物理学是人类在认识世界和改造世界的过程中形成的一门自然科学。顾名思义,物理乃“物”之“理”,“物”指物质世界,“理”指物质运动的基本道理。也就是说,物理学研究的是宇宙间物质存在的基本形式、物质的基本运动规律、物质的基本相互作用、物质的基本结构和物质的各种性质。物理学与其他自然科学相比,它更侧重于对物质世界最基本最普遍的规律的认识和追求,因而物理学是其他自然科学的基础。人类社会的进步与物理学的发展是息息相关的,没有物理学,就没有科学和技术。毫无疑义,物理学在过去、现在和将来都是科学与技术发展的动力与源泉。
大学物理历来是理工科大学生的一门必修的基础课,而过去文科类学生却很少学物理。
但是,在当今科学技术高速发展的时代,物理学愈来愈成为包括人文科学在内的各类人才所必备的基本知识。正因为如此,许多大学都相继在人文社科等专业开设了物理学课程。那么,文科物理究竟怎样讲?讲什么?以前一些学校采用的是工科物理教材,显然是不太合适的。在不改变课程内容体系情况下,压缩学时,会使学生对物理缺乏兴趣甚至反感学物理。由于文科学生的数学基础普遍比较薄弱,对学物理有畏惧感,也由于工科物理教学内容体系的限制,不太适合文科学生的“口味”,这样,编写专门用于文科类专业教学的物理教材就非常有必要了。近年,国内一些物理学教育工作者,正在思考和改革文科物理的教学问题,并陆续出版了为数不多的文科物理教材且风格和内容各异。这些教材的出版,无疑对文科物理的教学改革有推动作用。我们认为,文科物理教材不能太“文”,不能写成物理史话,不能写成类似于自然辩证法和现代科学技术概论一类的教材,也不能写成太科普化的读物,当然也不是理工科普通物理的简单压缩。文科物理是一门适合文科类学生学习的物理课程。既然是一门物理课程,就必须把物理学基本知识、基本原理及主要应用作为其主要内容。文科物理教学一方面要考虑文科学生的数学基础和接受能力,另一方面要着重于物理思想、科学观点、物理学最基本的原理、物理学在科学技术中的应用知识等方面的教育,内容要相对“浅”一些,知识面要相对广一些,贯穿在物理内容中的人文思想要更丰富一些,物理学的发展历史、物理学对物质世界的基本认识也应是其中的重要组成部分。当然也不能完全抛开数学,因为物理学离不开数学。为此,我们编写了这本适合于文科大类各专业的物理教材。
该教材的特点如下:
1.注重物理学思想的传授。教材力求展示物理学对物质世界及其运动的基本认识的完整图像,再现物理学发展的历史长河,突出物理学在科学和技术中的重要地位,建立正确的自然观与宇宙观。
2.注重物理学基本原理与基本知识的传授。以定性的、半定量的和简单的定量方法阐明物理学的基本概念及规律,注重物理知识的系统性、宽广性、应用性,力求以通俗易懂的语言表达物理学基本内容。
3.注意控制数学的分量和难度。文科学生学习物理时最大的困难是其中的数学。文科学生数学基础薄弱,这是事实。但要完全回避数学,是不现实的。因为物理学的基本概念和基本原理都是通过数学语言来表达的,数学是工具,没有数学,物理学便不成体系,物理问题就无法说清楚。本书对涉及到的一些数学知识,力求深入浅出以适合文科学生的基础。在教学中,可以针对不同的专业层次来组织教学内容,例如对纯文科学生,可以少讲一些数学推导,而重点给出物理结论并讲清其主要内涵;对于经济、管理类学生,数学可以稍多一点。在教材中凡涉及到数学知识尤其是微积分和矢量,尽量简单一点,说明详细一点,以使学生容易接受。不涉及到复杂的数学推导和运算,例题和习题中的数学运算也很简单,但要求学生能用微积分、矢量知识去表达和理解物理规律,这是起码的要求。鉴于目前各大学已开设文科高等数学,其中有微积分、线性代数与向量的概念,应该说文科学生有一定的数学基础。同时本书附录有微积分初步和矢量知识介绍,附录的编写尽量浅显易懂,学习时可以参阅附录。读者在学习本课程时,不可避免地要碰到数学问题如矢量、极限、导数、积分等,但不要有畏难情绪。如果你下决心去搞懂它,是不困难的。
4.注重教师的教学习惯。目前从事文科物理教学的教师,过去都是教理工科物理的。考虑到大多数物理教师对理工科专业普通物理教材体系很熟悉,教学已经得心应手,如果太“文”,可能在教学中不习惯。所以在阐述物理学基本知识时,力求与大家所习惯的教学大框架一致。例如,基本原理部分仍然按力、热、电、光、近代物理等结构布局。
教材主要包括下列内容:
1.物理学的发展历史(第1章)。主要内容有:中国和西方古代物理学思想;科学革命与科学观的形成;经典物理学理论体系的建立以及近代物理学的发展;物理学对人类文明的贡献。在教学中,可以只简要介绍梗概或不讲,留待学生学完本课程后自学。
2.物质世界的基本运动形式及物理学的基本原理(第2~7章)。按照物质的运动形式,具体分为机械运动、热运动、电磁运动、宏观高速运动、振动和波动、微观粒子运动等各章。
3.物理学对物质世界的基本认识(第8章)。内容包括:物质世界的层次、形态与基本相互作用;物理学与宇宙观;物质世界的对称性和统一性(对称性与守恒定律、不对称现象、对称性破缺、分形与自相似等);物质世界的非线性效应(自组织与耗散结构、混沌现象和孤子现象);物理学与数学的关系及物理学认识的真理性。
4.物理学在技术科学的应用(第9~11章)。高新技术、环境科学、生命科学是21世纪极为重要的、也是人们最为关注的几个技术科学领域,其发展关系到人类社会的命运,而物理学则是这些技术科学的基础。本书较全面地讨论了物理学在这些领域中的应用。
当前文科物理教学要着重解决的问题是:文科学生要不要学物理?文科物理讲什么?如何讲授文科物理?文科物理要不要数学?实际上,上面已经回答了这些问题。本书既可以作为高等学校文科大类各专业的物理教材,也可以作为理工科大学生的通识课程、素质教育课程或少学时物理课程教材,还可以作为专科、职业技术学院的物理课教材。建议学时:60~90。可以根据学时多少及专业的不同对内容进行一些删减。例如对纯文科类专业可以讲浅一点、一些内容可以不讲,而对经济管理类专业可以多讲一些、讲深一点。第1章可作阅读材料在本课程讲完后自学,第8~11章可选讲其中一章或多章。
参加本书编写工作的人员有:周克省编写第1、8章和附录;赵新闻编写第2、3、6章;蔡建国编写第4章;黄生祥编写第5章;甘咏梅编写第7章;周良玉编写第9、11章;谢定编写第10章。全书由周克省、赵新闻、甘咏梅任主编,周克省教授负责全面修改和统稿,由教育部非物理专业物理课程教学指导委员会委员杨兵初教授担任主审。
本书在编写过程中,参阅了大量的文献资料。绝大部分参考资料已在书后作了标注,但有个别参考文献可能漏注,在此对所引用参考资料的作者深表感谢,对漏注参考文献的作者表示歉意。
由于编者水平有限,文科物理教学内容的组织尚处于探索之中,难免有一些错误和不妥之处,敬请读者批评指正。
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