愛因斯坦科學(xué)品質(zhì)的啟示

縱觀人類科學(xué)發(fā)展史，眾多的科學(xué)家如同天空中璀璨的繁星放射著醉人的光輝，愛因斯坦則是現(xiàn)代物理學(xué)中光芒最耀眼的那一顆星。愛因斯坦之所以有如此眾多的偉大成就，原因何在？通過這些成就，又能感受到其哪些科學(xué)品質(zhì)呢？這些對我們中學(xué)教學(xué)有何指導(dǎo)作用？

1．想象比知識更重要：想象可以包容世界

“如果一個人以光速跟著一道光線跑，那么這個人將看到一幅什么樣的景象呢？他將看不到前進的光，只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發(fā)生嗎？”這看似天真的問題，是同狹義相對論有關(guān)的第一個樸素的理想實驗。后來，愛因斯坦通過“升降機”試驗，把引力和慣性結(jié)合起來，得出等效原理，成為廣義相對論的基礎(chǔ)。

當愛因斯坦四五歲的時候，父親送給他一個羅盤玩具，他驚奇地發(fā)現(xiàn)由于各種看不見的神奇的力量，無論怎么轉(zhuǎn)動，羅盤的紅色指針總是指著固定的方向。這使他感到驚訝和困惑，同時也給他留下了深刻的印象，使他相信自然現(xiàn)象的背后一定深深地隱藏著某種深奧的科學(xué)道理。這個小小的羅盤喚起了這位未來科學(xué)巨匠探索自然規(guī)律的好奇心，而這神圣的好奇心正是萌生科學(xué)的幼苗。

在小學(xué)時，愛因斯坦除了數(shù)學(xué)很好外，別的學(xué)科幾乎沒有什么好的分數(shù)。老師們嫌他生性孤僻，智力遲鈍，責(zé)備他不守紀律，心不在焉，想入非非。一次，父親問教導(dǎo)主任，自己的兒子將來應(yīng)該從事什么職業(yè)，這位主任直截了當?shù)鼗卮穑鹤鍪裁礇]關(guān)系，你的兒子將一事無成。但當他進入阿勞鎮(zhèn)州獨立中學(xué)后，老師思想開放，采用先進的啟發(fā)式教學(xué)法，主張學(xué)生自我負責(zé)，為愛因斯坦提供了獨自學(xué)習(xí)的機會。

愛因斯坦的知識主要是在家中通過痛苦的自學(xué)獲得的，他的學(xué)習(xí)興趣主要集中于數(shù)學(xué)、物理和哲學(xué)，熱衷于深入理解，但很少死記硬背。鄰居塔爾枚為年輕的愛因斯坦推薦了很多科普書籍，愛因斯坦對這些書籍百讀不厭，與此同時，其叔叔抽空輔導(dǎo)其學(xué)習(xí)代數(shù)和歐氏幾何，之后接觸高等數(shù)學(xué)與哲學(xué)，逐漸認識到物理才是其真正的興趣所在。

孩童時期是培養(yǎng)想象力的最佳時機，孩子們奇異豐富的想象往往可孕育成奇妙的創(chuàng)新。童趣無價，童言無忌，任何創(chuàng)新都萌芽于看似幼稚的異想天開中。作為家長與教師，當我們面對孩子神奇豐富的想象、充滿靈氣的妙答時，應(yīng)該像保護眼睛一樣保護孩子可貴的想象力。對孩子的教育要順乎天性，崇尚自然。尊重兒童的想象，無論它是怎樣光怪陸離，都要尊重孩子的自由幻想的權(quán)利，這是對孩子創(chuàng)造力的最大保護。

2．科學(xué)的思維方式：科學(xué)假設(shè)，事實證明

科學(xué)假設(shè)是人們在探索錯綜復(fù)雜的自然界奧妙的過程中，用已獲得的經(jīng)驗材料和已知的科學(xué)理論為指導(dǎo)，對未知自然界事物產(chǎn)生的原因及其運動規(guī)律做出推測性的解釋。這種假設(shè)是建立在一定實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上并經(jīng)過一定的科學(xué)驗證的一種科學(xué)理論，具有相當?shù)耐茰y性，它的基本思想和主要論點是根據(jù)不夠完善的科學(xué)知識和不夠充分的事實材料推想出來的，它還不是對研究對象的確切可靠的認識；具有明顯的過渡性，是科學(xué)性與推測性的對立和統(tǒng)一。實踐是檢驗假說的唯一客觀標準。對同一現(xiàn)象可以有不同的假說，隨科學(xué)實踐的發(fā)展而修正、變化和更新。

