物理教育与科学素质培养

物理课的目的和任务是什么？特别是非物理专业的学生为什么要学物理？在我国现行的教育体制中占支配地位的看法是，为专业课服务。于是，专业课需要的内容就讲，不需要的内容就不讲或少讲。专业课排下来剩的时间多就多讲，剩的少就少讲。著名理论物理学家、诺贝尔奖金获得者理查得·费曼说：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。”所以，大学里的物理课绝不仅仅是物理知识的教育，更不是主要为专业课服务的。我们认为，物理学是整个自然科学的基础。对于任何专业，大学基础物理课的目的，都是使学生对物理学的内容和方法，工作语言、概念和物理图象，其历史、现状和前沿等方面，从整体上有个全面的了解。这是一门培养和提高学生科学素质、科学思维方法和科学研究能力的重要基础课。下面分几个方面对此作些分析。
　　1 什么是物理学？
　　古希腊人把所有对自然界的观察和思考，笼统地包含在一门学问里，那就是自然哲学。科学分化为天文学、力学、物理学、化学、生物学、地质学等，只是最近几百年的事。在牛顿的时代里，科学和哲学还没有完全分家。牛顿划时代的著作名为《自然哲学的数学原理》，就是一个明证。物理学最直接地关心自然界最基本规律，所以牛顿把当时的物理学叫做自然哲学。
　　17世纪牛顿在伽利略、开普勒工作的基础上，建立了完整的经典力学理论，这是现代意义下的物理学的开端。从18世纪到19世纪，在大量实验的基础上，卡诺、焦耳、开尔文、克劳修斯等建立了宏观的热力学理论；克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼等建立了说明热现象的气体分子动理论；库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等建立了电磁学理论。至此，经典物理学理论体系的大厦巍然耸立。然而，正当大功甫成之际，一系列与经典物理的预言极不相容的实验事实相继出现，人们发现大厦的基础动摇了。在这些新实验事实的基础上，20世纪初，爱因斯坦独自创立了相对论，先后在普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定愕、玻恩等多人的努力下，创立了量子论和量子力学，奠定了近代物理学的理论基础。本世纪随着科学的发展，从物理学中不断地分化出诸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、激光物理、电子物理、等离子体物理等名目繁多的新分支，以及从物理学和其它学科的杂交中生长出来的，诸如天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等众多交又学科。
　　什么是物理学？试用一句话来概括，可以说：物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科。尽管这个相当广泛的定义仍难以刻画出当代物理学极其丰富的内涵，不过有一点是肯定的，即与其它科学相比，物理学更着重于物质世界普遍而基本的规律的追求。
　　物理学和天文学由来已久的血缘关系，是有目共睹的。当今物理学的研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小的尺度上探索物质更深层次的结构，后者在最大的尺度上追寻宇宙的演化和起源。可是近几十年的进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分的姊妹学科。物理学和化学从来就是并肩前进的。如果说物理化学还是它们在较为唯象的层次上的结合，则量子化学已深人到化学现象的微观机理。物理学和生物学的关系怎么样？对于如何解释生命现象的问题，历史有过两种极端相反的看法：一是“生机沦(vitalism)”，认为生命现象是由某种“活力”主宰着，永远不能在物理和化学的基础上得到解释；另一是“还原论(reductionism)”，认为一切生命现象都可归结（或者说，还原）为物理和化学过程。1824年沃勒(F. Wohler)成功地在实验室内用无机物合成了尿素之后，生机论动摇了。但是，能否用物理学和化学的原理与定律解释生命呢？回答这个问题为时尚早。不过，生命科学有自己独特的思维方式和研究手段，积累了大量知识，确立了许多定律，说把生物学“还原”为物理学和化学，是没有意义的。可是物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律，这些规律对有机界和无机界同样适用。物理学构成所有自然科学的理论基础，其中包括生物学在内。物理学和生物学相互渗透，前途是不可估量的。.近四、五十年在两学科的交叉点上产生的一系列重大成就，如DNA双螺旋结构的确定、耗散结构理论的建立等，充分证明了这一点。现在人们常说，21世纪是生命科学的世纪，这话有一定道理。不过，生命科学的长足发展，必定是在与物理学科更加密切的结合中达到的。
　　2 物理学与技术
　　社会上习惯于把科学和技术联在一起，统称“科技”，实际上二者既

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