吳靜

摘要：為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，且對不同的學(xué)科有所認(rèn)識(shí)，除了專業(yè)教育以外，還要有通識(shí)教育?，F(xiàn)有電氣信息類專業(yè)教材內(nèi)容大多“專精”，而非“博通”。電氣信息類技術(shù)的發(fā)展是科學(xué)、技術(shù)、應(yīng)用、產(chǎn)品相互沖擊所形成的，融入了無數(shù)科學(xué)家、工程師、投資者的聰明才智以及他們的執(zhí)著和努力。在通識(shí)教育中，學(xué)生有必要了解電磁理論和技術(shù)的發(fā)展歷史，以史為鑒，樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和學(xué)術(shù)觀。

關(guān)鍵詞：通識(shí)教育；電氣信息類學(xué)科；電磁理論與技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）15-0143-02

19世紀(jì)，歐美學(xué)者認(rèn)為現(xiàn)代大學(xué)學(xué)術(shù)分科過于專門，知識(shí)分割嚴(yán)重，于是創(chuàng)造出了通識(shí)教育，使學(xué)生對不同的學(xué)科都能有所認(rèn)識(shí)。通識(shí)教育與專業(yè)教育盡管只是教育模式的不同，但其本質(zhì)上卻是教育理念的不同。通識(shí)教育重在“育”而非“教”，是一種人文教育，超越了功利性與實(shí)用性。通識(shí)教育沒有專業(yè)的硬性劃分，它提供的選擇是多樣化的，學(xué)生們可以獲得順其自然的成長，

我國2015年教育部《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》中共分哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、法學(xué)、教育學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)、藝術(shù)學(xué)等12個(gè)學(xué)科門類。每個(gè)門類下設(shè)若干個(gè)二級(jí)類，其中工學(xué)門類包括電氣類、電子信息類、自動(dòng)化類、計(jì)算機(jī)類等31個(gè)二級(jí)類。在2012年以前的分類中，電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程均屬電氣信息類。電氣信息類專業(yè)絕大部分教材或是專門介紹強(qiáng)電知識(shí)，或是專門介紹弱電知識(shí)，或是專門介紹某種技術(shù)，大多為“專精”知識(shí)，而非“博通”知識(shí)。

我們生活在信息時(shí)代，電氣、電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對日常生活的影響無處不在。現(xiàn)代人享受著它們帶來的各種便利，但絕大多數(shù)人對這些技術(shù)發(fā)展的歷史缺乏系統(tǒng)的了解。本文以電磁學(xué)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷史為例，探討了電氣信息類專業(yè)通識(shí)教育內(nèi)容的選取依據(jù)。

一、科學(xué)方法的重要性

電氣信息類技術(shù)的發(fā)展離不開電磁學(xué)理論作支撐，而現(xiàn)有教材甚少介紹它們的起源。人類對電的認(rèn)識(shí)始于3000年前希臘人記載的一種神秘現(xiàn)象，即琥珀被布摩擦后便可使頭發(fā)豎起，也可吸起輕的羽絨和麥屑，這就是靜電現(xiàn)象。對磁的認(rèn)識(shí)要追溯到約2600年前希臘人發(fā)現(xiàn)的一種能夠吸引含有鐵質(zhì)石屑的石頭，即“磁鐵”。靜電及磁力跟其他很多自然現(xiàn)象一樣，但是當(dāng)時(shí)人們無法解釋其基本原理。以亞里士多德為首的希臘學(xué)者崇尚用哲學(xué)的理性推論來解釋這些現(xiàn)象，輕視實(shí)踐，故對自然科學(xué)的探討始終徘徊在知識(shí)的門外。后來天主教興起，教會(huì)對自然科學(xué)的探討嚴(yán)格地限制在很小的范圍內(nèi)，以致在接下來的2000多年里，人類對電及磁的認(rèn)識(shí)相比古希臘時(shí)代并沒有多少進(jìn)步。在古代中國同樣如此。公元前220年，古人第一次發(fā)現(xiàn)了磁石的方向性，即“司南”。古人雖然在指南針的制造技術(shù)上有所貢獻(xiàn)，但1000多年來對磁的原理的研究基本上無人問津。古代中國的儒家治學(xué)態(tài)度跟亞里士多德的理性推論很相似，社會(huì)上的有才之士把精力和時(shí)間都花在了科舉求仕、吟詩作對上，甚少關(guān)注自然科學(xué)。是什么促使了電與磁理論的發(fā)展呢？15世紀(jì)中葉到17世紀(jì)初，西方社會(huì)出現(xiàn)了“文藝復(fù)興”，這是一場解放思想的杜會(huì)革命，最重要的是發(fā)展了一種新的方法——科學(xué)方法。“科學(xué)”在當(dāng)時(shí)是指研究方法。用科學(xué)方法研究自然現(xiàn)象時(shí)，首先要觀察自然界中的現(xiàn)象，然后演變成一個(gè)假說，再用實(shí)驗(yàn)證明該假說能否成立，而且實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)具有可重復(fù)性。這種方法和亞里士多德的理性推論大不相同。電和磁現(xiàn)象神秘又復(fù)雜，在研究過程中很容易滲入玄虛的偽科學(xué)，但是借助于科學(xué)方法，西方國家的電磁科學(xué)與技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。中國雖有“格物致知”理論，和西方的科學(xué)方法有異曲同工之處，但在實(shí)踐中并沒有貫徹執(zhí)行，這也阻礙了科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。在通識(shí)教育中，學(xué)生若能全面地了解這些內(nèi)容，有助于他們解決實(shí)際的科研問題，并堅(jiān)持唯物論的觀點(diǎn)。

