠟燭底部，將蠟燭黏在盤中央，往盤子里注水至近滿后點燃蠟燭，用玻璃罩小心罩住蠟燭，隨著蠟燭熄滅，玻璃罩外的水快速被吸到玻璃罩里面去。

教師通過實驗設疑：盤子里面的水，一轉眼就被吸到杯子里去了，是不是很神奇呢？蠟燭怎么就吸水了呢？將收集到的零碎想法寫在黑板上，再請學生將這些想法篩選并“串聯(lián)”成對整個過程的分析。在對學生給予肯定之后，教師再補充完整。對蠟燭吸水的近距離觀察，讓學生忍不住去思考所看到的神奇景象，個性的差異使得學生的想法會有所差異，這些想法的提出是訓練他們分析問題能力的第一步；將這些想法匯聚在一起，再讓學生理出頭緒，對于培養(yǎng)文科生理性邏輯思維能力至關重要，可以幫助他們提升分析問題的能力。

3.飛舞的紙屑實驗。在壓強這一知識單元，還會講到“如果流體流速越大，則壓強越小”這個基本原理。為了進一步鍛煉文科生的理性思維能力，教師隨即布置文科生課后完成一個實驗設計作業(yè)。作業(yè)內容為：請學生分小組進行實驗設計，要求展示該流體壓強原理，實驗材料為1根可拉伸的塑料水管和4張彩色卡紙。教師告知學生，課后會根據(jù)學生的實驗設計方案進行實驗操作，并拍攝成小視頻，下節(jié)課課前會將小視頻在班級微信群發(fā)布，課上將進行班級投票，評選出三個最佳實驗設計。在接下來的課堂教學中，教師先分享自己設計的第一個實驗：將塑料水管拉長至50～60厘米，將提前準備好的彩色紙屑倒在桌上并盤攏形成紙屑堆，教師用嘴通過水管吸紙屑，或者邀請學生上臺參與。之后老師再進一步設疑：不用嘴吸，能不能讓紙屑自己跑出來呢？接著教師分享改進版的實驗：將塑料水管接口端靠近紙屑堆，用手握住水管距另一端約15～30厘米的地方，以打圈的方式快速甩動另一端，讓彩色紙屑從另一端甩出。

實驗結束后，教師用雨課堂發(fā)布評選，請學生評選出三個最佳小組設計，下次課為評選出的設計頒發(fā)“最佳實驗設計”證書，其他沒有入選的設計根據(jù)各自特點頒發(fā)相應證書。飛舞的紙屑實驗的系統(tǒng)設計，既鍛煉了文科生的實驗設計能力，又讓文科生學會了對實驗設計進行評估與反思，更肯定了文科生們對于物理實驗設計的初步涉獵。

4.“叛變”的針實驗。相比用感官容易觀察到的力學和熱學，電磁學起步較晚。磁性因為看不見摸不著，所以難以向學生解釋清楚。以磁鐵為例，它是一種可以相互吸引或相互排斥的物質，其內部原子排列方式是有序的。本來磁鐵里的原子的排列方向是一致的，針內鐵原子的排列方向也是一致的，兩者之間存在相互吸引的引力。當用火灼燒針尖時，針內的鐵原子會快速移動，打亂原本針內鐵原子的排列順序。這就使得針的磁性消失，該現(xiàn)象也被稱為熱消磁。

實驗過程中，教師將線穿入針中，并將針尖朝向磁鐵放置，點燃蠟燭燃燒針尖，磁鐵對針尖將不再有吸引力。在進行實驗時，可針對“消磁”這一現(xiàn)象對學生進行提問。例如：在如今的科技中“消磁”的好處與壞處、應該如何避免證件消磁等問題。此實驗操作簡單，可以讓學生動手操作，近距離親歷磁性消失的過程，從而加深對熱消磁的印象。

（三）趣味小動畫案例

隨著國家對美育教學越來越重視，各學科都嘗試在學科教育中滲透美育?！拔目莆锢韺W”的授課對象是文科生，他們比理科生更加感性，因此選擇在開學第一課中對學生進行物理學科教育，引導學生發(fā)現(xiàn)探索物理學之美。如此既可以對文科生進行科學美教育，又能夠激發(fā)學生對于物理學科的熱愛，讓后續(xù)的學習更加高效。為了引導文科生發(fā)現(xiàn)物理學之美，可利用多媒體插入展現(xiàn)物理學之美的精美圖片和炫酷視頻，還可以用動畫功能制作出生動活潑的小動畫，使那些原本抽象又枯燥的知識變得形象直觀又富有趣味性，激發(fā)了他們的學習興趣和探索物理的欲望。

