试论国外高等教育自然科学类教材特色初探

论文关键词：　国外高等教育　自然科学类教材　教材特色
论文摘要：就高校自然科学类教材如何激发大学生学习兴趣，进而培养其自觉学习、勤于探索的良好习惯展开论述。以美国大学理工科基础物理学教材《波动学》为例，分析并探讨国外高等教育自然科学类教材在撰写、编排方面激发学生探求自然科学的兴趣、培养学生的科学道德及科学素养等方面的特色及值得我们借鉴的经验。
相信中国的为人父母者普遍会同意这个说法:世界上最难的事情之一或许莫不过于让小孩好好读书;而让孩子认认真真地学习钻研自然科学，就更难了。这个说法对大多数大学生也适用。那么如何才能引起大学生的学习兴趣并进而培养其自觉学习、勤于探索的良好习惯呢?国外高等教育自然科学类教材在此方面的经验值得我们借鉴。
本文主要以《波动学》(rd著.mcgraw-hill出版，1968年;科学出版社，1968年;科学出版社中文版，1981年)为例，试图探讨其特色。该书是供大学理工科学生头两年使用的基础物理学教材。
1.界面友好，便于自学
这可以从下述几个事实看出来:
(1)全书分上、下两册出版，文字和示意图占了绝大多数，公式很少。即使有，只是列出一些公式，绝少公式推导。
(2)行文更显散文味。如第7章第3节讲述“水波”。文中开头是这样写的:“水波是很容易看到的，当你还是一个孩子的时候，你就在澡盆、湖和海里看到过水波了，毫无疑问，观看美丽而复杂的水波时，你一定体验到伟大的美的乐趣。现在我们希望享受理解它们的智慧的乐趣”。
(3)从日常生活中的现象入手，引导学生逐步迈人探求智慧的抽象的王国。例如，在讲解驻波这个物理概念时，该书描述怎样用一个矩形金鱼缸或某种容器来形成水驻波并观察之，最后采用数学语言进行描述。
教材如上述组织和行文，给大学生提供了尽可能多的从实际生活中观察问题、提出问题、分析问题、进而作第一步抽象(用数字语言)定量描述问题的训练和启发。这才是科学研究所本应遵循的认识路线，因实际生活中的问题既是科学研究的源头，又是科研为之服务的对象。如此编写大学低年级学生的教材，既能激发学生探求自然科学的强烈兴趣，又便于学生自学，有了探求钻研的兴趣，才有后续的艰苦科研的动力源泉。能够自学，就在一定程度上可以减少对教师授课的依赖性以及改变日积月累沉淀的思维定势和心理依赖，这样才能开启创新思维之门。
2.学以致用，激发学生探求智蔽的兴趣
例如，在第8章讲解光学的偏振概念时，则在课后补充了一个课外实验:“虹的偏振:它是偏振的吗?你可用花园水龙头中喷出的蒙蒙水雾来代替雨(做这个虹的实验)。”这样的课外实验其好处是明显的，既可以让学生真正掌握已学的书本知识，又可以从中发现新的问题，如是，则创新思维萌芽了。或许，更为重要的是，即便是对于自然科学一加一只能等于二，教材如此处理，也能启发学生从各个角度和路径去体会一加一等于二的真理性。这样做既有利于培养发散思维，有利于摆脱自然科学研究的思维单一性，也有利于创新。

3.破解神话，培养学生坚持科学反对迷信的科学素养
例如，在第8章讲述光的偏振时，引述了下面一个传说:“九世纪的北欧海盗既没有罗盘也没有偏振片可供航海导航。晚上他们用恒星。白天，当太阳不被云层遮蔽时他们用太阳。(该传说前面还附有一个说明:在高纬度区如北极圈内，磁罗盘不再可靠了。太阳也很难用于航海，甚至在中午它也有可能低于地平线)。根据古代斯堪的纳维亚的传说，北欧的航海者采用的是不可思议的‘太阳石’，甚至当太阳被挡在云层后面时，也总是能够定出太阳的位置。这种太阳石是什么?长期以来是个谜”。接着作者介绍了一个10岁的小孩，如何在父亲的帮助下，破解了这个谜。问题到此还没有完结，著书者又进一步提出一个问题，“传说中不管天气怎样，太阳位置永远可以被不可思议的‘太阳石’所确定。你相信这种说法吗?”。
写到此处，笔者有些感触，应该说中国政府和国内出版同仁在坚持科学、反对迷信、反对伪科学方面做了不少努力和工作。但奇怪的是，居然会出现水变油的“发明创造”?该场闹剧牵涉范围之广也令人费解。或许国外同仁的做法能给我们一些启发。
4.提示惯性思维的误区
例如，((光缆》一书(福富秀雄编著·李先源等译.人民邮电出版社，1989年)在谈到光缆传输损耗时，“现在已经可以制作0.2db/km的低损耗光纤，这一损耗值相当于能分辨100km远处的特体的大气透明度，即相当于从日本东京市看到富士山时的大气透明度。”国外教材一般在谈到一个抽象的概念时，总是想办法找到一个生活中的常识性知识以加深读者的理解，这似乎是他们的一个惯例。因此也就不难理解，在人类第一次试爆原子弹时，物理学家费米向空中洒一些纸片，就粗略知道原子弹的爆炸威力相当于多少吨常规tnt炸药。
引述这个例子，笔者更想描述当时读到这段文字时的感触:
(1)原来大气本身就是一个很好的光传播媒介，物像能传播那么远!
(2)为什么中国古代的天文学家能够只凭肉眼就观察到许多天文现象。
(3)人类科技在进步在发展，但另一方面被污染的空气不但模糊了我们的视线，而且更为可怕的是形成了我们的惯性思维定势。
(4)为什么现代医生诊断疾病都越来越离不开仪器设备，有些本可以靠“望、闻、问、切”等传统手段就可诊断的小病，借助仪器设备却越弄越糊涂了。
乘坐过飞机的朋友可能会有这个体会:当飞机冲破云层，在蓝天白云之间飞行时，视野为之一新，心情为之一振。但愿读者诸君:即便在大多数情形下，天空上飘浮的是灰云，却不要错误地认为天空本来就是灰色的;而能够大胆地设想，或许其后面有一片无遮无挡的广阔的蓝天白云。