浅谈物理学史对大学生创新能力培养的启示作用

刘伟波

摘要：通过在《大学物理》课程中引入相关物理学史知识，针对社会对创新能力要求的逐步提高和当前学生创新能力不足的现状，结合物理学史的典型事例，从意识、方法论、思维方式几个方面探讨物理学史对大学生创新能力培养的启示作用。

关键词：大学物理；物理学史；创新能力

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0065-02

一、引言

创新能力是国家竞争力的核心。面对科学技术的加速发展和竞争日益激烈的形势，创新能力是跨世纪人才最重要的基本素质之一。培养大学生的创新精神和创新能力是高等教育改革的宗旨，也是教学改革的方向。而社会对创新能力要求的提高和当前大学生创新能力的不足形成鲜明对照。诺贝尔奖获得者杨振宁教授曾经说过：“中国学生解决问题能力强，而提出问题能力差，因而缺乏创造性”。因此在当代高等教育中，必须重视对大学生创新能力的培养。

《大学物理》是研究物理现象及其规律的一门自然科学，是高等院校各理工科专业所必修的一门重要的通识性公共基础课。但当前的《大学物理》教学，普遍重视对定理公式的推导，重视对复杂例题的讲解，而对于《大学物理》中所蕴含的物理学史知识，则往往一带而过。物理学史蕴含着丰富的创新教育因素，是物理教学中不可或缺的一个方面，对促进学生创新能力的培养有着独到的作用[1，2]。本文拟从《大学物理》中的物理学史谈起，结合物理学史中的一些典型事例，探讨物理学史对大学生创新能力培养所起的作用，然后提出一些观点，以期得到有益于培养学生创新能力的启示。

二、物理学史对创新能力培养的启示

（一）勇于怀疑，提高设疑能力，培养创新意识

新的事物还未产生，意识却总是提前出现。因此，要培养创新能力，前提便是先培养创新意识。创新意识的培养就是以推崇创新、追求创新、以创新为荣的观念和意识的培养。只有在强烈的创新意识指导下，才可能产生强烈的创新动机，树立创新目标，充分发挥创新潜力和聪明才智。物理学史中大量事例表明，只有不迷信权威和书本，不囿于传统理论，才可能抢占到科学发展的最前沿，做出突破性的成绩。例如，若不是伽利略对亚里士多德传统运动观念“力是产生运动原因”的怀疑，也不可能建立正确的“力和运动”的观点。正是他的观点“外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因”，被牛顿后来概括成为“运动第一定律”和“运动第二定律”。若没有托马斯·杨对牛顿光的微粒说的怀疑，也不会有“波动说”的复兴，更不会有19世纪光学方面的迅速发展。创新意识是从人对事物的疑问引发的。法国哲学家、数学家、物理学家笛卡尔就非常重视怀疑的作用，他所提出的著名哲学命题“我思故我在”，“我思即是怀疑，而我思意味着我在。”非常经典，因为只有对事物有疑问才能提出问题，形成创新意识，才能有创新的基础。在素质教育培养创新能力的过程中，要敢于怀疑原有的知识和规律，敢于和善于提出问题。善于设疑、质疑是创新的火花，是具有創新意识和创新能力的人必须具备的基本品质。在人类的认识史上，物理学乃至整个科学的发展总是从“提出疑问，提出有价值的创新性问题”开始的。正是由于一个个新奇而深刻的问题的存在，才不断激励人去观察、思考、实验，激活创新的思路，最终得到创新型的成果。勇于怀疑，培养创新意识，是培养学生创新能力的前提。有了这个基础，才使创新能力培养成为可能。

