大學生科學思維方式的培養

顧愛軍，梁金棟

摘要：針對習慣于應試教育而缺乏科學創新能力的大學生，應系統地加強素質教育，加強科學思維方式的培養。結合力學課程的特點，以培養科學思維方式為主線，提出了樹立科學學習理念，培養科學思維習慣，提供創新實踐機會，培養科學探索精神的創新能力培養方法，以期為大學生走上科學創新之路打下堅實的基礎。

關鍵詞：科學思維方式；培養；創新能力；力學課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0148-03

一、國內素質教育與創新思維培養的現狀

受我國人口眾多、教學資源缺乏等客觀因素的影響，現行教學體制使得中小學教育無法完全擺脫“應試教育”的模式。盡管教育界在素質教育方面做了大量的努力和嘗試，仍無法從根本上解決問題。因此出現了這樣的怪現象：就總體而言，美國的中小學生多在輕松愉快的成長環境中學到了創新思維的方式，從而在大學時代顯示出顯著的科研后勁；而中國的中小學生在付出了成倍的努力與艱辛后換來的是高應試能力和低創新意識，進入大學后失去了應有的科研素質和學習動力。對于目前存在的并且還將在相當長的時間內存在的這種狀況，作為高等教育機構，決不能坐等中小學教育模式的改變，而應在大學階段利用合理的教育模式來彌補其創新思維能力的培養。尤其是理工科類專業，應在各門課程的學習中挖掘、喚醒被壓制的潛能，使學生在后續的學習、科研工作中積極主動地發揮其科學創新能力。

然而，創新思維能力的培養并非靠單純的“頭痛醫頭、腳痛醫腳”式的創新教育就能夠實現，而是要通過長期的科學思維方式的培養來逐漸形成。就國內高等院校而言，其教育體制和教學模式中往往存在許多不利于科學思維方式培養的因素。

由于我國大學評價制度的缺陷以及受功利主義意識支配，學校往往傾向于重視發展科學研究、學科建設等周期短、見效快的項目，而科研成果也成為衡量教師水平的主要指標。盡管由此可能帶來學校和個人科研水平的上升，但并沒有帶來教學資源的明顯增強，在當前教學與科研關系理論中體現得更多的是科學研究對教學的侵蝕和拖累[1]。相反，人才培養周期長、見效不明顯，往往是形式上重視，實際上忽略。因此，教師容易存在浮躁心態，急功近利，不安心教書育人，不愿意全面提升自身素質[2]。至于對學生科學思維方式的培養，更是主觀上不夠重視，客觀上也無法實現。愛因斯坦曾明確指出，西方科學的發展是以兩個偉大的成就為基礎的，那就是：希臘哲學家發明形式邏輯體系，以及通過系統的實驗發現有可能找出因果關系[3]。可見，實驗方法和邏輯方法是自然科學所不可或缺的兩種最主要的方法[4]。然而這兩個方面卻都成了國內高等教育中的短板。學時的減少，教師教學積極性的降低，以通過課程考試為目的的學習思想等諸多原因造成科學體系中的邏輯推理不被重視，而只是熱衷于通過背下公式和結論去解決考卷中的題目。即使有學生愿意通過邏輯推理去更深地掌握所學知識，也往往并非是基于對所學知識的探索和興趣。另外，作為科學方法中的實驗環節更容易受到教師和學生的忽視，因為缺少了實驗環節似乎對應付課程考試、考研以及對課程和學科的評價并無太大的影響。如此，缺少了科學中的關鍵環節，就無法在教學中通過適當的方法培養學生的科學思維方式，培養科學創新人才。

