“大学物理”课程中哲学与人文的思政要素浅析

摘

要：高等教育课程教学蕴含了丰富的哲学思想与人文精神，文章以“大学物理”课程教学为例首先阐述了哲学思想如何在教学实践中将其落到实处，并进一步讨论了如何使将人文精神与“大学物理”课程教学内容中相结合。在哲学思想方面，重点分析了统一性、矛盾性以及发展性，通过具体实例使学生能够从中掌握科学思维方法。人文精神方面，从物理之真、物理之善和物理之美三个方面论述了“大学物理”课程中如何实现人文素质培养。关键词：大学物理；哲学思想；人文精神；课程思政一、引言我国唐代文学家韩愈在《师说》中阐述了教师的三个重要作用，即传道、授业与解惑。用现代教育学的观点来理解，教育工作者的主体责任是向学生传承哲学思想，讲授科学知识和培育人文精神。1948年，建筑教育学家梁思成先生曾在清华大学讲课时，曾经呼吁走出“半个人的教育”误区，培养文理兼备、经世致用的有用人才。随着我国社会主义建设的不断发展，社会对德智体全面发展人才培养需求日益迫切[1]。目前，对于理工科学生在进行课程基本概念和基本规律教学的同时，如何实现课程思政教育目标已成为人们关注的教育改革热点问题之一[2]。“大学物理”是各类理工科专业的公共基础课程，其基本理论和思维方法也渗透于自然学科的方方面面，而课程思政则是“大学物理”课程教学的指路明灯。因此，在“三全育人”的大背景下，“大学物理”课程如何“守好渠，种好田”显得尤为重要[3]。传统的“大学物理”课程教学存在“重知识，轻能力”，“重结论，轻过程”，“重应用，轻思想”的问题。“大学物理”课程思政的内容好像天空中浩瀚的银河系，而哲学思想和人文精神便宛若两个耀眼的星系镶嵌其中。如何突出哲学思想与人文精神在“大学物理”课程教学中的领航作用？如何把散落于“大学物理”课程中的哲学思想与人文精神的粒粒珍珠串联起来从而形成整体？带着对这两个课程思政建设基本问题的深入思考，文章将结合“大学物理”课程教学实践，从哲学思想与人文精神两个角度具体论证如何促进课程建设落地开花。二、哲学思想的培养哲学思想不仅能够启发人们的独立思考和审视问题的能力，培养人们的逻辑思维和批判精神，而且也可以激发人们的创造力和想象力，为创新提供源源不断的灵感和动力。哲学思想在教育中的应用，可以帮助学生学会思考、探究人生意义和价值，拥有坚实的人文素养和科学素养，具备创新的思维和实践能力。因此，哲学思想的培养不仅是教育中重要的组成部分，也是培养创新人才不可或缺的环节。牛顿是著名的近代自然科学创始之一，其在力学方面的成就奠定了现代工程学和航空航天技术的基础。牛顿把自己关于近代天体力学和地面力学基本规律的认识集中体现在《自然哲学的数学原理》著作中。牛顿力学体系的建立，不仅对自然科学具有重大意义，而且对辩证唯物主义哲学的建立和发展也有深刻影响。因此，深刻挖掘“大学物理”课程中的哲学思想，不仅可以加深学生对课程知识点的了解和掌握，而且对哲学思想的培养和建立具有积极的指导作用。下面我们重点从统一性、矛盾论和发展观三个角度展开论述：（一）例证“统一性”思想在物理学中的体现哲学上关于“统一性”是指两种不同事物或多种事物能够具有内在同样的性质[4]。很多自然现象外在表现丰富多彩，例如落花与流水，秋雨与冬雪，从物理学的角度这些都可以看做是“落体运动”。物理学家善于从纷繁复杂的表象中，找到最为精要的概念來解释自然规律。例如，开普勒从大量的天体运行数据中，总结了轨道、周期和面积三大规律。牛顿将地面物体的重力推广到不同星体之间作用力，得到了万有引力定律，从而是天体运行规律更加和谐统一。在“统一性”思想的引领下，物理学家经过近百年的不懈努力，终于将改变物体运动形式的力统一为强相互作用、弱相互作用、电磁力和万有引力。如今，人们希望通过进一步研究四种基本作用力之间的联系和统一，从而寻找“万物之理”，即大统一理论[5]。“统一”哲学思想的建立，对于大学生认识物理规律，理解其高度概括性具有深刻的意义。