大學(xué)物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新之探討

潘 虹

(海南大學(xué)材料與化工學(xué)院 海南 海口 570228)

吳宗漢

(東南大學(xué)物理學(xué)院 江蘇 南京 210096)

1 前言

現(xiàn)在，一個(gè)熱門的話題是談?wù)摯髮W(xué)生的創(chuàng)新.所謂“創(chuàng)新”，是一種用充滿想象力的方法，來(lái)解決前人尚未解決的問(wèn)題，或提出前人尚未提出過(guò)的理論、理念、能力.知識(shí)是唯一在使用中不被消耗的資源，但要形成競(jìng)爭(zhēng)力，就必須不斷創(chuàng)新，而不是不斷復(fù)制.當(dāng)今時(shí)代，創(chuàng)新比以往任何時(shí)代更為重要，創(chuàng)新即生存.創(chuàng)新是當(dāng)今時(shí)代的根本特征，創(chuàng)新是支撐一個(gè)國(guó)家、一個(gè)民族、一個(gè)企業(yè)的脊梁和靈魂，是國(guó)家、企業(yè)發(fā)達(dá)的標(biāo)志,是國(guó)家發(fā)展社會(huì)進(jìn)步的重要力量.

討論大學(xué)生的創(chuàng)新是有意義的，也反映出了一個(gè)大學(xué)的水平.如何通過(guò)大學(xué)教育提高學(xué)生的創(chuàng)新能力是一個(gè)永恒的課題.其實(shí)，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是不可能一蹴而就的，因?yàn)樗季S方式養(yǎng)成和創(chuàng)新課題的踐行是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要內(nèi)涵，而思維方式的養(yǎng)成和創(chuàng)新課題的踐行，又決不僅僅是課堂教學(xué)單方面所能做到的.物理課堂教學(xué)的培養(yǎng)僅僅是啟蒙階梯的第一步.而物理實(shí)驗(yàn)、課外活動(dòng)中開(kāi)展創(chuàng)新能力培養(yǎng)訓(xùn)練課題的實(shí)踐，則同樣也是適應(yīng)新時(shí)代教育中不可或缺的、相輔相成的重要組成部分[1].

在如何開(kāi)展創(chuàng)新能力培養(yǎng)訓(xùn)練課題的實(shí)踐中，我們認(rèn)為既要重視創(chuàng)新思維的養(yǎng)成，又要重視創(chuàng)新課題的踐行，本文介紹一些我們的做法和體會(huì).

2 創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法

2.1 課堂教學(xué) 物理實(shí)驗(yàn) 課外活動(dòng)的三結(jié)合

首先介紹課堂教學(xué). 在課堂教學(xué)時(shí)，要重視和學(xué)生的討論，并從中啟發(fā)思路、促進(jìn)思維.要培養(yǎng)想象力,而培養(yǎng)想象力則又是從幻想、暢想、奇想中邁開(kāi)啟蒙步伐的. 將幻想、暢想、奇想的展示列為開(kāi)展創(chuàng)新訓(xùn)練的開(kāi)始是很重要的.例如“奧斯本八法”“和田十二法”等可結(jié)合有關(guān)內(nèi)容，采用逐步滲透、漸進(jìn)式的講解.尤其是在涉及物理學(xué)史上的重大實(shí)驗(yàn)時(shí)更可多花點(diǎn)時(shí)間來(lái)介紹.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中除了一般驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)外，更有意義的應(yīng)該是注意實(shí)驗(yàn)中的“異常”現(xiàn)象. “發(fā)現(xiàn)、發(fā)明始于異常”, 注意“異常”,并從“異常”起步,進(jìn)而尋跡溯源,才更有意義,這也是指引我們走向創(chuàng)新、獲得成功的有效途徑.其實(shí),科學(xué)發(fā)明和科學(xué)發(fā)現(xiàn)不是一個(gè)孤立的事件,而是一個(gè)有機(jī)結(jié)合的過(guò)程.此外，要讓學(xué)生能有幻想、暢想、奇想,能有發(fā)散思維，實(shí)際上是要從創(chuàng)造思維的結(jié)構(gòu)模式上發(fā)展、完善,并形成一個(gè)想法, 這一步雖說(shuō)是啟蒙的步伐,但是卻是非常重要的.通常人們認(rèn)為,唯有想象、靈感、直覺(jué)之類的思維是具有創(chuàng)造性的,故稱之為創(chuàng)造性思維.然而這種提法卻是欠妥的.這不僅因?yàn)橄胂蟆㈧`感、直覺(jué)之類思維的創(chuàng)造性不能獨(dú)立于其他形式的思維，也因?yàn)樗旧硪彩蔷邆鋭?chuàng)造潛力的.要能有創(chuàng)新就必須從培養(yǎng)想象力開(kāi)始,而培養(yǎng)想象力則又是從幻想、暢想、奇想中邁開(kāi)啟蒙步伐的.將幻想、暢想、奇想的展示列為開(kāi)展創(chuàng)新訓(xùn)練的開(kāi)始是很重要的[2].我們?cè)趯?shí)驗(yàn)后加強(qiáng)了討論，例如，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)測(cè)定楊氏模量的實(shí)驗(yàn)，即“金屬楊氏彈性模量的測(cè)定”和“用動(dòng)態(tài)懸掛法測(cè)定金屬材料的楊氏模量”. 我們?cè)谶@兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的討論涉及以下幾方面：

