淺談物理學(xué)史對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟示作用

劉偉波

摘要：通過在《大學(xué)物理》課程中引入相關(guān)物理學(xué)史知識，針對社會對創(chuàng)新能力要求的逐步提高和當(dāng)前學(xué)生創(chuàng)新能力不足的現(xiàn)狀，結(jié)合物理學(xué)史的典型事例，從意識、方法論、思維方式幾個方面探討物理學(xué)史對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟示作用。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；物理學(xué)史；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0065-02

一、引言

創(chuàng)新能力是國家競爭力的核心。面對科學(xué)技術(shù)的加速發(fā)展和競爭日益激烈的形勢，創(chuàng)新能力是跨世紀人才最重要的基本素質(zhì)之一。培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是高等教育改革的宗旨，也是教學(xué)改革的方向。而社會對創(chuàng)新能力要求的提高和當(dāng)前大學(xué)生創(chuàng)新能力的不足形成鮮明對照。諾貝爾獎獲得者楊振寧教授曾經(jīng)說過：“中國學(xué)生解決問題能力強，而提出問題能力差，因而缺乏創(chuàng)造性”。因此在當(dāng)代高等教育中，必須重視對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

《大學(xué)物理》是研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律的一門自然科學(xué)，是高等院校各理工科專業(yè)所必修的一門重要的通識性公共基礎(chǔ)課。但當(dāng)前的《大學(xué)物理》教學(xué)，普遍重視對定理公式的推導(dǎo)，重視對復(fù)雜例題的講解，而對于《大學(xué)物理》中所蘊含的物理學(xué)史知識，則往往一帶而過。物理學(xué)史蘊含著豐富的創(chuàng)新教育因素，是物理教學(xué)中不可或缺的一個方面，對促進學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著獨到的作用[1，2]。本文擬從《大學(xué)物理》中的物理學(xué)史談起，結(jié)合物理學(xué)史中的一些典型事例，探討物理學(xué)史對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)所起的作用，然后提出一些觀點，以期得到有益于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的啟示。

二、物理學(xué)史對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟示

（一）勇于懷疑，提高設(shè)疑能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

新的事物還未產(chǎn)生，意識卻總是提前出現(xiàn)。因此，要培養(yǎng)創(chuàng)新能力，前提便是先培養(yǎng)創(chuàng)新意識。創(chuàng)新意識的培養(yǎng)就是以推崇創(chuàng)新、追求創(chuàng)新、以創(chuàng)新為榮的觀念和意識的培養(yǎng)。只有在強烈的創(chuàng)新意識指導(dǎo)下，才可能產(chǎn)生強烈的創(chuàng)新動機，樹立創(chuàng)新目標，充分發(fā)揮創(chuàng)新潛力和聰明才智。物理學(xué)史中大量事例表明，只有不迷信權(quán)威和書本，不囿于傳統(tǒng)理論，才可能搶占到科學(xué)發(fā)展的最前沿，做出突破性的成績。例如，若不是伽利略對亞里士多德傳統(tǒng)運動觀念“力是產(chǎn)生運動原因”的懷疑，也不可能建立正確的“力和運動”的觀點。正是他的觀點“外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因”，被牛頓后來概括成為“運動第一定律”和“運動第二定律”。若沒有托馬斯·楊對牛頓光的微粒說的懷疑，也不會有“波動說”的復(fù)興，更不會有19世紀光學(xué)方面的迅速發(fā)展。創(chuàng)新意識是從人對事物的疑問引發(fā)的。法國哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家笛卡爾就非常重視懷疑的作用，他所提出的著名哲學(xué)命題“我思故我在”，“我思即是懷疑，而我思意味著我在。”非常經(jīng)典，因為只有對事物有疑問才能提出問題，形成創(chuàng)新意識，才能有創(chuàng)新的基礎(chǔ)。在素質(zhì)教育培養(yǎng)創(chuàng)新能力的過程中，要敢于懷疑原有的知識和規(guī)律，敢于和善于提出問題。善于設(shè)疑、質(zhì)疑是創(chuàng)新的火花，是具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的人必須具備的基本品質(zhì)。在人類的認識史上，物理學(xué)乃至整個科學(xué)的發(fā)展總是從“提出疑問，提出有價值的創(chuàng)新性問題”開始的。正是由于一個個新奇而深刻的問題的存在，才不斷激勵人去觀察、思考、實驗，激活創(chuàng)新的思路，最終得到創(chuàng)新型的成果。勇于懷疑，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的前提。有了這個基礎(chǔ)，才使創(chuàng)新能力培養(yǎng)成為可能。

