“大學(xué)物理”課程中哲學(xué)與人文的思政要素淺析

摘

要：高等教育課程教學(xué)蘊含了豐富的哲學(xué)思想與人文精神，文章以“大學(xué)物理”課程教學(xué)為例首先闡述了哲學(xué)思想如何在教學(xué)實踐中將其落到實處，并進一步討論了如何使將人文精神與“大學(xué)物理”課程教學(xué)內(nèi)容中相結(jié)合。在哲學(xué)思想方面，重點分析了統(tǒng)一性、矛盾性以及發(fā)展性，通過具體實例使學(xué)生能夠從中掌握科學(xué)思維方法。人文精神方面，從物理之真、物理之善和物理之美三個方面論述了“大學(xué)物理”課程中如何實現(xiàn)人文素質(zhì)培養(yǎng)。關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；哲學(xué)思想；人文精神；課程思政一、引言我國唐代文學(xué)家韓愈在《師說》中闡述了教師的三個重要作用，即傳道、授業(yè)與解惑。用現(xiàn)代教育學(xué)的觀點來理解，教育工作者的主體責任是向?qū)W生傳承哲學(xué)思想，講授科學(xué)知識和培育人文精神。1948年，建筑教育學(xué)家梁思成先生曾在清華大學(xué)講課時，曾經(jīng)呼吁走出“半個人的教育”誤區(qū)，培養(yǎng)文理兼?zhèn)洹⒔?jīng)世致用的有用人才。隨著我國社會主義建設(shè)的不斷發(fā)展，社會對德智體全面發(fā)展人才培養(yǎng)需求日益迫切[1]。目前，對于理工科學(xué)生在進行課程基本概念和基本規(guī)律教學(xué)的同時，如何實現(xiàn)課程思政教育目標已成為人們關(guān)注的教育改革熱點問題之一[2]?！按髮W(xué)物理”是各類理工科專業(yè)的公共基礎(chǔ)課程，其基本理論和思維方法也滲透于自然學(xué)科的方方面面，而課程思政則是“大學(xué)物理”課程教學(xué)的指路明燈。因此，在“三全育人”的大背景下，“大學(xué)物理”課程如何“守好渠，種好田”顯得尤為重要[3]。傳統(tǒng)的“大學(xué)物理”課程教學(xué)存在“重知識，輕能力”，“重結(jié)論，輕過程”，“重應(yīng)用，輕思想”的問題?！按髮W(xué)物理”課程思政的內(nèi)容好像天空中浩瀚的銀河系，而哲學(xué)思想和人文精神便宛若兩個耀眼的星系鑲嵌其中。如何突出哲學(xué)思想與人文精神在“大學(xué)物理”課程教學(xué)中的領(lǐng)航作用？如何把散落于“大學(xué)物理”課程中的哲學(xué)思想與人文精神的粒粒珍珠串聯(lián)起來從而形成整體？帶著對這兩個課程思政建設(shè)基本問題的深入思考，文章將結(jié)合“大學(xué)物理”課程教學(xué)實踐，從哲學(xué)思想與人文精神兩個角度具體論證如何促進課程建設(shè)落地開花。二、哲學(xué)思想的培養(yǎng)哲學(xué)思想不僅能夠啟發(fā)人們的獨立思考和審視問題的能力，培養(yǎng)人們的邏輯思維和批判精神，而且也可以激發(fā)人們的創(chuàng)造力和想象力，為創(chuàng)新提供源源不斷的靈感和動力。哲學(xué)思想在教育中的應(yīng)用，可以幫助學(xué)生學(xué)會思考、探究人生意義和價值，擁有堅實的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)，具備創(chuàng)新的思維和實踐能力。因此，哲學(xué)思想的培養(yǎng)不僅是教育中重要的組成部分，也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才不可或缺的環(huán)節(jié)。牛頓是著名的近代自然科學(xué)創(chuàng)始之一，其在力學(xué)方面的成就奠定了現(xiàn)代工程學(xué)和航空航天技術(shù)的基礎(chǔ)。牛頓把自己關(guān)于近代天體力學(xué)和地面力學(xué)基本規(guī)律的認識集中體現(xiàn)在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》著作中。牛頓力學(xué)體系的建立，不僅對自然科學(xué)具有重大意義，而且對辯證唯物主義哲學(xué)的建立和發(fā)展也有深刻影響。因此，深刻挖掘“大學(xué)物理”課程中的哲學(xué)思想，不僅可以加深學(xué)生對課程知識點的了解和掌握，而且對哲學(xué)思想的培養(yǎng)和建立具有積極的指導(dǎo)作用。