比如，在电磁场部分，历史上人们认为电现象与磁现象是“进水不犯河水”，相互之间没有关联。1820年，奥斯特通过电流的磁效应，发现“电能生磁”。安培进一步指出“一切磁现象的本质是来自于运动的电流”。根据“统一性”思想，磁如何才能生电呢？1831年，法拉第在打开和关闭电源开关的瞬间，发现了“磁生电”现象，进而总结出了电磁感应定律。1865年，麦克斯韦建立了统一电磁场理论。电磁场理论的建立也是“统一”哲学思想的辉煌成果之一。统一性思想还体现在量子力学的建立方面。近代物理学中人们对光的认识存在两种学说：波动说与粒子说。因为宏观物体的粒子性与波动性具有明显的不同，两种学说也一直争论不断。为了平息两种学说的争议，德布罗意提出了物质波概念，并指出一切物质都具有波粒二象性。后来，玻恩将物质波的概念引申为概率波，建立了量子力学的模型。从以上实例可以看出，“大学物理”课程中很多知识点都体现了统一的思想。统一思想的建立不仅有利于培养学生多方面统一和谐的认识自然规律，也有利于发现新的物理现象，找到新应用，培养创新能力。（二）浅析“矛盾论”方法在“大学物理”课程中的应用在认识到物理规律统一性的基础上，也要认识到不同物理现象的矛盾，能够具体问题具体分析。物理学中很多模型都体现了“主要矛盾”与“次要矛盾”的问题。例如，在讲解质点模型时，可以从“地球自转”和“地球公转”两个实际问题分析。自转时，地球的大小和形状是主要矛盾，不能忽略，此时地球不能视为质点；公转时，地球的大小与形状是次要矛盾，可以忽略，地球可以当作质点。类似的自由落体运动，当阻力相比物体自身重力可以忽略不计时，主要矛盾便是重力。爆炸和碰撞瞬间，内力远大于外力，外力是次要矛盾。绝热过程物体达到热平衡的弛豫时间较长，黑体辐射时出射光线较少，点电荷的电场尺寸远大于电荷本身大小等等。在分析物理问题中，只要善于分析主要矛盾，忽略次要矛盾，才能从“乱花渐欲迷人眼”的现象中，找到物理规律，从而解决实际问题。另外，矛盾论的另一个核心思想是主要矛盾双方的转化。例如，分子动理论中指出分子之间存在引力和斥力。引力与斥力便是矛盾的统一体。在两个分子相互靠近时，它们都迅速增大而斥力增加速度大于引力增加速度，因此对外体现出斥力的效果。相反，当分子相互远离时，引力与斥力都同时减小，而斥力减小速度大于引力减少速度，对外显示斥力。类似地，原子内部的原子核与核外电子之间也存在不同的电磁作用，从而使一定条件下原子保持稳定状态。电磁场中当磁铁靠近线圈时，线圈感应电流产生的磁场阻碍磁铁的靠近，而当磁铁远离线圈时，感应电流的磁场又对线圈吸引。静电平衡状态是电荷的扩散与外电场动态平衡，当矛盾的任何一方发生变化，如外电场或电荷浓度变化，该平衡就会打破，从而形成新的平衡状态[6，7]。在分析物理学问题，除了注意事物规律的共性外，也要注意区分矛盾的主要方面和次要方面，并能够理解其相互转化。传统力学的观点认为一切物体要么具有波动性，要么具有粒子性，非此即彼，水火不容。这一形而上学的观点阻碍了人们对自然客观规律的认识。按照矛盾论的观点，微观客体是波动性与粒子性的矛盾统一体。在考虑微观粒子传输时，其波动性占主要地位，而当微观粒子与物质相互作用时，其粒子特性得以体现。德布罗意通过德布罗意关系和很好地将矛盾的双方联系起来。另外，坐标与动量，能量与时间的不确定关系也很好地阐释了矛盾统一哲学思想。（三）基于哲学“发展观”的物理实例屈原在《离骚》中写道“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。物理学的理论知识是随着人类社会的进步而不断发展变化的，因此不能把有关结论和定律当作“固化”的模型讲授给学生，而是遵循科学探究与实践的基本规律，给学生以科学思想和科学方法的培养。例如，在讲授电磁学部分时，可以结合法拉第的电磁感应发现过程来分析。首先，发现并提出科学问题。