首页 -> 2007年第5期
理科课堂教学中创新能力的培养
作者：何伯珩
关键词：创新能力；思想；科学方法；课堂讨论
在为培养创新人才而实施的研究性教学中，课堂教学仍然占有主导地位，而创新能力的培养则应成为课堂教学的主旋律。在理科的课堂教学中怎样培养大学本科生的创新能力呢?笔者通过自己多年的教学与教学督导实践，提出以下几点思考供各位同仁参考，不当之处，请批评指正。
一、思想是课堂教学的主线
创新是一个民族进步的灵魂。创新人才的基本素质是具有创新意识、创新精神和创新能力。因此培养学生的创新意识、创新精神和创新能力是教学的首要任务。任何一门学科都是人类数千年文化思想发展与继承的结晶，现代科学特点之一是发展神速，呈现了知识量激增和知识更新，新陈代谢加速的形势。以此出发，知识的学习是无穷尽的，学习并掌握一门学科或一堂课的基本内容只是走了一个台阶，而形成这些内容或问题(定义、定律、规律、原理……)的历史背景，提出或解决问题的出发点、观点和方法则是教学中的精髓所在，这些东西能使学生进入一个更新、更高的境界，这也就是我们的先辈早就说过的“与其给人以鱼，不如授人以渔”。正是在此意义上，我们说思想是课堂教学的主线，或者说，思想是课堂教学的龙骨。为此，在课堂中教师要带领学生一道去分析、研究、探索、发现，一道跟随历史发展的足迹去类比、归纳、演绎、综合、假定……在引入新课时，也要从历史发展的角度提出所要讨论问题的实验材料、各种矛盾或困难，可以这样向学生表述：“这就是当时摆在科学大师面前的难题，也是现在呈现在我们面前的问题，请大家和我一道思考。”例如，在物理和化学专业的量子物理(或量子力学)、结构化学课中，电子自旋的本质是一个尚待解决的问题，我们在课堂上对学生说：“自旋的本质至今仍是一个谜，诺贝尔奖的桂冠正等待着勇于攀登者去探索!”正是这种诱导与启发，让学生自己去“发现”与研究问题，能激发学生强烈的兴奋感与探本求源的积极性，这种亲历探究，是让学生真正体验科学魅力的最佳途径。
任何科学的发展都离不开人，任何科学的内涵都有不少有关人的丰富的内容。每一个科学规律，每一个科学发现不仅伴随着这些智者长年累月的艰苦探索，也几乎都伴随着无数次失败或失误，从成功与失误的对比中，更能使学生得到启迪，更利于培育他们的创新精神。英国著名化学家戴维就曾感触至深地说：“我的那些最重要的发现是受到失败的启发而获得的。”为此，要求教师能有机地、恰如其分、不喧宾夺主地结合课程内容阐述科学史。已故北大化学家付鹰教授说得好：“一门科学的历史，是那门科学中最宝贵的一部分，科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧。”因此在理科教学中，我们可以选择一些典型事例(如物理学中热的本质、光的本性、化学中的电离学说……)进行分析，从成功与失误，正确与错误，一个观点或另一个观点的对比中传授知识，引导学生跟踪历史的步伐去探索与判断。在“结构化学”课量子力学基础中讲爱因斯坦关于光量子假设时，我们用几分钟讲了普朗克的悲剧：到19世纪末，经典物理学已发展到了很完善的地步，以至不少物理学家公开声称，物理学的基本定律已被发现完了，剩下的事仅仅是解方程，“玩弄”数字符号罢了。可是随着人们实践的不断发展，经典物理学的天空出现了两朵乌云。其一就是黑体辐射的规律，维恩和瑞利·金斯的理论都只能解释部分现象，如果按照瑞利·金斯公式，在紫外波段能量将发散，这就是艾伦费思特所说的紫外灾难。1900年当时已年过40的普朗克运用内插法将维恩与瑞利·金斯的两个公式结合成一个新的公式，能完全与实验吻合，这就是大名鼎鼎的普朗克公式。在这个公式中他不得不提出一个假设：E=hv——“能量子”，普朗克也因此获1918年诺贝尔物理奖。但是由于传统观念的束缚，他日夜操劳：或者把能量子假设纳入经典理论的轨道，或者寻找回避这一假设的途径。就这样整整花了十五年，力图放弃这一革命的假设。他有一次和儿子散步时，甚至说：“我现在做的事或者毫无贡献，或者可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。”就在旧的传统观念禁锢普朗克思想的时候，1905年当时年仅26岁的爱因斯坦，接过并推广了由普朗克提出几乎又被他扼杀的能量子假设，提出了新的“光量子”假设，建立了爱因斯坦的光量子说，同年，爱因斯坦还用能量子假设探讨了固体的比热。可是就在此时，普朗克还认为爱因斯坦“在其思辨中有时可能走得太远了”。普朗克的这个悲剧是发人深省的。
在自然科学的发展史中，人类对真、善、美的追求，文化艺术的熏陶也是激发科学家创新思维的原动力。数学中的一个重要分支——群论，在物理和化学中占有重要的地位，它源于“对称性”这一基本概念，而对称性又源于人类对美的追求。在古希腊、古埃及、我国殷商时期出土的大量文物中，从花鸟虫鱼、飞禽走兽到飞天的舞女，无不呈现为各种各样的对称图案。正是这种对称性，导致了一系列守恒定律，其中由左右对称导致的宇称守恒律，它们都被认为是永恒的颠不可破的绝对真理。至20世纪50年代，在亚原子领域，种种实验表明：θ介子与τ介子具有相同的质量、电荷与寿命，应为同一种κ介子，但在衰变中却显示它们的宇称不相同，与其他实验矛盾，这就是著名的之θ～τ谜。坚信宇称守恒的绝大多数物理学家对此迷惑不解，而深受中国古老文化熏陶的两位年轻的中国科学家李政道、杨振宁，也许受了阴阳太极图的启示，敢于“冒天下之大不韪”，提出在弱相互作用中宇称不守恒及实验验证的建议。可是当时另一位很著名的以理论思维极强、发现错误见长的物理学家泡利却扬言：“我不相信上帝是一个软弱的左撇子，我可以跟任何人打赌，做出来的结果一定是左右对称的。”以中国女科学家吴健雄为首的实验小组证实了这一发现。李、杨因此获1957年度诺贝尔物理学奖。可见，具有一定的文化艺术素养对于理科生也是有益的。事实上，许多著名的科学家都有很好的文化素养，有的甚至可以说是多才多艺。如：爱因斯坦不仅是一位大物理学家，也是一个造诣很深的哲学家，一个很优秀的小提琴手。相对论量子力学的奠基人著名物理学家狄拉克的文学水平很高，杨振宁称赞他的文章是“秋水文章不染尘”，没有一点渣子，他的笔是神来之笔。我国科学家杨振宁、李政道、钱学森、苏步青的文采都令人称羡。因此，在课堂中，结合教学内容花3～5分钟，用三言两语“打侃”，对学生的启迪与激励远远超过知识的传授。
在科学发展的漫长历程中，人们对于自然规律的认识是逐渐深化的，绝对真理少之又少，现今广泛呈现在各学科中的定理、定律或理论都只是相对真理。随着生产力水平与科技水平的提高，这些相对真理或则被推翻，或则会被修改、被完善。因此，在教学中一定要以辩证
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