下面我們重點從統(tǒng)一性、矛盾論和發(fā)展觀三個角度展開論述：（一）例證“統(tǒng)一性”思想在物理學(xué)中的體現(xiàn)哲學(xué)上關(guān)于“統(tǒng)一性”是指兩種不同事物或多種事物能夠具有內(nèi)在同樣的性質(zhì)[4]。很多自然現(xiàn)象外在表現(xiàn)豐富多彩，例如落花與流水，秋雨與冬雪，從物理學(xué)的角度這些都可以看做是“落體運動”。物理學(xué)家善于從紛繁復(fù)雜的表象中，找到最為精要的概念來解釋自然規(guī)律。例如，開普勒從大量的天體運行數(shù)據(jù)中，總結(jié)了軌道、周期和面積三大規(guī)律。牛頓將地面物體的重力推廣到不同星體之間作用力，得到了萬有引力定律，從而是天體運行規(guī)律更加和諧統(tǒng)一。在“統(tǒng)一性”思想的引領(lǐng)下，物理學(xué)家經(jīng)過近百年的不懈努力，終于將改變物體運動形式的力統(tǒng)一為強相互作用、弱相互作用、電磁力和萬有引力。如今，人們希望通過進一步研究四種基本作用力之間的聯(lián)系和統(tǒng)一，從而尋找“萬物之理”，即大統(tǒng)一理論[5]。“統(tǒng)一”哲學(xué)思想的建立，對于大學(xué)生認識物理規(guī)律，理解其高度概括性具有深刻的意義。比如，在電磁場部分，歷史上人們認為電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象是“進水不犯河水”，相互之間沒有關(guān)聯(lián)。1820年，奧斯特通過電流的磁效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)“電能生磁”。安培進一步指出“一切磁現(xiàn)象的本質(zhì)是來自于運動的電流”。根據(jù)“統(tǒng)一性”思想，磁如何才能生電呢？1831年，法拉第在打開和關(guān)閉電源開關(guān)的瞬間，發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象，進而總結(jié)出了電磁感應(yīng)定律。1865年，麥克斯韋建立了統(tǒng)一電磁場理論。電磁場理論的建立也是“統(tǒng)一”哲學(xué)思想的輝煌成果之一。統(tǒng)一性思想還體現(xiàn)在量子力學(xué)的建立方面。近代物理學(xué)中人們對光的認識存在兩種學(xué)說：波動說與粒子說。因為宏觀物體的粒子性與波動性具有明顯的不同，兩種學(xué)說也一直爭論不斷。為了平息兩種學(xué)說的爭議，德布羅意提出了物質(zhì)波概念，并指出一切物質(zhì)都具有波粒二象性。后來，玻恩將物質(zhì)波的概念引申為概率波，建立了量子力學(xué)的模型。從以上實例可以看出，“大學(xué)物理”課程中很多知識點都體現(xiàn)了統(tǒng)一的思想。統(tǒng)一思想的建立不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生多方面統(tǒng)一和諧的認識自然規(guī)律，也有利于發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，找到新應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。（二）淺析“矛盾論”方法在“大學(xué)物理”課程中的應(yīng)用在認識到物理規(guī)律統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，也要認識到不同物理現(xiàn)象的矛盾，能夠具體問題具體分析。物理學(xué)中很多模型都體現(xiàn)了“主要矛盾”與“次要矛盾”的問題。例如，在講解質(zhì)點模型時，可以從“地球自轉(zhuǎn)”和“地球公轉(zhuǎn)”兩個實際問題分析。自轉(zhuǎn)時，地球的大小和形狀是主要矛盾，不能忽略，此時地球不能視為質(zhì)點；公轉(zhuǎn)時，地球的大小與形狀是次要矛盾，可以忽略，地球可以當作質(zhì)點。類似的自由落體運動，當阻力相比物體自身重力可以忽略不計時，主要矛盾便是重力。爆炸和碰撞瞬間，內(nèi)力遠大于外力，外力是次要矛盾。絕熱過程物體達到熱平衡的弛豫時間較長，黑體輻射時出射光線較少，點電荷的電場尺寸遠大于電荷本身大小等等。在分析物理問題中，只要善于分析主要矛盾，忽略次要矛盾，才能從“亂花漸欲迷人眼”的現(xiàn)象中，找到物理規(guī)律，從而解決實際問題。另外，矛盾論的另一個核心思想是主要矛盾雙方的轉(zhuǎn)化。