二、科學(xué)家的楷模作用

從伏特1800年發(fā)明電池到1888年赫茲發(fā)現(xiàn)無線電波，無數(shù)科學(xué)家在電磁理論和實(shí)驗(yàn)上都做出了貢獻(xiàn)，更有法拉第和麥克斯韋這種奇才，承先啟后，奠定了整個(gè)電磁學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)，使得各種電磁技術(shù)難題的解決有了理論依據(jù)。偉大的科學(xué)家如何取得令人嘆服的研究結(jié)果值得我們深思。以法拉第為例，他生于倫敦的一個(gè)貧苦家庭，年少時(shí)便對當(dāng)時(shí)比較尖端的電、磁及化學(xué)等科學(xué)感興趣。1821年，法拉第在英國皇家研究院通過一個(gè)簡單而充滿創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)，第一次向人們直接展示了電的能量可以轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。當(dāng)法拉第把實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表后，皇家研究院首席科學(xué)家戴維對他甚是不滿，因?yàn)榉ɡ谡J(rèn)為戴維沒有介入實(shí)驗(yàn)，對論文沒有貢獻(xiàn)，所以沒有把他列為論文的作者。這也導(dǎo)致了戴維與法拉第的隔閡，以后十年中他都沒讓法拉第再涉足電與動(dòng)能的實(shí)驗(yàn)。法拉第趁機(jī)做了電化學(xué)研究，建立了電池和電鍍等應(yīng)用化學(xué)理論，還發(fā)現(xiàn)了“苯環(huán)”。戴維逝世后，法拉第成了皇家研究院的主持人，又開始研究電磁和動(dòng)能。1831年，法拉第通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了動(dòng)能也可以轉(zhuǎn)化成電能。法拉第不懂?dāng)?shù)學(xué)，但直覺超凡，勤奮刻苦，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰o人能及，一生做了將近600個(gè)實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)是失敗的，但在實(shí)驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)、抗磁性、順磁性、磁光效應(yīng)等重要現(xiàn)象。法拉第一生從未申請過專利權(quán)，他所發(fā)現(xiàn)的一切知識(shí)都為人類共同擁有。他的名言是“工作，完成，發(fā)表”，完全體現(xiàn)了科學(xué)研究者的精神。他熱衷于教育，尤其對青少年更是關(guān)懷。他每年為皇家研究院圣誕節(jié)演講的講詞被《大英百科全書》列為歷史上最可讀的文章系列之一。與法拉第相比，麥克斯韋1831年出生在蘇格蘭一個(gè)顯耀的家族，是個(gè)數(shù)學(xué)天才，善于用數(shù)學(xué)語言來簡潔精確地描述和解釋自然現(xiàn)象。麥克斯韋28歲就到頂尖的劍橋大學(xué)當(dāng)了助教，在全心投入電磁研究之前，已在控制理論、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、熱力學(xué)和光學(xué)物理等方面具有獨(dú)特見解，甚至印出了世界上第一張彩色照片。1862年，英國皇家學(xué)院委托31歲的麥克斯韋把電磁學(xué)里各種單位統(tǒng)一起來。當(dāng)時(shí)，法拉第對麥克斯韋寄予厚望，希望他用超凡的數(shù)學(xué)能力和對自然現(xiàn)象深刻的認(rèn)識(shí)，把電磁學(xué)發(fā)揚(yáng)光大。麥克斯韋綜合了法拉第、安培、高斯、湯姆生（克耳文爵士）等科學(xué)家的想法，苦研多年后，于1873年發(fā)表了《Treatise on Electricity and Magnetism》，用4個(gè)微分方程式（原有20個(gè)方程，后由黑維塞簡化成4個(gè)）概括了所有的電和磁現(xiàn)象，這是19世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的登峰之作。更為震撼的是，這些方程式的答案中預(yù)測了一種電磁波的存在，而且這種電磁波在真空中傳播的速度計(jì)算出來竟是光速。法拉第的直覺——光是一種電磁波因此得到證明。1888年，赫茲驗(yàn)證了麥克斯韋電磁波的存在。電氣信息類專業(yè)本科生應(yīng)以這些偉大的電磁科學(xué)家為榜樣，學(xué)習(xí)他們深厚的科學(xué)素養(yǎng)與人文素質(zhì)，開發(fā)、挖掘自身的潛質(zhì)與精神氣質(zhì)，這也是通識(shí)教育的終極追求。