(1)靜態(tài)楊氏模量與動(dòng)態(tài)楊氏模量.

(2)應(yīng)力與應(yīng)變的相位特性.

(3)不同材質(zhì)(陶瓷、紙張、構(gòu)件、成品等)，不同條件(溫度等)，不同特征(變截面、不同比例混合物等)的楊氏模量.

(4)器件整體的楊氏模量(工作中的喇叭紙盆).

另外開(kāi)展課外科技活動(dòng)時(shí)，又有下面幾重任務(wù)：

(1)面向廣大學(xué)生，提高其科學(xué)素養(yǎng).

(2)促進(jìn)學(xué)科交叉、互滲、融合及新學(xué)科的生長(zhǎng).

(3)早期發(fā)現(xiàn)科技新苗，培養(yǎng)高素質(zhì)后備人才.

例如，海南大學(xué)的本科物理實(shí)驗(yàn)“金屬楊氏彈性模量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中用到了光杠桿，楊亮老師引導(dǎo)理科實(shí)驗(yàn)班周燦胡帥及陳濤同學(xué)利用光杠桿原理設(shè)計(jì)的基于接觸法粗糙度測(cè)量?jī)x獲得第十三屆全國(guó)大學(xué)挑戰(zhàn)杯比賽二等獎(jiǎng)并獲得專利授權(quán)，促使該學(xué)生成功被保送到知名高校進(jìn)行研究生學(xué)習(xí).

例如，在東南大學(xué)的本科生物理實(shí)驗(yàn)研究論文競(jìng)賽上，發(fā)現(xiàn)了姜勖的論文，而這和本文作者之一的幾個(gè)專利有相通之處，于是決定深入指導(dǎo)，并指導(dǎo)其畢業(yè)論文.

因此，課堂教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)、課外活動(dòng)的三結(jié)合是大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的好方法.

2.2 有層次 分階段的訓(xùn)練

2.2.1 克服典型的阻擋創(chuàng)造性發(fā)展的障礙，加強(qiáng)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的前期訓(xùn)練

反思當(dāng)前的教育，可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)教育存在十分突出的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：重教有余，重學(xué)不足；灌輸有余，啟發(fā)不足；復(fù)制有余，創(chuàng)新不足.然而，創(chuàng)新并不會(huì)憑空產(chǎn)生，如何培養(yǎng)與提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力的問(wèn)題方面，我們介紹了美國(guó)密歇根大學(xué)工程學(xué)系主任愛(ài)德華·拉姆斯戴恩和訪問(wèn)科學(xué)家莫尼卡·拉姆斯戴恩在最新修訂出版的《創(chuàng)造性地解決問(wèn)題：變化世界的思維技巧》一書(shū)，書(shū)中認(rèn)為，若想事業(yè)有成，就需要有創(chuàng)造性思維的技巧.兩位作者還認(rèn)為，幫助人們學(xué)會(huì)更具創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的一個(gè)途徑是克服創(chuàng)造性典型障礙.例如：心理障礙——認(rèn)為“我沒(méi)有創(chuàng)造性”，文化障礙——孤立地考察問(wèn)題，墨守成規(guī)，認(rèn)為一個(gè)問(wèn)題只有一個(gè)正確答案……我們會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的講座.當(dāng)然，講座應(yīng)深入淺出、激起興趣.