（二）授人以漁，重視方法培養(yǎng)，領(lǐng)會創(chuàng)新方法

以往的物理教學(xué)往往過分偏重物理知識的傳授，教師往往根據(jù)現(xiàn)代的認識，按照知識體系編排出知識框架，從幾個基本原理出發(fā)，運用數(shù)學(xué)演繹手段，將“修正”和“純粹”的最終知識成果介紹給學(xué)生。這種方式雖然有利于學(xué)生短時期內(nèi)掌握知識，縮短學(xué)生的認識過程，但抽象的理論介紹明顯不利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，必須“授人以漁”，重視對學(xué)生的“方法論”培養(yǎng)，使學(xué)生能夠領(lǐng)會先輩科學(xué)家們的創(chuàng)新方法，觸類旁通去解決一些當(dāng)前的問題。物理學(xué)史中的一些史料，提供了許多前輩先人做出重大貢獻所運用的科學(xué)的“方法論”。科學(xué)的“方法論”曾經(jīng)對人類歷史產(chǎn)生了意義深遠的影響作用。在十六七世紀，歐洲產(chǎn)生了改變整個人類歷史進程和人類生活的近代科學(xué)。而近代科學(xué)誕生的主要標志，就是建立了一套有別于古代和中世紀的“自然觀”和“方法論”——“機械自然觀”和“實驗數(shù)學(xué)方法論”。這個新的知識傳統(tǒng)由許多近代的自然科學(xué)家和哲學(xué)家共同鑄造，培根、笛卡爾、伽利略、牛頓等人都做出了自己的貢獻。可以看出，在伽利略和牛頓這樣的近代科學(xué)大師那里，實驗觀察與數(shù)學(xué)演繹已經(jīng)十分緊密地結(jié)合在一起。時至今日，科學(xué)方法論所倡導(dǎo)的數(shù)學(xué)演繹、實驗證明方法仍得到重視，甚至有了更大的發(fā)展應(yīng)用，影響了一代又一代人。諸如現(xiàn)在的《大學(xué)物理》課，仍然是將數(shù)學(xué)演繹和實驗觀察十分緊密地結(jié)合在一起。理論課通常利用數(shù)學(xué)方法來進行推導(dǎo)演繹，實驗課則通過實驗觀察來證明理論課所推導(dǎo)出的結(jié)果。這是從十六七世紀就已流傳下來的優(yōu)秀的傳統(tǒng)和“方法論”。透過一些典型的物理學(xué)史料，常常能夠發(fā)現(xiàn)，一個好的“方法論”所起的作用甚至要遠遠強過某一項天才的發(fā)明創(chuàng)造[3]。好的方法為以后人們解決類似問題提供了可以借鑒的思路，甚至能促進人的思維轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)人們在其他問題上勇于創(chuàng)新。比如笛卡爾發(fā)明了直角坐標系，這一發(fā)明將代數(shù)和幾何統(tǒng)一了起來，為數(shù)學(xué)的發(fā)展開辟了無限廣闊的前景。后世的數(shù)學(xué)家們基于此方法，靠著天才的直覺加上嚴密的數(shù)學(xué)推理，居然也在許多物理學(xué)原理方面做出了有益的貢獻。因此平常要注重對學(xué)生正確“方法論”的培養(yǎng)和引導(dǎo)，授人以漁，使他們能夠領(lǐng)會創(chuàng)新方法，沿著正確的科學(xué)道路走去，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重點所在。