例如，分子動理論中指出分子之間存在引力和斥力。引力與斥力便是矛盾的統(tǒng)一體。在兩個分子相互靠近時，它們都迅速增大而斥力增加速度大于引力增加速度，因此對外體現(xiàn)出斥力的效果。相反，當分子相互遠離時，引力與斥力都同時減小，而斥力減小速度大于引力減少速度，對外顯示斥力。類似地，原子內(nèi)部的原子核與核外電子之間也存在不同的電磁作用，從而使一定條件下原子保持穩(wěn)定狀態(tài)。電磁場中當磁鐵靠近線圈時，線圈感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁鐵的靠近，而當磁鐵遠離線圈時，感應(yīng)電流的磁場又對線圈吸引。靜電平衡狀態(tài)是電荷的擴散與外電場動態(tài)平衡，當矛盾的任何一方發(fā)生變化，如外電場或電荷濃度變化，該平衡就會打破，從而形成新的平衡狀態(tài)[6，7]。在分析物理學(xué)問題，除了注意事物規(guī)律的共性外，也要注意區(qū)分矛盾的主要方面和次要方面，并能夠理解其相互轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)力學(xué)的觀點認為一切物體要么具有波動性，要么具有粒子性，非此即彼，水火不容。這一形而上學(xué)的觀點阻礙了人們對自然客觀規(guī)律的認識。按照矛盾論的觀點，微觀客體是波動性與粒子性的矛盾統(tǒng)一體。在考慮微觀粒子傳輸時，其波動性占主要地位，而當微觀粒子與物質(zhì)相互作用時，其粒子特性得以體現(xiàn)。德布羅意通過德布羅意關(guān)系和很好地將矛盾的雙方聯(lián)系起來。另外，坐標與動量，能量與時間的不確定關(guān)系也很好地闡釋了矛盾統(tǒng)一哲學(xué)思想。（三）基于哲學(xué)“發(fā)展觀”的物理實例屈原在《離騷》中寫道“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。物理學(xué)的理論知識是隨著人類社會的進步而不斷發(fā)展變化的，因此不能把有關(guān)結(jié)論和定律當作“固化”的模型講授給學(xué)生，而是遵循科學(xué)探究與實踐的基本規(guī)律，給學(xué)生以科學(xué)思想和科學(xué)方法的培養(yǎng)。例如，在講授電磁學(xué)部分時，可以結(jié)合法拉第的電磁感應(yīng)發(fā)現(xiàn)過程來分析。首先，發(fā)現(xiàn)并提出科學(xué)問題。當時，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電能生磁，但磁能否生電呢？這一問題一直沒有答案。其次，制定合理的實驗方案。法拉第通過十年堅持不懈的實驗研究，終于在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。從物理學(xué)史不難發(fā)現(xiàn)，人們現(xiàn)有的物理學(xué)知識都是在同舊觀念、舊學(xué)說之間不斷斗爭過程中而發(fā)展起來的。物理概念和物理規(guī)律的建立不是一蹴而就的，并且存在一定的反復(fù)性和發(fā)展性，這在人們對光的本性認識方面有著充分的體現(xiàn)?！赌?jīng)》中曾記載“小孔成像”，指出了光是沿直線傳播的規(guī)律。到了17世紀，人們對光的本性探索有兩種截然不同的觀點：波動說與微粒說。由于波動說對光的直線傳播與偏振無法解釋，光的微粒說占主導(dǎo)地位，1800年楊氏雙縫干涉實驗的成功，1845年法拉第發(fā)現(xiàn)偏振光與磁場關(guān)系，1865年麥克斯韋預(yù)言了光是電磁波，這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)使波動說走上了科學(xué)的舞臺。然而，黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓散射效應(yīng)這些現(xiàn)象卻困擾著波動學(xué)說。波粒二象性理論提出，成功闡釋了光是波動性與粒子性的矛盾統(tǒng)一體，而人們對光的認識過程也很好地體現(xiàn)了“實驗-理論-再實驗-再理論”的螺旋上升，不斷發(fā)展的哲學(xué)觀點。三、人文精神的培育物理學(xué)除了用辯證唯物主義的哲學(xué)思想去研究客觀世界的結(jié)構(gòu)、運動及其規(guī)律外，它還同人文學(xué)科一樣具有“以人為本”的特性。19世紀放過自然主義文學(xué)家福樓拜說過“藝術(shù)越來越科學(xué)化，科學(xué)越來越藝術(shù)化，兩者在山腳分手，最終將在山頂重逢。”隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展，逐漸體現(xiàn)出來科學(xué)家對自然規(guī)律“真善美”的不懈追求，在物理概念、理論和規(guī)律等方面都熠熠閃爍著人文精神之光。在“大學(xué)物理”課程教學(xué)中，充分挖掘其中的人文教育資源，可以使學(xué)生深刻認識理性創(chuàng)新之真、科學(xué)倫理之善以及獨具神韻的科學(xué)之美。下面我們結(jié)合“大學(xué)物理”課程分別從物理教育之求真、物理之至善和物理之知美三個方面來展開論述。（一）物理教育在于求真康德曾經(jīng)說“世界上有兩樣?xùn)|西能夠深深地震撼人們的心靈，一是頭頂燦爛的星空，二是心中崇高的道德”。這里的“星空”和“道德”分別指自然法則與人文精神的“真”。教育的目標就在于培養(yǎng)學(xué)生對真追求，引導(dǎo)學(xué)生追求各個領(lǐng)域的真，包括自然之真、技術(shù)之真、學(xué)問之真以及精神之真。以實現(xiàn)教育的真正意義，引導(dǎo)學(xué)生在不同的領(lǐng)域中不斷追求真理。作為基礎(chǔ)學(xué)科之一，物理學(xué)通過探究自然界的本質(zhì)規(guī)律和物理現(xiàn)象，展現(xiàn)了對自然求真的精神其他如文學(xué)，學(xué)生應(yīng)該通過閱讀、分析文學(xué)作品，理解作家表達的情感和思想，追求作品的內(nèi)在真諦；在社會科學(xué)領(lǐng)域，學(xué)生應(yīng)該關(guān)注社會現(xiàn)象背后的本質(zhì)，挖掘問題的本質(zhì)和原因，追求社會的真相；在科技領(lǐng)域，學(xué)生應(yīng)該關(guān)注科技發(fā)展背后的科學(xué)原理，追求科技發(fā)展的真實性和可靠性。求真必要務(wù)實，要求實事求是，尊重客觀事實。例如，牛頓力學(xué)是推翻以亞里士多德為代表的古典力學(xué)基礎(chǔ)上而建立起來的。微觀粒子的波粒二象性是光的波動學(xué)說與微粒學(xué)說在不斷爭辯中而得到的。麥克斯韋的電磁場理論是建立在法拉第、安培等物理學(xué)家的電磁實驗基礎(chǔ)之上。牛頓提出“科學(xué)的經(jīng)驗是實驗，而不是常識；科學(xué)的方法是歸納而不是類比?！笨茖W(xué)規(guī)律可以精確的量化從而達到高度的確定性，不斷追求其真。比如在《大學(xué)物理》中，人們對基本物理常數(shù)的測定，如光速、引力常量、普朗克常數(shù)、電子電量等。在20世紀50年代以前，基本物理常量單位一般是利用實物基準保存和復(fù)現(xiàn)，這種方法由于工藝穩(wěn)定性的原因，測量準確度較低。20世紀60年代，人們開始采用量子計量基準的方法來提高測量精度，例如，1960年長度單位“米”是基于86Kr原子2p10與5d5能級躍遷在真空中1650763。73個波長的長度。1967年銫原子鐘定義了“秒”的計量基準。這些測量基準都體現(xiàn)出了物理學(xué)不斷發(fā)展，求真求精的人文追求。（二）物理教育在于至善教育在于至善，意味著教育的目的是培養(yǎng)人們的道德品質(zhì)，追求善良與美好。教育的核心任務(wù)不僅在于傳授知識，更在于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、追求和實踐至善。教育不僅僅是在知識層面上的傳授，更要引導(dǎo)學(xué)生注重心靈的升華和品德的提高。在教學(xué)過程中，引領(lǐng)學(xué)生明確自己的價值觀和追求的方向，秉持著對美好和善良的追求，塑造自己成為具有高尚品質(zhì)和行為操守的人。這就要求教育應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)，提高學(xué)生的文化素質(zhì)和道德素養(yǎng)，使其具備對人類共同價值的認知和尊重，養(yǎng)成崇尚真善美的品格。教育在于至善，不僅僅是要傳授知識，還要培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀，使其成為全面發(fā)展的人才，為建設(shè)美好的社會和世界做出貢獻。每一門學(xué)科的教育都有其自身至之道，物理科學(xué)的價值觀包括物理科學(xué)和人文道德的一致性；物理成果的社會價值善惡觀等。“中國原子彈之父”錢三強曾指出“科學(xué)沒有國界，但科學(xué)家有祖國”。