物理學史與創新思維的培養

一、質疑精神和創新意識

創造性思維首先表現在對舊理論有懷疑和批判精神，科學史上大量事例說明不囿于傳統理論和觀念，不迷信權威和書本，是科學創造的思想前提。愛因斯坦因創建相對論而聞名于世，但在愛因斯坦之前，洛侖茲和彭加勒雖然已走到了相對論的大門口，只是由于未能擺脫絕對時空觀的束縛，而最終沒能邁入相對論的門坎，正是由于愛因斯坦敢于對“絕對運動”和“靜止以太”的觀念產生質疑，以創新精神沖破傳統觀念的束縛，才創立了狹義相對論，引起了人類時空觀的巨大變革。

質疑精神是創新意識的基礎，批判性是創新思維的基本特征。培養創造性人才，首先要培養他們的質疑精神和思維批判性。現代教育論認為，教學不僅要傳授給學生知識，更要培養其創新思維能力。而書本上的科學結論幾乎是以完成的形式出現在學生面前，學生感覺不到科學發現、創新思維的過程，在物理教學中，我們要充分利用物理學史的豐富內容從真實的物理學認識發展的歷史進程中，展示物理學家在探索過程中如何以質疑和批判的態度分析原有理論，以創新精神沖破傳統觀念的束縛，要通過多種形式來鼓勵學生“生疑”、“存疑”、“問疑”，培養他們的質疑精神和創新意識。

二、科學討論和創新思維

科學討論是學習、研究、創新的一種重要而基本的方法。科學討論能相互啟發和激勵；能營造創造氣氛，使思維變得活躍；能激發創造、激發靈感。所以說科學討論是培養創造性人才和激

發創新思維的一種重要形式和有效途徑。很多物理學的研究成果都與各種不同形式的討論有關。而差不多每一位科學大師都是科學討論的熱衷者。盧瑟福不但對原子科學作出了卓越的貢獻，而且在人才培養上也是功勛卓著，在他的實驗室里每天下午準時召開茶時漫談會，常常在討論中產生許多重要的物理思想，不少新的觀念在這里迸發[1]，在這里科學討論營造了濃厚的自由探索的學術氣氛，使智慧得到啟迪，靈感得到激發，可以說科學討論造就了盧瑟福人才培養的成功光環。同樣，科學討論的“奧林比亞科學院”給愛因斯坦的科學創造注入了無限的智慧和源泉。海森伯的成才經歷有一個獨特之處，就是討論這種方式在他的學習和科學研究中起了非常重要的作用，討論伴隨著他的一生，討論伴隨著他對科學的貢獻，測不準原理的發現就是一個標準的科學討論的產物。海森伯曾深有感觸地說：“科學扎根于討論”。這充分說明科學討論這種學習、研究方式的極端重要性。哥本哈根學派是20世紀20年代就量子力學的詮釋，以玻爾為首的一批物理學家與愛因斯坦等人進行的大討論、大辯論、大論戰中，產生、發展而形成的。正是通過這種罕見的思想大辯論、思想大交流、思想大論戰，量子力學才獲得了劃時代的突破并孕育了一種珍貴的科學創造的“哥本哈根精神”，這是一種高度的智力追求和科學創新精神[2]。

回溯和研究物理學史上重大的創新過程則可給我們許多啟迪，科學討論這種學習、研究方法對培養人才和科學創新都起著十分關鍵的作用。在創新時代的今天一定要重視科學討論的地位和作用，在一定程度上將科學討論移植到大學課堂上來，培養學生的創造性人格和發展學生的創造性思維。