（三）獨辟蹊徑，培養(yǎng)非常規(guī)邏輯，訓(xùn)練創(chuàng)新思維

愛因斯坦曾指出：“在建立一個物理學(xué)理論時，基本觀念起了最主要的作用。”物理學(xué)理論的發(fā)展，最本質(zhì)地表現(xiàn)在物理學(xué)基本觀念的演變上。而基本觀念的演變，通常都建立在非常規(guī)思維的存在和發(fā)展的基礎(chǔ)上。創(chuàng)新思維是一種利用新穎獨特的方法解決問題的過程，它需要有一個思維的靈感狀態(tài)。傳統(tǒng)的教學(xué)向?qū)W生講述的多是理性、邏輯的方法。而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不僅要求學(xué)生邏輯思維能力極其嚴密，還要求他們具有相當(dāng)強的非邏輯想象能力，一些能夠突破傳統(tǒng)思維定式、不循常規(guī)的思維方法也是很必要的。這些思路雖然當(dāng)時乍看上去匪夷所思難，以得到大多數(shù)人的理解，然而在推動物理學(xué)發(fā)展的重大歷史事件中，這類方法往往還有著舉足輕重的作用。科學(xué)創(chuàng)造的過程常常是自由的，如果過于堅持概念的嚴格清晰，就可能使科學(xué)停滯不前。所以在物理教學(xué)中應(yīng)該培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的想象力、洞察力和判斷力，并培養(yǎng)非常規(guī)的思維能力。愛因斯坦關(guān)于“狹義相對論”的建立便是有力的例證。1905年，愛因斯坦發(fā)表了“狹義相對論”，而在1904年，洛侖茲已經(jīng)提出了“洛侖茲變換式”，雖然兩人所得公式幾乎一樣，但因為他們對問題的提法大不相同，科學(xué)界幾乎一致認定愛因斯坦是“相對論”的創(chuàng)始人[4]。“洛侖茲變換式”不盡完善正是因為太拘泥于常理，缺乏非邏輯想象能力，使思考問題受制于絕對時空觀束縛。而愛因斯坦的成功則得益于其思考問題的獨立和反常規(guī)的邏輯，提出了幾個前人沒有想過的問題。完全可以說，創(chuàng)造性思維是創(chuàng)新能力的核心，訓(xùn)練非常規(guī)的邏輯思維方式是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最終目標和境界升華。

三、結(jié)語

素質(zhì)教育迫切需要加強對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過在《大學(xué)物理》課程中引入相關(guān)物理學(xué)史的知識，結(jié)合物理學(xué)典型史料，對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是大有裨益的。可以發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識是基礎(chǔ)和前提，領(lǐng)會創(chuàng)新方法是關(guān)鍵和重點，而訓(xùn)練創(chuàng)新思維是目標和升華。新時期的大學(xué)生肩負著艱巨的歷史使命，要從中學(xué)習(xí)物理學(xué)家們進行科學(xué)研究的思想和方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，這些方面的研究有待進一步探索和實踐。

參考文獻：

[1]黃熙，陳飛明，許明耀，等.物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的意義[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，28（2）：104-106.

[2]黎光旭，劉奕新，郭進.物理學(xué)史在大學(xué)物理教學(xué)中的作用[J].廣西大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會科學(xué)版，2008，30（S1）：113-114.

[3]申先用，李艷平.談?wù)勎锢韺W(xué)史在素質(zhì)教育中的作用[J].大學(xué)物理，2000，19（11）：36-40.

[4]愛因斯坦.愛因斯坦文集[M].許良英，李寶恒，編譯.北京：商務(wù)印書館，1976：288-291.