当时，物理学家已经发现了电能生磁，但磁能否生电呢？这一问题一直没有答案。其次，制定合理的实验方案。法拉第通过十年坚持不懈的实验研究，终于在1831年发现了电磁感应定律。从物理学史不难发现，人们现有的物理学知识都是在同旧观念、旧学说之间不断斗争过程中而发展起来的。物理概念和物理规律的建立不是一蹴而就的，并且存在一定的反复性和发展性，这在人们对光的本性认识方面有着充分的体现。《墨经》中曾记载“小孔成像”，指出了光是沿直线传播的规律。到了17世纪，人们对光的本性探索有两种截然不同的观点：波动说与微粒说。由于波动说对光的直线传播与偏振无法解释，光的微粒说占主导地位，1800年杨氏双缝干涉实验的成功，1845年法拉第发现偏振光与磁场关系，1865年麦克斯韋预言了光是电磁波，这些科学发现使波动说走上了科学的舞台。然而，黑体辐射、光电效应和康普顿散射效应这些现象却困扰着波动学说。波粒二象性理论提出，成功阐释了光是波动性与粒子性的矛盾统一体，而人们对光的认识过程也很好地体现了“实验-理论-再实验-再理论”的螺旋上升，不断发展的哲学观点。三、人文精神的培育物理学除了用辩证唯物主义的哲学思想去研究客观世界的结构、运动及其规律外，它还同人文学科一样具有“以人为本”的特性。19世纪放过自然主义文学家福楼拜说过“艺术越来越科学化，科学越来越艺术化，两者在山脚分手，最终将在山顶重逢。”随着物理学的不断发展，逐渐体现出来科学家对自然规律“真善美”的不懈追求，在物理概念、理论和规律等方面都熠熠闪烁着人文精神之光。在“大学物理”课程教学中，充分挖掘其中的人文教育资源，可以使学生深刻认识理性创新之真、科学伦理之善以及独具神韵的科学之美。下面我们结合“大学物理”课程分别从物理教育之求真、物理之至善和物理之知美三个方面来展开论述。（一）物理教育在于求真康德曾经说“世界上有两样东西能够深深地震撼人们的心灵，一是头顶灿烂的星空，二是心中崇高的道德”。这里的“星空”和“道德”分别指自然法则与人文精神的“真”。教育的目标就在于培养学生对真追求，引导学生追求各个领域的真，包括自然之真、技术之真、学问之真以及精神之真。以实现教育的真正意义，引导学生在不同的领域中不断追求真理。作为基础学科之一，物理学通过探究自然界的本质规律和物理现象，展现了对自然求真的精神其他如文学，学生应该通过阅读、分析文学作品，理解作家表达的情感和思想，追求作品的内在真谛；在社会科学领域，学生应该关注社会现象背后的本质，挖掘问题的本质和原因，追求社会的真相；在科技领域，学生应该关注科技发展背后的科学原理，追求科技发展的真实性和可靠性。求真必要务实，要求实事求是，尊重客观事实。例如，牛顿力学是推翻以亚里士多德为代表的古典力学基础上而建立起来的。微观粒子的波粒二象性是光的波动学说与微粒学说在不断争辩中而得到的。麦克斯韦的电磁场理论是建立在法拉第、安培等物理学家的电磁实验基础之上。牛顿提出“科学的经验是实验，而不是常识；科学的方法是归纳而不是类比。”科学规律可以精确的量化从而达到高度的确定性，不断追求其真。比如在《大学物理》中，人们对基本物理常数的测定，如光速、引力常量、普朗克常数、电子电量等。在20世纪50年代以前，基本物理常量单位一般是利用实物基准保存和复现，这种方法由于工艺稳定性的原因，测量准确度较低。20世纪60年代，人们开始采用量子计量基准的方法来提高测量精度，例如，1960年长度单位“米”是基于86Kr原子2p10与5d5能级跃迁在真空中1650763。73个波长的长度。1967年铯原子钟定义了“秒”的计量基准。这些测量基准都体现出了物理学不断发展，求真求精的人文追求。（二）物理教育在于至善教育在于至善，意味着教育的目的是培养人们的道德品质，追求善良与美好。教育的核心任务不仅在于传授知识，更在于引导学生发现、追求和实践至善。教育不仅仅是在知识层面上的传授，更要引导学生注重心灵的升华和品德的提高。