愛因斯坦的廣義狹義相對論都接受了事實的檢驗。例如，在地球上重力不同的各處做實驗都證明了光速的不變原理，在巴西與非洲對1919年3月29日的日全食進行觀測，測得光線在引力場中彎曲。這些都是對相對論的重要事實支持。天文觀測發(fā)現(xiàn)水星近日點的進動值也由相對論中引力是使空間彎曲的結(jié)果來解釋。火箭上的原子鐘與u介子的壽命、全球定位系統(tǒng)都證明了引力是時間延緩，精確地證明了理論的正確性。

物理科學(xué)中，知識的大綜合是時常進行的，不同的是孤立的概念由偉大科學(xué)家融合，如牛頓創(chuàng)立天體演化學(xué)，麥克斯韋把光和電統(tǒng)一起來，愛因斯坦把萬有引力歸結(jié)為空間和時間的一個共同特性都是這樣的情況。一切跡象表明，還會有這樣的一次綜合，在這樣的綜合中，相對論、量子論和波動力學(xué)可能會歸入到一個包羅萬象的統(tǒng)一的單一的基本概念思想。

3．科學(xué)研究風(fēng)格：人的獨立性與合作精神

相對論并不僅僅是愛因斯坦一個人的功勞，他的貢獻是統(tǒng)一了經(jīng)典力學(xué)與麥克斯韋的電磁理論。馬赫對牛頓力學(xué)中形而上學(xué)的批判，在建立相對論過程中起到了積極作用。由于沒有掌握足夠的數(shù)學(xué)工具，在向非慣性系推廣的過程中，愛因斯坦感到很吃力，大約在1912年，在其老朋友格羅斯曼的幫助下，開始學(xué)習(xí)使用黎曼幾何和張量分析來著手解決引力之謎，從而將引力的研究推到一個新階段。

愛因斯坦從自己的成功經(jīng)歷中體會到，人的獨立性和合作精神對社會發(fā)展和人生成就有著重大影響。他認為社會的健康狀況取決于個人之間密切的社會結(jié)合。愛因斯坦是一位風(fēng)格獨特的極富個性的大科學(xué)家，他青少年時期的顯著特點之一是他那超乎尋常的獨立性。這是學(xué)校中老師不喜歡他的重要原因，然而這卻是他科學(xué)上取得巨大成功的決定性因素之一。正是這種獨立性，使他在政治上、科學(xué)上乃至生活上都具有“叛逆”性。他不迷信書本，不盲從權(quán)威，不貪圖享受，堅定地走自己獨特的道路，從而在科學(xué)上成就了偉業(yè)。誠然，人的獨立性是其創(chuàng)造性的前提，然而任何個人的重大成就都離不開與他人合作，得到他人的理解、支持和幫助，對愛因斯坦也不例外。自稱世間“孤獨的旅客”的愛因斯坦，在青年時代就結(jié)交了許多不同風(fēng)格的朋友，他們有著長久的誠摯友誼與合作，對他的成功有著重要的促進作用：正是他大學(xué)同班好友格羅斯坦，在愛因斯坦畢業(yè)后找不到工作的艱辛之際，幫他在專利局找到了穩(wěn)定的工作，從而使其有了從事科研的“避風(fēng)港”，這是愛因斯坦終身不忘的“救命”之恩；正是他終身最好的知音貝索，成了相對論的“助產(chǎn)士”；正是著名科學(xué)家普朗克成為相對論快速傳播的“伯樂”，使得愛因斯坦在科學(xué)界享有崇高的地位。

合作探究式教學(xué)，可以稱為群體發(fā)現(xiàn)法、研究法，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)概念和原理時，教師只是給他們一些事例和問題，讓學(xué)生組成小組，組內(nèi)成員通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去探究，發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理和結(jié)論的一種方法。它的指導(dǎo)思想是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生群體為主體，讓學(xué)生組成小組自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念。可見，在探究式教學(xué)的過程中，學(xué)生的主體地位、自主能力都得到了加強。這種合作，還包括與教師一起的研討與學(xué)習(xí)。為了激發(fā)學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)興趣，教師布置課后作業(yè)要因人而異，注重課外閱讀，留一些具有想象空間的作業(yè)，努力減輕學(xué)生的課業(yè)負擔(dān)。

（作者單位：徐水市第一中學(xué)，河北 徐水，072550）