三、類比思維的培養

類比是人類創新思維的一種形式，這種創造性思維具有直覺、聯想、發散的特征，當一個領域里出現新的經驗事實，從那里只能約略看到它們現象間松散的聯系時，要進行思維發散、充分聯想，參照其他領域的已知過程或規律，比較兩者相似的特性，仿照已知過程的聯系，在整體上進行（類比）猜測、（類比）直覺、（類比）歸納，觀察隱藏在現象背后的本質屬性或本質聯系，從而做出預測性的描述，這就是類比。類比思維的客觀基礎，就是自然界存在某些普遍或共同的規律，支配著不同領域里的不同過程，而這不同領域的不同過程又有著相似的表現形式。因此這就給類比提供了客觀的可能性。客觀世界本來就是一個復雜的、統一的、相互聯系的有機整體。物理規律就是以簡潔美的形式表現著大自然的普遍聯系的抽象和概括，正因為如此，許多物理過程的關系是可以類比的。物理學家曾經熟練而巧妙地運用類比的方法取得了很多重大成果。卡諾把熱機的工作原理跟水輪機做類比，從理論上推出理想熱機的效率僅僅取決于熱機所處的溫度差。麥克斯韋把法拉第的磁力線概念跟流體的流線做類比，得出奧斯特定律的數學表示式。德布羅意把實物粒子類比于光子，提出實物粒子也具有波粒二象性。薛定諤把光學與力學進行類比建立了薛定諤方程，還有，湯川把核力同原子的電磁力做類比，預言了介子的存在等等。

類比思維屬于非邏輯推理的范疇，它是從已知的事實、規律、理論出發，在對給定的問題有了深入的認識和思考以后，借助“假想”、“想象”、“聯想”、“推測”、“直覺”的力量把事物的聯系從一個領域擴大到另一個領域，從而實現思維過程的飛躍，揭示出科學的奧秘。學習物理學史正是一種思維的訓練，通過揭示出物理學家的這些思維過程，讓學生去觀察體會大師們的創新軌跡，有意識地進行類比思維的訓練，可以使學生受到有效方法的啟迪，進而獲得科學論思想的某種升華。

四、發散思維的培養

發散思維是思考者根據已有知識、經驗的全面信息，從不同角度，沿不同方向，進行各種不同層次的思考，多觸角、全方位地尋求與探索新的多樣性的方法及結論的開放式立體思維，是培養創新思維的重要途徑。開放性是和封閉型相對立的，封閉型思維就是把自己框在已有理論和觀念的范圍內，不接受或難以接受新的思想和觀念，習慣于在已知的界限內尋求解答的依據，不愿意用新的觀點對現象作出解釋。而開放性思維正好相反，它對所有的經驗、觀念和理論都是敞開的，這樣就容易使新的想法自由地、不受阻礙地產生或涌現出來。玻爾為原子結構和原子輻射的量子理論作出了重大貢獻就在于他沒有阻礙地接受新的實驗事實，敢于把量子假說引入到原子結構理論，敢于在已知領域之外尋求答案，用新的思想、新的觀點解釋觀察到的現象從而提出定態和躍遷的概念，這是一種開放式的發散思維的產物[3]。而約里奧-居里夫婦雖然最早發現三個重大實驗現象，即中子、正電子和核裂變實驗現象的發現，可由于他們的理論視野不夠開闊，對觀察到的新現象，便只能往老的理論概念的框框中套，而不能有新的、概念性的突破[4]，從而失去了三次領取諾貝爾獎的機會，否則他們將四次榮獲諾貝爾獎。

物理學史記載了人類揭開世界奧秘和令人興奮的探索過程，包含了極其豐富的創新思想，同時也為我們積累了豐富的認識論和方法論的經驗知識，為我們進行創造提供了示范指導，是培養創造思維的極好載體，我們要充分利用好這個資源優勢，在教學過程中有意識地滲透科學思想和科學方法，把學生帶進物理學家創新思維的“情景”中去，使學生充分了解物理學大師們在探索過程中的創新思維活動，擴大學生的視野，培養他們不僅逐步學到知識，學會學習，學會應用，更應該學會探索、學會創造、學會科學的創新思維方法，用不拘一格的教學形式傳遞給學生豐富而有價值的知識和能力，從而達到培養富有創新意識和創新思維的人才的目的。

（作者單位：焦作大學 基礎科學系）