2.2.2 創(chuàng)新課題踐行的起步

創(chuàng)新課題踐行的起步，可從以下幾方面進(jìn)行：教學(xué)演示教具的改進(jìn)[3]，日常生活中遇到問(wèn)題尋求物理解釋，包括在游戲、玩具中尋求物理解釋(風(fēng)箏，小孩的滑板玩具——二輪滑板車、活力板、游龍兩輪滑板等)，例如兒童蛙式滑板車在使用時(shí)只要把兩腿張開(kāi)—并攏—張開(kāi)—并攏這么一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作就可以完成車子的快速前進(jìn)；利用前輪轉(zhuǎn)向，做高速甩尾，可左右360°回轉(zhuǎn)，讓人有在陸地上蛙泳的感覺(jué),極大地提高了運(yùn)動(dòng)的樂(lè)趣，同時(shí)提高了身體各部協(xié)調(diào)能力與平衡能力，讓學(xué)生對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的討論就十分有趣；另外還有在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中尋求拓展、延伸和與實(shí)際工程的結(jié)合點(diǎn).以在本科生物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的本科生物理實(shí)驗(yàn)研究論文競(jìng)賽的活動(dòng)就是其一種形式[4].

2.2.3 創(chuàng)新課題踐行的提高

我們可以把創(chuàng)新課題踐行的起步向創(chuàng)新課題踐行的提高方向發(fā)展，我們要和大學(xué)生所學(xué)專業(yè)的老師結(jié)合，從專業(yè)的畢業(yè)論文、畢業(yè)實(shí)踐以及工程實(shí)際應(yīng)用的需求中尋找創(chuàng)新課題踐行提高的課題[5]，這就為大學(xué)生今后的發(fā)展、創(chuàng)業(yè)奠定了基礎(chǔ).

3 創(chuàng)新課題的踐行是創(chuàng)新人才育成的啟蒙階梯

3.1 創(chuàng)新能力培養(yǎng)的規(guī)范化

前面我們闡述了“既要重視創(chuàng)新思維的養(yǎng)成，又要重視創(chuàng)新課題的踐行”是很重要的觀點(diǎn)，但是，實(shí)行中往往會(huì)受一些外來(lái)的干擾、偶然因素的影響而出現(xiàn)水平參差、工作量不一等缺陷，為此，我們?cè)O(shè)想了要規(guī)范化的做法，例如：前期克服典型阻擋創(chuàng)造性發(fā)展的障礙，加強(qiáng)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)訓(xùn)練的內(nèi)容要有統(tǒng)一的要求；創(chuàng)新課題踐行起步的課題要能做到有如“試題庫(kù)”那樣的“課題庫(kù)”，內(nèi)容包括前期的基礎(chǔ)課題(教學(xué)演示教具的課題、日常生活中遇到游戲、玩具中問(wèn)題的課題……)、適應(yīng)不同專業(yè)類型的課題(電類型、機(jī)械類型、土建類型、化工類型、其他類型……)，這個(gè)工作可以是某個(gè)大學(xué)自己建立，也可幾所大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行.課題選取可大可小、可長(zhǎng)可短的，可以小型短期可見(jiàn)成績(jī)的，也可以選取連續(xù)幾屆才能完成的.

