陳從先

創(chuàng)新是人類社會前進的動力，是人類智慧中最絢麗的花朵。然而在我國，由于受傳統(tǒng)文化和應試教育影響，壓抑創(chuàng)新意識，創(chuàng)新精神的教育現(xiàn)象依然存在，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相當薄弱。面對知識經(jīng)濟和科學技術的迅猛發(fā)展以及新一輪課程改革的不斷深入，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力越顯得更加迫切，并將越來越受重視和加強。物理學從牛頓力學到現(xiàn)在已有300多年的發(fā)展歷史，它在自然科學中一直占主導地位。是整個自然科學的基礎。物理學幾百年來不僅積累了豐富的科學技術成果，也積累了豐富的思想文化以及創(chuàng)造性思維方法成果。因此在物理學科中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力具有得天獨厚的優(yōu)勢。

一、通過抽象類比，構建物理模型，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

類比聯(lián)想思維是一種創(chuàng)造性思維方法，它根據(jù)兩個對象具有部分相似的屬性，類推出它們在其它方面可能具有相同屬性，從而設想出具有一定根據(jù)的精神客體的思維方法。例如，在1904年湯姆生把原子模型與葡萄干布丁類比，提出棗糕式原子模型；1911年盧瑟福把原子結構與太陽系結構相類比，提出原子核式結構模型。

例、(上海2000年高考物理題)圖1為人手臂骨骼與肌肉的生理結構示意圖，手上托著重力為G的物體，(1)在方框中畫出前臂受力示意圖(手、手腕、尺骨和撓骨看成一個整體，所受重力不計。圖中O點看作固定轉動軸，O點受力可以不畫)。(2)根據(jù)圖中標尺估算出二頭肌此時的收縮力約為________。

該題首先需通過抽象類比簡化為理想化模型。一個有固定轉動軸的杠桿，根據(jù)受力情況標出受力的示意圖，如圖2所示，然后根據(jù)力矩平衡條件。近似估測力臂的大小。算出二頭肌收縮力約為8G。

二、通過科學想象、構建物理模型，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

想象力是創(chuàng)造力諸要素中最重要的因素之一，牛頓曾說：“沒有大膽的猜測就作不出偉大的發(fā)現(xiàn)”。

(99年上海高考題)天文學觀測表明，幾乎所有遠處的恒星(或星系)都以各自的速度背離我們而運動，離我們越遠的星體。背離我們運動的速度(稱為退行速度)越大，也就是說，宇宙在膨脹，不同星體的運行速度v跟它們離我們的距離成正比，即v=Hr，式中H為一常數(shù)，稱為哈勃常數(shù)，已由天文觀測者測定。為解釋上述現(xiàn)象。有人提出一種理論，認為宇宙是從一個爆炸的火球開始形成的，假設大爆炸后各星體以不同的速度向外勻速運動。并設想我們就位于其中心，則速度越大的物體離我們越遠，這一結果與上述天文觀測一致。由上述理論和天文觀測結果，可估算出宇宙的年齡。

分析與解：這是一道聯(lián)系高科技的信息題。由題目中介紹的宇宙膨脹理論知識，所有恒星都背離我們運動，這種現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中很少見到，學生很難理解，這時老師要引導學生想象，如果在小氣球上畫許多小星星，然后給氣球充氣，在充氣的過程中，各小星星之間的距離一定相互遠離。通過宇宙膨脹與現(xiàn)實生活中的模型類比想象，使難以理解的理論形象化，簡化。在解此題時，根據(jù)題意各星球以不同的速度作勻速直線運動，把各恒星看作質點，那么：

T=r/v，又v=Hr，所以T=1/H，T=1/H=10¹⁰年。

想象是物理學中最活躍、最富傳奇色彩的成份。為了增強學生的想象力，教學過程應重視物理過程分析。結合物理模型的構建。啟發(fā)引導學生通過形象思維和想象，培養(yǎng)建立物質空間位置關系的能力，形成構建物理圖景和物理模型的能力，促進創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、通過理想化思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

理想化思維方法是思維主體運用非邏輯思維和邏輯思維相結合的科學思維方法。塑造理想化實驗過程是從事科學創(chuàng)造活動的一種思維方法。例如，理想實驗、思想實驗等，是在真實的科學實驗基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對客觀對象的實際過程進行更深一級本質的探究過程。理想化思維方法有三個特點：客觀性、邏輯性、創(chuàng)造性。從伽利略、牛頓、愛因斯坦到霍金都是理想化思維的卓越大師。理想化思維方法有助于建立理想模型，形成科學預見。伽利略乃近代物理學之父。也是近代理想實驗的創(chuàng)始人，作為力學基礎的慣性定律不是從實驗中得出的，而是從理想實驗中得出的。牛頓的炮彈思想實驗奠定了人造衛(wèi)星的思想基礎。愛因斯坦的“追光”思想實驗使他登上了狹義相對論的科學寶座。今天物理學的研究，無論在微觀還是宏觀越來越多地進入了不能完全直接靠實驗證實或證偽的領域。比如：我們不可能在實驗室里讓物體坍縮并看到它變成黑洞，因為引力坍塌要求物體的質量大于太陽的質量，在這種情況下，做想象實驗。是我們所能做的最好事情。想象實驗也曾有助于傳奇的英國物理學家史蒂芬·翟金。理想模型是理想化思維的另一形式，例如質點、點電荷、理想氣體、簡諧振動等等。

四、注意物理模型的適用條件

任何一個理想模型的使用，都必須遵守其成立的條件，如果不顧條件濫用，必會導致錯誤結論。如：點電荷的場強公式E=kq/r，當r→0時，場強為多少?有人會答：無窮大。很顯然然這是違背客觀事實的，錯在哪里?就錯在喪失了點電荷成立的條件，卻仍使用點電荷的公式。因為此時源點到場點的距離大小比起電荷來說為小，電荷不能視為點電荷了。再比如我們孤立系統(tǒng)內部所發(fā)生的過程，總是沿著無序性增大(熵增)方向進行，有人藉此預言整個世界溫度將趨于恒溫，這當然是荒謬的。物體作高速(可與光速比擬)運動時，用傳統(tǒng)的經(jīng)典力學描述就顯得無能為力了，這時就應采用相對論力學。顯然，方法理論是高層次的“模型”。

(責任編輯：陳光明)