二、力學課程的特點有利于創新思維的培養

現代科學起源于西方，而力學課程體系的理論性與嚴密性更是西方科學的典型代表。盡管中國古代在力學領域做出了許多重要的貢獻，如鄭玄關于弓受力與變形呈正比關系的描述，但應該清醒地認識到，這些成果幾乎都屬于“經驗總結”性的結論，缺少了嚴密的邏輯推理以及由此而發展的更深層次的科學探索。這也正是中國古代文明迅速被西方現代文明超越并被遠遠甩在后面的原因。力學課程是工科的專業基礎課，相對于基礎課又具有一定的專業性，理論性強、邏輯嚴密，并且緊密聯系實際，其特點十分利于學生科學思維的培養。

1.力學課程具有深厚的數學基礎。數學是研究現實世界空間形式和數量關系的一門科學，是學習和研究現代科學技術必不可少的基本工具。力學課程具有很強的理論性，其大量的定理都來自于嚴密的數學推導。因此，力學課程的學習要求學生具有扎實的數學基礎，踏實、嚴謹的學習作風，按照科學的思維方式處理每一個力學問題，而不是僅憑經驗總結去直覺、模糊、意會地認識問題。

2.力學課程與工程實際緊密相連。力學知識起源于人類對自然現象的觀察和在生產勞動中的經驗，力學與人類生活和工程實際是密不可分的。這就可以在力學課程的教學中利用各種實際問題（包括實驗）將理論知識加以靈活運用，培養學生的學習興趣，同時也能培養發散性思維能力，而發散性思維往往是創新思維的重要來源。

3.力學課程具有多學科交叉的特點。首先，力學是物理學的分支，其物理、數學基礎是不可或缺的。從小學開始，力學知識就出現在數學和科學課程中。中學的物理課程更是以力學為其重點和難點。大學物理則又一次涉及到基本力學理論。其次，在力學課程之后有許多以力學為基礎的專業課程，甚至還有更加專業的力學課程。可以說，對力學知識的學習和應用貫穿了學生尤其是工科學生的學習生涯，甚至包括將來的工作歷程。再次，力學往往與機械、土木、水利、材料、生物等許多學科交叉，這種交叉不僅能拓寬視野，拓展思維，而且解決了許多單學科不能解決的棘手問題，因而也是科學創新的源泉。

三、創新思維培養的方法

1.樹立科學學習理念。讓學生真正地理解科學的含義，尤其像力學這樣的自然科學的概念。盡管很難對科學作出一個充分而本質的定義，但從自然科學的角度可以將其理解為建立在實踐基礎上，經過實踐檢驗和嚴密邏輯論證的，關于客觀世界各種事物的本質及運動規律的知識體系[5]。對這樣的一種知識體系的學習必須要按照科學的態度和方法進行。例如在理論力學中，首先介紹了5個靜力學公理，強調這是公認的真理，是從大量的實驗中總結出來的，并經過大量實驗所驗證的。接下來，所有揭示更深層次的靜力學關系的定理與結論均以此為基礎，通過嚴密的邏輯推理得到。前提正確，推理正確，結論也必定正確。為了確定結論的正確性，往往還需要通過實驗手段進行驗證。整個過程恰恰反映了科學地探索未知世界的過程，這也正是學生學習中應有的學習理念。endprint

2.培養科學思維習慣。許多學生習慣于被動的填鴨式學習，對書本上的知識通過死記硬背或者模糊、意會的理解來學習，習慣于相信書本上的知識，沒有質疑精神，因而也就不可能出現創新的思想。這都是長期以來的應試教育帶來的后果。在教學中，應利用各個教學環節培養學生以科學的思維習慣來學習科學知識。例如，力學課程的部分內容在中學階段已有所學習，但在大學階段的學習顯然更系統、更深入，所用的數學工具也更先進。對這部分內容的學習不應簡單地重復，而應該側重于引導學生以科學的思維方式重新認識和理解學過的知識。通過比較，將應試教育中學到的“死的”知識轉化為科學研究中解決問題的工具。

