物理教学与大学生创新思维瓶颈的突破

孙锡良

（中南大学物理与电子学院，湖南长沙，410083）

[摘要] 当代大学生的创新不足既与环境有关，也与教学过程有关，物理学是大学教学体系中的一个重要环节，传统教学过程的刻板化抑制了学生的创新潜力。通过物理课堂教学和实践教学的改革，有效刺激学生具备一种突破固有理论的“疯子”思维，合适地引导学生延伸创新外延，再结合灵活的高校创新实现机制，使大学生创新能力不足的瓶颈得到有效突破，逐步体现基础学科在创新源动力及创新成果转化方面的比较优势。

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关键词] 物理教学；大学生创新；“疯子”思维

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X（2015）01-0054-03

[收稿日期] 2014-10-14；[修回日期] 2014-11-25

[作者简介] 孙锡良（1971-），男，湖北武穴人，中南大学物理与电子学院高级实验师，主要研究方向：物理理论与实验。

近几十年来，中国教育水平不断地得到提高和发展，大学生的数量与质量明显得到提高，但是，与之不相对称的是社会创新力却没有相应提高，甚至有倒退迹象，尤其是大学生原始创新的精神与动力有明显减弱的趋势[1]。究其原因，一方面与教育体系的设计有关，另一方面则与老师对学生的思维引导有关。教育体系设计的不合理让学生耗费了大量精力消化无用的知识，大量时间浪费在自己完全不感兴趣的科目上。长期以来，老师对学生的思维引导习惯于用规范性与合理性来要求，极少用科学上的非理性思维进行引导，学生缺乏跳出常理的冲动和否定现实存在的勇气。从最近公布的国际高水平科学家创新论文数排名来看，全球6 000多名入围者中，中国大陆只占了5位，其中还有两位长期在美国做研究，说明中国在科技领域的创新能力严重不足。大学生是国家的未来，大学生的创新能力决定国家可持续发展的能力，要提高大学生的创新力，必须尽快突破传统的思维瓶颈。

制约大学生创新的思维瓶颈主要表现在三个方面：一是不敢想，二是不会想，三是空想。不敢想，是创新能力不足的起始点[2]。古人能想到“顺风耳”“千里眼”等夸张的战争工具，体现了他们对某种先进力量的渴望，虽然他们自己没有实现真正的突破，但后人帮他们实现了：人类利用电磁波传输就可以收听到世界上任何一个角落的声音，人类用视频信号可以看到世界任何一个位置的人与物，人们可以利用gps系统观察到地球上小于1米的物体。不会想，主要原因是理论与实践基础的浅薄，尤其是理论与实践相结合的能力不足，大学教学最缺乏的就是这一点。物理学本是关于自然界最本性的科学，也是最能启发学生创新的科学，但由于教学设计、教学方法和教师水平的局限性，没有让学生善于思考的能力得到有效提高。有部分大学生敢想也会想，但不愿意把自己的思想通过实践去验证，或者说没有创新实现机制，结果全变成了空想，自然不会有创新成果的出现。

一、 努力培养大学生突破现有物理理论的“疯子思维”

亚里士多德的“物体下落速度与重量成正比”的结论延续了近两千年没有受到任何质疑，直到伽利略的实验才打破这种“常识”。然而，这种历史性的打破并非易事，伽利略的行为被宗教裁判所认定为邪教，并称他的行为是疯子行为，罗马教庭审判他终生监禁，后来改为软禁在家。即使这样，伽利略仍然里程碑式地改变了物理科学，开创了一个全新的时代。

质疑应成为物理学教学与学习过程中的常态思维，包括对经典物理理论和近现代物理理论的质疑。质疑是物理学发现新问题的源泉，物理学家或者物理学爱好者提出质疑必须要带点疯子的特征，所有人都怀疑你，你也必须有坚持探索与验证的决心[3]。爱因斯坦是近代公认的最伟大科学家，他的理论E=mc2已经成为物理学不可动摇的学说。但是，这个理论真的就是终极真理了吗？为什么与光速是平方关系？为何不是1.5次方？为何不是2.5次方关系？为什么一般公式的指数全都是量子化的？这些问题都是学生可质疑的，哪怕99.99%的人都说你无知。

哲学讨论中，经常会提到相对真理，而物理学理论中则有很多“绝对真理”，比如说能量守恒、动量守恒等。在可见的宏观世界，大家都知道不可能找到绝对相同的两件物品，即使是同一模子印制出来的两个物件也不可能绝对相同，而物理学中却把所有的电子认为是绝对相同，做出绝对结论的科学逻辑是电子绝对不可能再有下一个层次的分级。事实上，电子是有质量的，有质量的东西就有理论上的空间构成，有理论上的空间构成，就应该存在结构相异性，电子真的都一样吗？守恒是普遍规律吗？

二、正确指导学生拓宽现有科技创新的外延边界

物理学是基础理论科学，同时也是一门实验科学，但是，无论是理论还是实验，都不是简单的说教哲学，归根到底它还要服务于人类，也就是说要能够应用到社会实践，与工程科学实现有效对接。当前的物理教学显然缺乏对学生的广域性引导，学生的创新始终局限于教学科目内部，教与学都和创新联系松散，降低了物理学在大学教培养过程的可容纳地位[4]。