在教学过程中，引领学生明确自己的价值观和追求的方向，秉持着对美好和善良的追求，塑造自己成为具有高尚品质和行为操守的人。这就要求教育应该注重培养学生的人文素养，提高学生的文化素质和道德素养，使其具备对人类共同价值的认知和尊重，养成崇尚真善美的品格。教育在于至善，不仅仅是要传授知识，还要培养学生正确的世界观、人生观和价值观，使其成为全面发展的人才，为建设美好的社会和世界做出贡献。每一门学科的教育都有其自身至之道，物理科学的价值观包括物理科学和人文道德的一致性；物理成果的社会价值善恶观等。“中国原子弹之父”钱三强曾指出“科学没有国界，但科学家有祖国”。在三全育人大的教育背景下，《大学物理》课程应与思想政治理论课形成同向合力，通过我国深挖我国科学家在物理学中的杰出贡献，从而增加学生的民族自信和文化自信，形成正确的科学价值观。至善之道在于引，早在战国时期墨子在其论著《墨经》中就记载了大量物理学的知识，其主要成绩体现在力学与光学方面。例如，力学方面研究了杠杆、滑轮、斜面等省力装置，并分析了浮力及平衡原理。光学方面指出光的直线传播以及反射规律，并对各种面镜成像进行了研究。《周礼。考工记》里面也记载了很多应用力学与声学方面的现象，对各种摩擦、抛物轨道以及乐器发音都有详实的研究。另外，《吕氏春秋》和《鬼谷子》等书中对自然界磁现象以及指南针都有记载。汉代王充在《论衡》一书中，详细分析了力和运动的关系，同时指出内力不能改变物体运动，这一结论比牛顿的动力学定律发现早一千六百多年。《论衡》书中还对声波与水波的波现象做了类比，对热平衡、热传导和物态变化做了研究，在摩擦起电方面讨论了“顿牟掇芥”现象。宋代沈括所著《梦溪笔谈》是中国科学史上的具有里程碑意义的著作，书中广泛记录了声音的共振现象，小孔成像及面镜成像规律，并首次指出了地磁偏角的存在。至善之道在于学，在讲解中国古人辉煌的科学成就的同时，我国近代和现代物理学家对物理学发展的杰出贡献同样需要加以介绍。例如，中国“两弹一星”功勋钱三强，在原子物理中发现的重核的三分裂、四分裂现象。钱学森提出的“卡门—钱近似”公式，解决了困扰空气动力学多年的前沿难题。严济慈是世界上第一个精确测定石英压电定律“反现象”的中国科学家，也是第一位获得法国国家科学博士学位的中国人。吴有训通过大量的实验数据，全面地验证了康普顿效应，从而为光的量子性奠定了坚实的实验基础。赵忠尧第一次从实验方面发现了正电子的存在，称为人类物理学史上第一个发现反物质的哲学家[8]。从中国古代科学成就和近代物理学家的基础贡献出发，激发学生胸怀祖国的爱国精神和勇攀高峰的创新精神。这些精神将如“灯塔”一样，指引着每位有志于理工科学习的学生的人生航向，最终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导学生认识美、欣赏美、创造美。美是人类文明的重要组成部分，不仅包括自然的美和人文的美，还包括艺术的美和科学的美。培养学生欣赏美的能力，了解和掌握美的规律和内涵，最终创造出更多的美。当然每个学科领域都有独特之美，例如，在文学领域，有语言之美、文学形式之美，情感和思想之美；在艺术领域，有色彩之美、构图之图、节奏之美等等；在科技领域，有逻辑之美、规律之美、简洁之美。美具有内在性。以物理科学为例，它体现在从复杂自然现象中提炼出的化繁就简、对称和谐之美，是一种高品味之美。牛顿曾说过“自然界不爱用什么多余的原因以夸耀自己”。大多数的物理规律可以用简洁的数学语言来描述。例如，牛顿第二定律F=ma，深刻反映了力和物体运动状态改变的定量关系。爱因斯坦质能方程E=mc2，揭示了物体质量与能量之间的转变。最小作用原理δS=0，由此公式可以推出光学费马原理、拉格朗日方程、量子力学费曼路径积分、薛定谔方程等。这些物理公式的简洁美不仅从理论表达方面体现出令人神往之美，而且高度精炼概括了自然规律的深刻之美[9，10]。美