又如，力學課程離不開實驗，幾乎所有教師都知道實驗的重要性。但多數教師為圖省事，往往利用多媒體手段以動畫、視頻的方式進行演示。首先，這種演示實驗的效果絕不可能超過教師親自去操作實驗，更不如學生自己動手去做實驗。更重要的是，這種做法并不能改變學生目前的這種被動式學習的習慣。麻省理工學院的名譽教授Walter H. G. Lewin博士在講述經典力學時利用大量的經典實驗去驗證所講述的理論，并將實驗測得的結果與理論計算結果相比較，分析引起誤差的原因。每一個分析步驟都顯示出科學求實的精神，不但給學生留下了深刻的印象，更重要的是讓學生養成用科學實驗檢驗真理、探索未知世界的習慣。

3.提供創新實踐機會。適時講述與所學理論相關的科學創新實例，包括科研、工程和生活中應用相關理論解決實際問題或者技術改進、發明創造等事例。如在運動學中講述定軸轉動剛體上各點速度時，介紹電動剃須刀的改進與該理論的關系；講述靜力學中的摩擦問題時，介紹利用交通事故中車輪與地面的摩擦印跡判斷事發前的車速等等，以激發學生的興趣，鼓勵他們參加大學生科技創新活動。在活動中，要引導學生進行理論指導下的創新實踐活動，以科學思維方式作為科技創新的基礎。同時，學校應提供更多的創新實踐機會。除了省級、國家級的大學生科技創新活動，還應組織一些范圍更廣、更有課程針對性的專題創新實踐活動，以激勵更多的學生加入其中，擴大其影響范圍。如很多學校成功舉辦的橋梁模型設計制作大賽、省力機構設計大賽、高空落物緩沖機構設計大賽等活動無不體現了理論指導實踐，實踐促進理論的科學理念，對科學思維方式培養均取得了良好的效果。

4.培養科學探索精神。縱觀中外著名的科學家，無不以科學探索為其畢生的追求。中國近代力學之父錢偉長先生在1957年的“反右”運動中被打成“右派”，在下放農村期間仍堅持科學研究。研究受到紅衛兵的阻撓時，他就趁晚上把窗戶堵上，徹夜苦讀。真正的科學家對學習和科研工作絕不以功利為目的，而以科學的態度探索未知世界的奧秘才是他們的追求，甚至是一種樂趣。這種精神是在長期的科學思維方式下養成的科學思維習慣中逐漸形成的，是科研工作者所追求的最高境界。

四、總結

長期對中小學的應試教育不僅造成其思維方式的缺陷，也使其在高考之后迅速喪失學習興趣，進入大學后缺乏學習的動力。要改變這一現狀，必須通過長期在教學中堅持科學思維方式的培養，使學生逐漸走上科學研究的正軌。另一方面，作為教學主導的教師不但自己對科研和教學要有科學的態度，還需要具有扎實的理論基礎和實踐經驗，更需要有一份責任心和奉獻精神。此外，科學思維方式的培養單靠一兩門課程的努力是遠遠不夠的，這種科學思維的理念也應該在其他自然科學的學習中得到體現。而要徹底趕上西方發達國家的教育水平，還需要從教育體制的源頭上著手解決，任重而道遠。

參考文獻：

[1]周光禮，馬海泉.科教融合：高等教育理念的變革與創新[J].中國高教研究，2012（8）：15-23.

[2]梁麗萍，宋燕.中國大學教學[J].2012（4）：17-19.

[3]許良英，范岱年.愛因斯坦文集（第1卷）[M].北京：商務印書館，1976：574.

[4]錢兆華.為什么實驗方法和邏輯方法對科學特別重要？[J].科學技術與辯證法，2004，2（21）：20-22.

[5]百度百科.科學[EB/OL].

http：//baike.baidu.com/view/3805.htm.

作者簡介：顧愛軍，揚州大學水利科學與工程學院副教授，碩士（江蘇揚州225009）；梁金棟，揚州大學水利科學與工程學院講師，博士（江蘇揚州225009）。endprint