大学生科学思维方式的培养

顾爱军，梁金栋

摘要：针对习惯于应试教育而缺乏科学创新能力的大学生，应系统地加强素质教育，加强科学思维方式的培养。结合力学课程的特点，以培养科学思维方式为主线，提出了树立科学学习理念，培养科学思维习惯，提供创新实践机会，培养科学探索精神的创新能力培养方法，以期为大学生走上科学创新之路打下坚实的基础。

关键词：科学思维方式；培养；创新能力；力学课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0148-03

一、国内素质教育与创新思维培养的现状

受我国人口众多、教学资源缺乏等客观因素的影响，现行教学体制使得中小学教育无法完全摆脱“应试教育”的模式。尽管教育界在素质教育方面做了大量的努力和尝试，仍无法从根本上解决问题。因此出现了这样的怪现象：就总体而言，美国的中小学生多在轻松愉快的成长环境中学到了创新思维的方式，从而在大学时代显示出显著的科研后劲；而中国的中小学生在付出了成倍的努力与艰辛后换来的是高应试能力和低创新意识，进入大学后失去了应有的科研素质和学习动力。对于目前存在的并且还将在相当长的时间内存在的这种状况，作为高等教育机构，决不能坐等中小学教育模式的改变，而应在大学阶段利用合理的教育模式来弥补其创新思维能力的培养。尤其是理工科类专业，应在各门课程的学习中挖掘、唤醒被压制的潜能，使学生在后续的学习、科研工作中积极主动地发挥其科学创新能力。

然而，创新思维能力的培养并非靠单纯的“头痛医头、脚痛医脚”式的创新教育就能够实现，而是要通过长期的科学思维方式的培养来逐渐形成。就国内高等院校而言，其教育体制和教学模式中往往存在许多不利于科学思维方式培养的因素。

由于我国大学评价制度的缺陷以及受功利主义意识支配，学校往往倾向于重视发展科学研究、学科建设等周期短、见效快的项目，而科研成果也成为衡量教师水平的主要指标。尽管由此可能带来学校和个人科研水平的上升，但并没有带来教学资源的明显增强，在当前教学与科研关系理论中体现得更多的是科学研究对教学的侵蚀和拖累[1]。相反，人才培养周期长、见效不明显，往往是形式上重视，实际上忽略。因此，教师容易存在浮躁心态，急功近利，不安心教书育人，不愿意全面提升自身素质[2]。至于对学生科学思维方式的培养，更是主观上不够重视，客观上也无法实现。爱因斯坦曾明确指出，西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的，那就是：希腊哲学家发明形式逻辑体系，以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系[3]。可见，实验方法和逻辑方法是自然科学所不可或缺的两种最主要的方法[4]。然而这两个方面却都成了国内高等教育中的短板。学时的减少，教师教学积极性的降低，以通过课程考试为目的的学习思想等诸多原因造成科学体系中的逻辑推理不被重视，而只是热衷于通过背下公式和结论去解决考卷中的题目。即使有学生愿意通过逻辑推理去更深地掌握所学知识，也往往并非是基于对所学知识的探索和兴趣。另外，作为科学方法中的实验环节更容易受到教师和学生的忽视，因为缺少了实验环节似乎对应付课程考试、考研以及对课程和学科的评价并无太大的影响。如此，缺少了科学中的关键环节，就无法在教学中通过适当的方法培养学生的科学思维方式，培养科学创新人才。

二、力学课程的特点有利于创新思维的培养

现代科学起源于西方，而力学课程体系的理论性与严密性更是西方科学的典型代表。尽管中国古代在力学领域做出了许多重要的贡献，如郑玄关于弓受力与变形呈正比关系的描述，但应该清醒地认识到，这些成果几乎都属于“经验总结”性的结论，缺少了严密的逻辑推理以及由此而发展的更深层次的科学探索。这也正是中国古代文明迅速被西方现代文明超越并被远远甩在后面的原因。力学课程是工科的专业基础课，相对于基础课又具有一定的专业性，理论性强、逻辑严密，并且紧密联系实际，其特点十分利于学生科学思维的培养。

1.力学课程具有深厚的数学基础。数学是研究现实世界空间形式和数量关系的一门科学，是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。力学课程具有很强的理论性，其大量的定理都来自于严密的数学推导。因此，力学课程的学习要求学生具有扎实的数学基础，踏实、严谨的学习作风，按照科学的思维方式处理每一个力学问题，而不是仅凭经验总结去直觉、模糊、意会地认识问题。

2.力学课程与工程实际紧密相连。力学知识起源于人类对自然现象的观察和在生产劳动中的经验，力学与人类生活和工程实际是密不可分的。这就可以在力学课程的教学中利用各种实际问题（包括实验）将理论知识加以灵活运用，培养学生的学习兴趣，同时也能培养发散性思维能力，而发散性思维往往是创新思维的重要来源。

3.力学课程具有多学科交叉的特点。首先，力学是物理学的分支，其物理、数学基础是不可或缺的。从小学开始，力学知识就出现在数学和科学课程中。中学的物理课程更是以力学为其重点和难点。大学物理则又一次涉及到基本力学理论。其次，在力学课程之后有许多以力学为基础的专业课程，甚至还有更加专业的力学课程。可以说，对力学知识的学习和应用贯穿了学生尤其是工科学生的学习生涯，甚至包括将来的工作历程。再次，力学往往与机械、土木、水利、材料、生物等许多学科交叉，这种交叉不仅能拓宽视野，拓展思维，而且解决了许多单学科不能解决的棘手问题，因而也是科学创新的源泉。