三、新工業(yè)發(fā)展的啟迪作用

早期電磁理論和技術(shù)的發(fā)展促成了一些新工業(yè)，如電報(bào)、電話、無線電報(bào)、電燈與電氣化等的出現(xiàn)。了解這些新工業(yè)的發(fā)展歷程不僅能開拓學(xué)生的視野，還能引導(dǎo)他們?nèi)娣治鰡栴}，樹立恰當(dāng)?shù)娜松繕?biāo)。以電報(bào)技術(shù)為例，推動(dòng)電報(bào)誕生的有兩位主要人物，一位是美國的摩斯，另一位是英國的柯克。摩斯的方法全球通用，創(chuàng)造了第一個(gè)以電為基礎(chǔ)的新工業(yè)。1832年，繪畫專業(yè)的四十一歲的摩斯偶爾聽說歐洲有人正在研究以電流來進(jìn)行通訊，于是他便很快研制了一架簡陋的電報(bào)機(jī)，并精心策劃了專利申請，同時(shí)還組成了團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)新技術(shù)。摩斯帶著他的發(fā)明到各地示范，尋求投資者，結(jié)果雖獲好評，但技術(shù)太新，難以為大眾所接受。摩斯的執(zhí)著最終換來了由華盛頓到巴爾的摩兩個(gè)城市間電報(bào)通訊示范工程的成功，這也成為電報(bào)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨后摩斯與肯道注冊成立了公司，集資建造從紐約通往美國東部各大城市的電報(bào)系統(tǒng)；摩斯又接受了肯道的建議，將他的專利同時(shí)授權(quán)給多家公司，讓他們在全美各地發(fā)展電報(bào)，他坐收授權(quán)費(fèi)。從1844年開始，很多公司投入了電報(bào)行業(yè)，但大多數(shù)并不理會(huì)摩斯的專利，而拿了專利權(quán)限的公司也以各種理由不繳費(fèi)用。摩斯在1849年控告這些公司侵權(quán)，而這些公司也聯(lián)合起來挑戰(zhàn)摩斯專利權(quán)的合法性。他們指出摩斯的很多技術(shù)是抄襲他人的發(fā)明。1854年，法院裁定摩斯是電報(bào)的發(fā)明人，判決書中聲明摩斯雖采用了一些他人的知識(shí)，但他是第一個(gè)把這些知識(shí)整合在一起、成功應(yīng)用到通訊技術(shù)上的人。這個(gè)判決奠定了摩斯在歷史上的地位，也帶給了他財(cái)富。1865年，世界上20個(gè)國家一起開會(huì)成立了國際電信聯(lián)盟，來統(tǒng)一規(guī)范全世界電報(bào)的應(yīng)用和技術(shù)。這也是歷史上第一個(gè)世界性的技術(shù)組織。

從1844年摩斯第一次示范華盛頓到巴爾的摩的通訊，到1865年第二條大西洋電纜開始服務(wù)，短短21年間，電報(bào)覆蓋了全世界。電報(bào)不僅為人類通訊的需求帶來翻天覆地的改變，同時(shí)也推動(dòng)了一波又一波的技術(shù)革新，一直延伸到今天。在電報(bào)發(fā)展的過程中摩斯的堅(jiān)持，專利權(quán)的紛爭，技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及新行業(yè)的衍生等都能夠給學(xué)生很多人生啟迪。

四、結(jié)語

電磁現(xiàn)象從被發(fā)現(xiàn)到理論基礎(chǔ)的建立，到發(fā)展成人們生活中不可缺少的各種技術(shù)，再到產(chǎn)生支撐國家經(jīng)濟(jì)的新興企業(yè)，無數(shù)科學(xué)家、工程師、企業(yè)家、投資者做出了貢獻(xiàn)。他們在科學(xué)研究中所使用的方法和敏銳的洞察力，在創(chuàng)業(yè)中堅(jiān)持不懈的努力，在經(jīng)營管理中的先進(jìn)理念等引人思考。電氣信息類專業(yè)的學(xué)生若能全面了解電磁學(xué)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷程，不僅有助于他們加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)底蘊(yùn)，提升文化修養(yǎng)，更有助于他們樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和學(xué)術(shù)觀，這也是通識(shí)教育的培養(yǎng)目標(biāo)。