物理课堂中经常会讲到压电体，它是一个受压产生电流的物理过程，很直观地把压力和电流串联在了一起，工业中也有一些应用。不过，有关压电体的拓展应用还远远不够，比如说与能源消费的联系，在任何一个城市中，汽车已经成了只比人少的运动物体，它要消耗很多的能源，不停地运动着，却缺少能量回收系统，如果把汽车行走时产生的压力通过压电体产出电能储存起来，不就是间接将一部分能源转化为二次能源了吗？这类课堂引导非常有用，不但可以对压电体本身深入研究，还可能交叉研究储能技术和能量回收系统的构成。

在现代冶金技术中，如果要从原矿提取可用金属，几乎没有一种金属不需要通过化学过程，几乎没有一种金属的冶炼过程不产生环境污染，物理学在冶金技术上的应用被完全漠视。然而，物理学是不是就不支持传统冶金呢？恐怕不一定。在电学一章中，经常会提到粒子的偏转问题，带电的粒子在电场中偏转轨迹不但与电场有关，而且与带电粒子本身有关，也就是说，不同的粒子，从原理上讲会有不同的偏转轨道，如果能把这一特性应用到金属元素的提取上，是不是有成功可能呢？不妨引导学生从两方面构建物理模型，一方面，可构建不同带电粒子在同一电场中的偏转规律，另一方面，可构建不同电场对不同粒子的偏转影响。把两个模型进行对比，有可能找出各种不同粒子的偏转可筛选性，从而建立一种金属分离技术的理想模型，为物理冶金提供理论支撑，如果真能实现生产实践，将是冶金技术领域革命性的突破。

在大学物理教学中，电场和磁场是传统章节，教学过程比较单调，学生的积极性不高，电场测量和磁场测量也已经是成熟技术，学生的创新空间不大。然而，老师可以把电磁场与人体的生物场紧密联系起来，在现行的人体识别技术中，有指纹识别技术和面部识别技术，前一项已经十分成熟，后一项也正在完善之中，唯有生物场识别技术无人关注。生物场的存在是无可争议的，并且每个人的生物场都不一样，具有唯一性，当前最大的困难是生物场的测定，如何将物理学的电磁场技术与生物场技术从理论上融为一体就十分关键，电磁场可以相互转化，生物场是否可以与其实现相互转化呢？如果可以，测定场强就有可能性，如果每个人的生物场都能有效测定，那么，不但只是应用在识别领域，而且还可以利用它研究人类的生命规律，用物理的方法提高人类的健康水平，减少对化学药物的依赖。

三、创造条件带领学生把创新设计转变为创造成果

青年大学生可能不缺创新思想，可能也不缺创新动力。然而，真正要把他们的创新热情转化为创新成果并不容易。有好的想法，并不一定有条件让其实现想法，实现了由想法到设计的转变，又不一定能够让其初步设计转化为现实成果，转化为成果以后，学生又不一定能够享受成果带来的好处，往往因多种原因名利双失，从而影响了大学生的创新积极性[5]。

激发创新思想是老师的责任，把创新思想转化为具体设计既要依靠教师，又要依赖学校创新基金的支持。有了设计，再把设计转化为成果，既要看设计的高度，还要看成果转化的通道是否理顺。如果高校管理者能够把从“思想激发——创新设计——实践设计——成果转化”的一条龙服务做好，青年学子的创新力会是巨大且无穷的。

目前，比较好一点的大学院系都有创新实验室，也有创新成果展览室，但是，大部分都流于形式供参观之用，并不能起到对全体学生的创新激发作用。对所有应用型实物性创新，应该采取公开展示的方式进行推广，对每一项成果的理论、设计、成果、获奖及应用等全貌再现，以鼓舞有志于开拓创新的智慧型青年投入到创新活动当中。

四、结语

物理学从传统意义上讲是一门理论基础学科，从现代意义上讲又是一门应用科学，它是所有自然科学学科的支撑学科。物理课堂不但是经典理论的传播课堂，也是科技创新精神的诱发地，突破创新瓶颈，不能只靠定向的科研项目，同样可以依靠生动有趣的课堂教学以及丰富多彩的演示教学。要有效地把学生的思想引导到创新思维当中，而不是把知识灌输到学生的思想当中，学生疯狂地渴望创造新的知识，创新才算是真正的起步。科技创新是“思想疯子”的爱好，不是所有人的产品，物理学是最能塑造“思想疯子”的课程，是各工程学科永远的基础。

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参考文献：

[1] 胡亚联，张昱.大学物理创新教育与现代化人才培养模式探讨[J].理工高等研究，2003，22（6）：49.

[2] 梁乃兵.在物理教学过程中要突出物理思想和方法的教学[J].广西民族学院学报（哲学社会学版），2001， 6（11）：178.

[3] 陈沙欧，孙欣.理工结合开放办学培养物理学科创新人才[J].高教研究，2013（26）：82.

[4] 李松龄，李明雪.高等物理创新人才培养教学模式改革构建[J].高等理科教育，2011，97（3）：142-143.

[5] 高文兵.探索创业教育模式推进大学生自主创业[J].创新与创业教育，2011，2（3）：8-9.

[编辑：汪晓]