1.書寫“物”理。物理學所蘊含的簡潔美包括物理規(guī)律描述其表達形式的簡潔美、理論體系結構的簡潔美、過程分析的簡潔美等方面。例如，牛頓第二定律表達出運動和力的關系，“F=ma”無比簡單，卻又重要到難以估量，它昭示著經典物理學大廈的拔地而起，劃開了人類與自然關系的新紀元；愛因斯坦質能方程“E=mc2”，用最少的符號和最精練的語言，書寫了自原子尺度到宇宙范圍的自然規(guī)律，將物質、運動和諧統(tǒng)一了起來。愛因斯坦曾笑言：“當結論看起來很簡單時，一定是上帝在回答?！蔽锢韺W的大廈，正是由一個個無比簡潔卻涵蓋了多樣物理現(xiàn)象及深刻物理規(guī)律的公式擎起！

莊子有云：“判天地之美，析萬物之理?！保ā肚f子·天下》）從各物理學科中抽取簡潔的公式和概念拼成一個物理的“物”字，并用PPT制作“物”字書寫的動畫過程，讓學生在一筆一畫間領悟物理學科范圍的廣博和形式的簡潔。右邊的“理”字不設置動畫，左邊的“物”字則按筆畫順序設置動畫。為了模擬正常的漢字書寫方式，將“物”字各個筆畫的動畫方式均設置為擦除，擦除的方向則按照漢字書寫習慣選取。如筆畫撇和豎的方向均設置為自頂部，筆畫橫和提的方向則設置為自左側，橫折鉤這個筆畫拆分成自左側的橫、自頂部的折、自底部的勾。

物理是研究萬物之理，萬物如此復雜，其自然規(guī)律的形式卻如此簡潔。通過對“物”的簡潔書寫，讓文科生不懼怕公式和概念，簡潔的形式和萬物的復雜形成鮮明對比，啟發(fā)學生感悟物理學的簡潔美。

2.正負電子。物理學中不乏各種對稱現(xiàn)象，教師首先介紹平面鏡成像、磁感線的對稱美，再邀請文科生列舉其他生活中的物理對稱美現(xiàn)象，文科生不同的回答會使整個學習社區(qū)里的成員受到啟發(fā)，激發(fā)他們更主動關注身邊的物理對稱美。在互動環(huán)節(jié)之后，教師再補充一個文科生相對較陌生的對稱美現(xiàn)象——正負電子的存在。在導入環(huán)節(jié)，教師可以利用雨課堂設置互動提問，題目是“電子帶正電還是負電？”，選項有：正電、負電、兩種都有。文科生作答后，教師將作答結果投影到屏幕上，同時詢問為什么做出這樣的選擇，學生不同的說法會使大家產生好奇，到底誰說得對呢？此時，教師用PPT播放事先制作好的正負電子自我介紹的小動畫，讓學生對正負電子的存在形成深刻的印象。

第一步是正負電子形象設計：正負電子用簡潔的球形表示，在球上畫上眼睛和嘴巴，球下方再用簡單的線段代表手和腳，使其擬人化。為了區(qū)分這兩種電子的電性，將負電和女孩關聯(lián)，正電和男孩關聯(lián)，所以給帶負電的電子頭上配以蝴蝶結，嘴巴填充粉色，給帶正電的電子頭上配以三根豎起來的頭發(fā)，嘴巴填充藍色。此外，為了在視覺上明確對比，兩個小球手里分別牽著負號和正號的氣球。第二步是動畫設計：帶負電的小球從左邊走折線登場，同時配以小女孩的聲音介紹自己：我?guī)ж撾?。帶正電的小球從右邊直線探出頭來，繼而退回去再直線進場，用小男孩的聲音介紹自己：我?guī)д姟?/p>

兩種電子生動可愛的形象結合小朋友的配音介紹，讓文科生建立強烈的對比，即電子不僅有帶負電的，還有帶正電的，體現(xiàn)了物理學的對稱美。

（四）文科物理學趣味小視頻案例

在開學第一課進行物理學科教育時，需要讓文科生思考“為什么要學習物理”，為了啟發(fā)學生，在本節(jié)課結束之前給學生播放一個趣味小視頻，該視頻的名字是“Why do I study physics”。短片從一個小女孩的個人旅途開始，延展到用多種平面藝術探討宇宙中最偉大的那些科學問題上，如萬有引力、量子力學、對稱性等。作者在視頻中描述了自己對物理學問題的心情和感受，這種極具個性又感性的方式，更加契合文科生的認知特點，給文科生留下了深刻的印象。

結語

將趣味教學法融入“文科物理學”教學中，不僅可以使教學形式多樣化、教學過程趣味化，從而活躍教學氣氛，促進教學互動，還能激發(fā)文科生學習興趣，喚起他們的求知欲，發(fā)揮其學習潛能和主觀能動性，提高教學效果。此外，文科生親身參與教學情景，有助于提高他們對科學問題的分析及探索能力，成為新文科倡導下的新型文科人才。