（二）授人以渔，重视方法培养，领会创新方法

以往的物理教学往往过分偏重物理知识的传授，教师往往根据现代的认识，按照知识体系编排出知识框架，从几个基本原理出发，运用数学演绎手段，将“修正”和“纯粹”的最终知识成果介绍给学生。这种方式虽然有利于学生短时期内掌握知识，缩短学生的认识过程，但抽象的理论介绍明显不利于培养学生分析和解决问题的能力。要培养学生的创新能力，必须“授人以渔”，重视对学生的“方法论”培养，使学生能够领会先辈科学家们的创新方法，触类旁通去解决一些当前的问题。物理学史中的一些史料，提供了许多前辈先人做出重大贡献所运用的科学的“方法论”。科学的“方法论”曾经对人类历史产生了意义深远的影响作用。在十六七世纪，欧洲产生了改变整个人类历史进程和人类生活的近代科学。而近代科学诞生的主要标志，就是建立了一套有别于古代和中世纪的“自然观”和“方法论”——“机械自然观”和“实验数学方法论”。这个新的知识传统由许多近代的自然科学家和哲学家共同铸造，培根、笛卡尔、伽利略、牛顿等人都做出了自己的贡献。可以看出，在伽利略和牛顿这样的近代科学大师那里，实验观察与数学演绎已经十分紧密地结合在一起。时至今日，科学方法论所倡导的数学演绎、实验证明方法仍得到重视，甚至有了更大的发展应用，影响了一代又一代人。诸如现在的《大学物理》课，仍然是将数学演绎和实验观察十分紧密地结合在一起。理论课通常利用数学方法来进行推导演绎，实验课则通过实验观察来证明理论课所推导出的结果。这是从十六七世纪就已流传下来的优秀的传统和“方法论”。透过一些典型的物理学史料，常常能够发现，一个好的“方法论”所起的作用甚至要远远强过某一项天才的发明创造[3]。好的方法为以后人们解决类似问题提供了可以借鉴的思路，甚至能促进人的思维转变，引导人们在其他问题上勇于创新。比如笛卡尔发明了直角坐标系，这一发明将代数和几何统一了起来，为数学的发展开辟了无限广阔的前景。后世的数学家们基于此方法，靠着天才的直觉加上严密的数学推理，居然也在许多物理学原理方面做出了有益的贡献。因此平常要注重对学生正确“方法论”的培养和引导，授人以渔，使他们能够领会创新方法，沿着正确的科学道路走去，这是培养学生创新能力的重点所在。

（三）独辟蹊径，培养非常规逻辑，训练创新思维

爱因斯坦曾指出：“在建立一个物理学理论时，基本观念起了最主要的作用。”物理学理论的发展，最本质地表现在物理学基本观念的演变上。而基本观念的演变，通常都建立在非常规思维的存在和发展的基础上。创新思维是一种利用新颖独特的方法解决问题的过程，它需要有一个思维的灵感状态。传统的教学向学生讲述的多是理性、逻辑的方法。而创新能力的培养，不仅要求学生逻辑思维能力极其严密，还要求他们具有相当强的非逻辑想象能力，一些能够突破传统思维定式、不循常规的思维方法也是很必要的。这些思路虽然当时乍看上去匪夷所思难，以得到大多数人的理解，然而在推动物理学发展的重大历史事件中，这类方法往往还有着举足轻重的作用。科学创造的过程常常是自由的，如果过于坚持概念的严格清晰，就可能使科学停滞不前。所以在物理教学中应该培养和发展学生的想象力、洞察力和判断力，并培养非常规的思维能力。爱因斯坦关于“狭义相对论”的建立便是有力的例证。1905年，爱因斯坦发表了“狭义相对论”，而在1904年，洛仑兹已经提出了“洛仑兹变换式”，虽然两人所得公式几乎一样，但因为他们对问题的提法大不相同，科学界几乎一致认定爱因斯坦是“相对论”的创始人[4]。“洛仑兹变换式”不尽完善正是因为太拘泥于常理，缺乏非逻辑想象能力，使思考问题受制于绝对时空观束缚。而爱因斯坦的成功则得益于其思考问题的独立和反常规的逻辑，提出了几个前人没有想过的问题。完全可以说，创造性思维是创新能力的核心，训练非常规的逻辑思维方式是创新能力培养的最终目标和境界升华。

三、结语

素质教育迫切需要加强对学生创新能力的培养。通过在《大学物理》课程中引入相关物理学史的知识，结合物理学典型史料，对大学生创新能力的培养是大有裨益的。可以发现，培养创新意识是基础和前提，领会创新方法是关键和重点，而训练创新思维是目标和升华。新时期的大学生肩负着艰巨的历史使命，要从中学习物理学家们进行科学研究的思想和方法，培养创新能力和综合素质，这些方面的研究有待进一步探索和实践。

参考文献：

[1]黄熙，陈飞明，许明耀，等.物理学史在大学物理教学中的意义[J].湖北师范学院学报：自然科学版，2008，28（2）：104-106.

[2]黎光旭，刘奕新，郭进.物理学史在大学物理教学中的作用[J].广西大学学报：哲学社会科学版，2008，30（S1）：113-114.

[3]申先用，李艳平.谈谈物理学史在素质教育中的作用[J].大学物理，2000，19（11）：36-40.

[4]爱因斯坦.爱因斯坦文集[M].许良英，李宝恒，编译.北京：商务印书馆，1976：288-291.