3.2 創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)戰(zhàn)化

不少大學(xué)生在抱怨自己生不逢時(shí)，許多發(fā)明都給先輩的領(lǐng)先者發(fā)現(xiàn)和發(fā)明了，留下的容易發(fā)明的東西不多了，其實(shí)，我們應(yīng)該看到，領(lǐng)先者所做的不少工作，積累的不少經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)都是寶貴的財(cái)富，是可利用的資源.要以實(shí)戰(zhàn)的態(tài)度來(lái)對(duì)待，創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)不是游戲、不是完成作業(yè)，它是人生道路上邁蹬創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)階梯的開(kāi)始.一個(gè)課題確定后，首先要做的工作是要作調(diào)研，可以查看相關(guān)的專利文獻(xiàn)(包括失效專利文獻(xiàn))，看看其他涉獵、相關(guān)的技術(shù)人員或其他領(lǐng)先者所做的先期工作和積累的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是寶貴的財(cái)富、可利用資源，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、討論.這里有一個(gè)所謂后發(fā)優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題，所謂后發(fā)優(yōu)勢(shì)，即后來(lái)者可以以較低的代價(jià)，獲取領(lǐng)先者所費(fèi)不菲積累起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)晶，并結(jié)合自身的條件和環(huán)境，對(duì)先進(jìn)技術(shù)消化吸收，從而贏得更大的利益.在創(chuàng)新的過(guò)程中，贏得后發(fā)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵在對(duì)于引進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行二次創(chuàng)新，即在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身?xiàng)l件，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，這是仍囿于原有技術(shù)范式，但循著新的技術(shù)軌跡發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新.二次創(chuàng)新以漸進(jìn)型創(chuàng)新為主.對(duì)領(lǐng)先者而言，它往往顯得微不足道；但對(duì)后來(lái)者而言，它卻具有極為重要的戰(zhàn)略意義，是后來(lái)者贏得后發(fā)優(yōu)勢(shì)的必經(jīng)之途.近年來(lái)，西方學(xué)者也認(rèn)識(shí)到了漸進(jìn)型創(chuàng)新的重要性.例如，他們一反以往否認(rèn)日本是一個(gè)積極從事技術(shù)創(chuàng)新的國(guó)家的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)而認(rèn)為日本存在一種難能可貴的國(guó)家創(chuàng)新制度；而且認(rèn)為在重大創(chuàng)新基礎(chǔ)上進(jìn)行的漸進(jìn)型創(chuàng)新所具有的意義，決不亞于重大創(chuàng)新自身的意義.這對(duì)剛剛邁步在創(chuàng)新道路上的大學(xué)生來(lái)說(shuō)非常重要.因此，創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)戰(zhàn)化就包含了兩層意義：一是充分利用后發(fā)優(yōu)勢(shì)；二是進(jìn)行以漸進(jìn)型創(chuàng)新為主的二次創(chuàng)新，有條件的則進(jìn)一步進(jìn)行自主創(chuàng)新.這樣，我們應(yīng)向?qū)I(yè)方向延伸，甚至和其畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合，也可以是專業(yè)教師科研工作的一部分內(nèi)容，應(yīng)是“真刀真槍”的實(shí)戰(zhàn)課題.

3.3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)的連續(xù)化

創(chuàng)新能力培養(yǎng)的連續(xù)化，有兩層含意：一是由于選取的課題可以是連續(xù)幾屆才能完成的內(nèi)容，因而，就需要幾屆學(xué)生才能完成了，為此，作為指導(dǎo)教師要善于分割和調(diào)整內(nèi)容；另外，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)是全面的、連續(xù)的，可以考察大學(xué)生前期培養(yǎng)的不足而進(jìn)行補(bǔ)足、加強(qiáng).

4 結(jié)束語(yǔ)

“既要重視創(chuàng)新思維的養(yǎng)成，又要重視創(chuàng)新課題的踐行”是很重要的.創(chuàng)新是一個(gè)持續(xù)過(guò)程，創(chuàng)新是求變，而且是在一定基礎(chǔ)上的求變，求延伸、求發(fā)展、求上升，創(chuàng)新不是變魔術(shù)，不能無(wú)中生有，它是要有基礎(chǔ)的、要安身于某處的.總之，創(chuàng)新是一個(gè)“理念”，創(chuàng)新需要不斷思索，創(chuàng)新需要鍥而不舍，創(chuàng)新需要勤奮努力，創(chuàng)新需要日積月累，更需要我們自己為提高創(chuàng)新能力而努力.本文僅就我們的實(shí)踐談?wù)勎覀兊目捶ǎ宰饕裰u，引起有興趣者重視，而看到更多有識(shí)之士參與踐行.