物理學(xué)史與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

一、質(zhì)疑精神和創(chuàng)新意識

創(chuàng)造性思維首先表現(xiàn)在對舊理論有懷疑和批判精神，科學(xué)史上大量事例說明不囿于傳統(tǒng)理論和觀念，不迷信權(quán)威和書本，是科學(xué)創(chuàng)造的思想前提。愛因斯坦因創(chuàng)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(chǎn)生質(zhì)疑，以創(chuàng)新精神沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，才創(chuàng)立了狹義相對論，引起了人類時空觀的巨大變革。

質(zhì)疑精神是創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)，批判性是創(chuàng)新思維的基本特征。培養(yǎng)創(chuàng)造性人才，首先要培養(yǎng)他們的質(zhì)疑精神和思維批判性。現(xiàn)代教育論認為，教學(xué)不僅要傳授給學(xué)生知識，更要培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力。而書本上的科學(xué)結(jié)論幾乎是以完成的形式出現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生感覺不到科學(xué)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新思維的過程，在物理教學(xué)中，我們要充分利用物理學(xué)史的豐富內(nèi)容從真實的物理學(xué)認識發(fā)展的歷史進程中，展示物理學(xué)家在探索過程中如何以質(zhì)疑和批判的態(tài)度分析原有理論，以創(chuàng)新精神沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，要通過多種形式來鼓勵學(xué)生“生疑”、“存疑”、“問疑”，培養(yǎng)他們的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新意識。

二、科學(xué)討論和創(chuàng)新思維

科學(xué)討論是學(xué)習(xí)、研究、創(chuàng)新的一種重要而基本的方法。科學(xué)討論能相互啟發(fā)和激勵；能營造創(chuàng)造氣氛，使思維變得活躍；能激發(fā)創(chuàng)造、激發(fā)靈感。所以說科學(xué)討論是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才和激

發(fā)創(chuàng)新思維的一種重要形式和有效途徑。很多物理學(xué)的研究成果都與各種不同形式的討論有關(guān)。而差不多每一位科學(xué)大師都是科學(xué)討論的熱衷者。盧瑟福不但對原子科學(xué)作出了卓越的貢獻，而且在人才培養(yǎng)上也是功勛卓著，在他的實驗室里每天下午準(zhǔn)時召開茶時漫談會，常常在討論中產(chǎn)生許多重要的物理思想，不少新的觀念在這里迸發(fā)[1]，在這里科學(xué)討論營造了濃厚的自由探索的學(xué)術(shù)氣氛，使智慧得到啟迪，靈感得到激發(fā)，可以說科學(xué)討論造就了盧瑟福人才培養(yǎng)的成功光環(huán)。同樣，科學(xué)討論的“奧林比亞科學(xué)院”給愛因斯坦的科學(xué)創(chuàng)造注入了無限的智慧和源泉。海森伯的成才經(jīng)歷有一個獨特之處，就是討論這種方式在他的學(xué)習(xí)和科學(xué)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(xué)的貢獻，測不準(zhǔn)原理的發(fā)現(xiàn)就是一個標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)討論的產(chǎn)物。海森伯曾深有感觸地說：“科學(xué)扎根于討論”。這充分說明科學(xué)討論這種學(xué)習(xí)、研究方式的極端重要性。哥本哈根學(xué)派是20世紀20年代就量子力學(xué)的詮釋，以玻爾為首的一批物理學(xué)家與愛因斯坦等人進行的大討論、大辯論、大論戰(zhàn)中，產(chǎn)生、發(fā)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(zhàn)，量子力學(xué)才獲得了劃時代的突破并孕育了一種珍貴的科學(xué)創(chuàng)造的“哥本哈根精神”，這是一種高度的智力追求和科學(xué)創(chuàng)新精神[2]。

回溯和研究物理學(xué)史上重大的創(chuàng)新過程則可給我們許多啟迪，科學(xué)討論這種學(xué)習(xí)、研究方法對培養(yǎng)人才和科學(xué)創(chuàng)新都起著十分關(guān)鍵的作用。在創(chuàng)新時代的今天一定要重視科學(xué)討論的地位和作用，在一定程度上將科學(xué)討論移植到大學(xué)課堂上來，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性人格和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