三、创新思维培养的方法

1.树立科学学习理念。让学生真正地理解科学的含义，尤其像力学这样的自然科学的概念。尽管很难对科学作出一个充分而本质的定义，但从自然科学的角度可以将其理解为建立在实践基础上，经过实践检验和严密逻辑论证的，关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系[5]。对这样的一种知识体系的学习必须要按照科学的态度和方法进行。例如在理论力学中，首先介绍了5个静力学公理，强调这是公认的真理，是从大量的实验中总结出来的，并经过大量实验所验证的。接下来，所有揭示更深层次的静力学关系的定理与结论均以此为基础，通过严密的逻辑推理得到。前提正确，推理正确，结论也必定正确。为了确定结论的正确性，往往还需要通过实验手段进行验证。整个过程恰恰反映了科学地探索未知世界的过程，这也正是学生学习中应有的学习理念。endprint

2.培养科学思维习惯。许多学生习惯于被动的填鸭式学习，对书本上的知识通过死记硬背或者模糊、意会的理解来学习，习惯于相信书本上的知识，没有质疑精神，因而也就不可能出现创新的思想。这都是长期以来的应试教育带来的后果。在教学中，应利用各个教学环节培养学生以科学的思维习惯来学习科学知识。例如，力学课程的部分内容在中学阶段已有所学习，但在大学阶段的学习显然更系统、更深入，所用的数学工具也更先进。对这部分内容的学习不应简单地重复，而应该侧重于引导学生以科学的思维方式重新认识和理解学过的知识。通过比较，将应试教育中学到的“死的”知识转化为科学研究中解决问题的工具。

又如，力学课程离不开实验，几乎所有教师都知道实验的重要性。但多数教师为图省事，往往利用多媒体手段以动画、视频的方式进行演示。首先，这种演示实验的效果绝不可能超过教师亲自去操作实验，更不如学生自己动手去做实验。更重要的是，这种做法并不能改变学生目前的这种被动式学习的习惯。麻省理工学院的名誉教授Walter H. G. Lewin博士在讲述经典力学时利用大量的经典实验去验证所讲述的理论，并将实验测得的结果与理论计算结果相比较，分析引起误差的原因。每一个分析步骤都显示出科学求实的精神，不但给学生留下了深刻的印象，更重要的是让学生养成用科学实验检验真理、探索未知世界的习惯。

3.提供创新实践机会。适时讲述与所学理论相关的科学创新实例，包括科研、工程和生活中应用相关理论解决实际问题或者技术改进、发明创造等事例。如在运动学中讲述定轴转动刚体上各点速度时，介绍电动剃须刀的改进与该理论的关系；讲述静力学中的摩擦问题时，介绍利用交通事故中车轮与地面的摩擦印迹判断事发前的车速等等，以激发学生的兴趣，鼓励他们参加大学生科技创新活动。在活动中，要引导学生进行理论指导下的创新实践活动，以科学思维方式作为科技创新的基础。同时，学校应提供更多的创新实践机会。除了省级、国家级的大学生科技创新活动，还应组织一些范围更广、更有课程针对性的专题创新实践活动，以激励更多的学生加入其中，扩大其影响范围。如很多学校成功举办的桥梁模型设计制作大赛、省力机构设计大赛、高空落物缓冲机构设计大赛等活动无不体现了理论指导实践，实践促进理论的科学理念，对科学思维方式培养均取得了良好的效果。

4.培养科学探索精神。纵观中外著名的科学家，无不以科学探索为其毕生的追求。中国近代力学之父钱伟长先生在1957年的“反右”运动中被打成“右派”，在下放农村期间仍坚持科学研究。研究受到红卫兵的阻挠时，他就趁晚上把窗户堵上，彻夜苦读。真正的科学家对学习和科研工作绝不以功利为目的，而以科学的态度探索未知世界的奥秘才是他们的追求，甚至是一种乐趣。这种精神是在长期的科学思维方式下养成的科学思维习惯中逐渐形成的，是科研工作者所追求的最高境界。

四、总结

长期对中小学的应试教育不仅造成其思维方式的缺陷，也使其在高考之后迅速丧失学习兴趣，进入大学后缺乏学习的动力。要改变这一现状，必须通过长期在教学中坚持科学思维方式的培养，使学生逐渐走上科学研究的正轨。另一方面，作为教学主导的教师不但自己对科研和教学要有科学的态度，还需要具有扎实的理论基础和实践经验，更需要有一份责任心和奉献精神。此外，科学思维方式的培养单靠一两门课程的努力是远远不够的，这种科学思维的理念也应该在其他自然科学的学习中得到体现。而要彻底赶上西方发达国家的教育水平，还需要从教育体制的源头上着手解决，任重而道远。

参考文献：

[1]周光礼，马海泉.科教融合：高等教育理念的变革与创新[J].中国高教研究，2012（8）：15-23.

[2]梁丽萍，宋燕.中国大学教学[J].2012（4）：17-19.

[3]许良英，范岱年.爱因斯坦文集（第1卷）[M].北京：商务印书馆，1976：574.

[4]钱兆华.为什么实验方法和逻辑方法对科学特别重要？[J].科学技术与辩证法，2004，2（21）：20-22.

[5]百度百科.科学[EB/OL].

http：//baike.baidu.com/view/3805.htm.

作者简介：顾爱军，扬州大学水利科学与工程学院副教授，硕士（江苏扬州225009）；梁金栋，扬州大学水利科学与工程学院讲师，博士（江苏扬州225009）。endprint