在三全育人大的教育背景下，《大學(xué)物理》課程應(yīng)與思想政治理論課形成同向合力，通過我國深挖我國科學(xué)家在物理學(xué)中的杰出貢獻，從而增加學(xué)生的民族自信和文化自信，形成正確的科學(xué)價值觀。至善之道在于引，早在戰(zhàn)國時期墨子在其論著《墨經(jīng)》中就記載了大量物理學(xué)的知識，其主要成績體現(xiàn)在力學(xué)與光學(xué)方面。例如，力學(xué)方面研究了杠桿、滑輪、斜面等省力裝置，并分析了浮力及平衡原理。光學(xué)方面指出光的直線傳播以及反射規(guī)律，并對各種面鏡成像進行了研究?！吨芏Y?？脊び洝防锩嬉灿涊d了很多應(yīng)用力學(xué)與聲學(xué)方面的現(xiàn)象，對各種摩擦、拋物軌道以及樂器發(fā)音都有詳實的研究。另外，《呂氏春秋》和《鬼谷子》等書中對自然界磁現(xiàn)象以及指南針都有記載。漢代王充在《論衡》一書中，詳細分析了力和運動的關(guān)系，同時指出內(nèi)力不能改變物體運動，這一結(jié)論比牛頓的動力學(xué)定律發(fā)現(xiàn)早一千六百多年。《論衡》書中還對聲波與水波的波現(xiàn)象做了類比，對熱平衡、熱傳導(dǎo)和物態(tài)變化做了研究，在摩擦起電方面討論了“頓牟掇芥”現(xiàn)象。宋代沈括所著《夢溪筆談》是中國科學(xué)史上的具有里程碑意義的著作，書中廣泛記錄了聲音的共振現(xiàn)象，小孔成像及面鏡成像規(guī)律，并首次指出了地磁偏角的存在。至善之道在于學(xué)，在講解中國古人輝煌的科學(xué)成就的同時，我國近代和現(xiàn)代物理學(xué)家對物理學(xué)發(fā)展的杰出貢獻同樣需要加以介紹。例如，中國“兩彈一星”功勛錢三強，在原子物理中發(fā)現(xiàn)的重核的三分裂、四分裂現(xiàn)象。錢學(xué)森提出的“卡門—錢近似”公式，解決了困擾空氣動力學(xué)多年的前沿難題。嚴濟慈是世界上第一個精確測定石英壓電定律“反現(xiàn)象”的中國科學(xué)家，也是第一位獲得法國國家科學(xué)博士學(xué)位的中國人。吳有訓(xùn)通過大量的實驗數(shù)據(jù)，全面地驗證了康普頓效應(yīng)，從而為光的量子性奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。趙忠堯第一次從實驗方面發(fā)現(xiàn)了正電子的存在，稱為人類物理學(xué)史上第一個發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的哲學(xué)家[8]。從中國古代科學(xué)成就和近代物理學(xué)家的基礎(chǔ)貢獻出發(fā)，激發(fā)學(xué)生胸懷祖國的愛國精神和勇攀高峰的創(chuàng)新精神。這些精神將如“燈塔”一樣，指引著每位有志于理工科學(xué)習(xí)的學(xué)生的人生航向，最終形成至善之道在于行。（三）物理教育在于知美高等教育的目的在于引導(dǎo)學(xué)生認識美、欣賞美、創(chuàng)造美。美是人類文明的重要組成部分，不僅包括自然的美和人文的美，還包括藝術(shù)的美和科學(xué)的美。培養(yǎng)學(xué)生欣賞美的能力，了解和掌握美的規(guī)律和內(nèi)涵，最終創(chuàng)造出更多的美。當然每個學(xué)科領(lǐng)域都有獨特之美，例如，在文學(xué)領(lǐng)域，有語言之美、文學(xué)形式之美，情感和思想之美；在藝術(shù)領(lǐng)域，有色彩之美、構(gòu)圖之圖、節(jié)奏之美等等；在科技領(lǐng)域，有邏輯之美、規(guī)律之美、簡潔之美。美具有內(nèi)在性。以物理科學(xué)為例，它體現(xiàn)在從復(fù)雜自然現(xiàn)象中提煉出的化繁就簡、對稱和諧之美，是一種高品味之美。牛頓曾說過“自然界不愛用什么多余的原因以夸耀自己”。大多數(shù)的物理規(guī)律可以用簡潔的數(shù)學(xué)語言來描述。例如，牛頓第二定律F=ma，深刻反映了力和物體運動狀態(tài)改變的定量關(guān)系。愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，揭示了物體質(zhì)量與能量之間的轉(zhuǎn)變。最小作用原理δS=0，由此公式可以推出光學(xué)費馬原理、拉格朗日方程、量子力學(xué)費曼路徑積分、薛定諤方程等。這些物理公式的簡潔美不僅從理論表達方面體現(xiàn)出令人神往之美，而且高度精煉概括了自然規(guī)律的深刻之美[9，10]。美