三、類比思維的培養(yǎng)

類比是人類創(chuàng)新思維的一種形式，這種創(chuàng)造性思維具有直覺、聯(lián)想、發(fā)散的特征，當(dāng)一個領(lǐng)域里出現(xiàn)新的經(jīng)驗事實，從那里只能約略看到它們現(xiàn)象間松散的聯(lián)系時，要進行思維發(fā)散、充分聯(lián)想，參照其他領(lǐng)域的已知過程或規(guī)律，比較兩者相似的特性，仿照已知過程的聯(lián)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(xiàn)象背后的本質(zhì)屬性或本質(zhì)聯(lián)系，從而做出預(yù)測性的描述，這就是類比。類比思維的客觀基礎(chǔ)，就是自然界存在某些普遍或共同的規(guī)律，支配著不同領(lǐng)域里的不同過程，而這不同領(lǐng)域的不同過程又有著相似的表現(xiàn)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(fù)雜的、統(tǒng)一的、相互聯(lián)系的有機整體。物理規(guī)律就是以簡潔美的形式表現(xiàn)著大自然的普遍聯(lián)系的抽象和概括，正因為如此，許多物理過程的關(guān)系是可以類比的。物理學(xué)家曾經(jīng)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(shù)學(xué)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(xué)與力學(xué)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(yù)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(guī)律、理論出發(fā)，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(lián)想”、“推測”、“直覺”的力量把事物的聯(lián)系從一個領(lǐng)域擴大到另一個領(lǐng)域，從而實現(xiàn)思維過程的飛躍，揭示出科學(xué)的奧秘。學(xué)習(xí)物理學(xué)史正是一種思維的訓(xùn)練，通過揭示出物理學(xué)家的這些思維過程，讓學(xué)生去觀察體會大師們的創(chuàng)新軌跡，有意識地進行類比思維的訓(xùn)練，可以使學(xué)生受到有效方法的啟迪，進而獲得科學(xué)論思想的某種升華。

四、發(fā)散思維的培養(yǎng)

發(fā)散思維是思考者根據(jù)已有知識、經(jīng)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(jié)論的開放式立體思維，是培養(yǎng)創(chuàng)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(nèi)，不接受或難以接受新的思想和觀念，習(xí)慣于在已知的界限內(nèi)尋求解答的依據(jù)，不愿意用新的觀點對現(xiàn)象作出解釋。而開放性思維正好相反，它對所有的經(jīng)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(chǎn)生或涌現(xiàn)出來。玻爾為原子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)理論，敢于在已知領(lǐng)域之外尋求答案，用新的思想、新的觀點解釋觀察到的現(xiàn)象從而提出定態(tài)和躍遷的概念，這是一種開放式的發(fā)散思維的產(chǎn)物[3]。而約里奧-居里夫婦雖然最早發(fā)現(xiàn)三個重大實驗現(xiàn)象，即中子、正電子和核裂變實驗現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，可由于他們的理論視野不夠開闊，對觀察到的新現(xiàn)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(lǐng)取諾貝爾獎的機會，否則他們將四次榮獲諾貝爾獎。

物理學(xué)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(chuàng)新思想，同時也為我們積累了豐富的認識論和方法論的經(jīng)驗知識，為我們進行創(chuàng)造提供了示范指導(dǎo)，是培養(yǎng)創(chuàng)造思維的極好載體，我們要充分利用好這個資源優(yōu)勢，在教學(xué)過程中有意識地滲透科學(xué)思想和科學(xué)方法，把學(xué)生帶進物理學(xué)家創(chuàng)新思維的“情景”中去，使學(xué)生充分了解物理學(xué)大師們在探索過程中的創(chuàng)新思維活動，擴大學(xué)生的視野，培養(yǎng)他們不僅逐步學(xué)到知識，學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會應(yīng)用，更應(yīng)該學(xué)會探索、學(xué)會創(chuàng)造、學(xué)會科學(xué)的創(chuàng)新思維方法，用不拘一格的教學(xué)形式傳遞給學(xué)生豐富而有價值的知識和能力，從而達到培養(yǎng)富有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的人才的目的。

（作者單位：焦作大學(xué) 基礎(chǔ)科學(xué)系）