余曉光 周運(yùn)志

(井岡山大學(xué)數(shù)理學(xué)院 江西 吉安 343009)

科學(xué)技術(shù)是國家強(qiáng)盛之基，創(chuàng)新是民族進(jìn)步之魂[1].16世紀(jì)以來，物理學(xué)在探索未知的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律中不斷突破人類認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)及局限，推動(dòng)著科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)革命與創(chuàng)新發(fā)展，極大地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步.同時(shí)，物理學(xué)的研究方法和世界觀也是其他學(xué)科的重大財(cái)富.教育部2010年頒布了高等學(xué)校物理學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)本科指導(dǎo)性規(guī)范[2]，首次提出了培養(yǎng)學(xué)生“具有創(chuàng)造性思維能力、獨(dú)立思考及批判性思維能力、初步的科學(xué)研究能力和一定的科技開發(fā)能力”的創(chuàng)新能力要求.為此，物理教師必須全方位轉(zhuǎn)變教育教學(xué)觀念，把培養(yǎng)學(xué)生具有科學(xué)精神、科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)作風(fēng)和創(chuàng)新意識(shí)，具備一定的獨(dú)立獲取知識(shí)的能力、實(shí)踐能力和研究能力，作為教育改革的核心.

本文將在探討創(chuàng)新能力及其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從實(shí)踐上探討在大學(xué)物理教學(xué)中構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)體系從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

1 創(chuàng)新能力

1.1 創(chuàng)新能力的內(nèi)涵

創(chuàng)新能力就是創(chuàng)造力，它是人的一種高層次的心理素質(zhì)，是一種提供首創(chuàng)性和價(jià)值性產(chǎn)物的能力[3].其本質(zhì)特征是“提供首創(chuàng)性和價(jià)值性的產(chǎn)物”.

創(chuàng)新能力的水平有高低之分.馬斯洛把創(chuàng)新能力分為兩種——“特殊才能的創(chuàng)新能力”和“自我實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新能力”.前者指科學(xué)家、藝術(shù)家等杰出人物的創(chuàng)新能力，其產(chǎn)物是整個(gè)人類社會(huì)之首創(chuàng)；后者指自我開發(fā)意義上的創(chuàng)新能力，其產(chǎn)物對(duì)他人和社會(huì)來說不一定是首創(chuàng)，但對(duì)創(chuàng)新者來說是全新的.科學(xué)家們的“特殊才能的創(chuàng)新能力”和普通人的“自我實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新能力”，在程度上雖有所差異，但在性質(zhì)上是互通的.

1.2 創(chuàng)新能力的結(jié)構(gòu)

美國創(chuàng)造性社會(huì)心理學(xué)家特麗薩·艾曼貝爾認(rèn)為創(chuàng)新能力由以下幾個(gè)主要成分構(gòu)成[3].

1.2.1 領(lǐng)域技能

領(lǐng)域技能是指一套解決某個(gè)特定問題或從事某項(xiàng)特定工作的認(rèn)知途徑，它包括3個(gè)方面：

(1)諳熟該領(lǐng)域的實(shí)際知識(shí)，如事實(shí)、原理、范例、行動(dòng)方案等；

(2)具有某特定領(lǐng)域所需要的專門技能，如實(shí)驗(yàn)技術(shù)、寫作技巧、作曲能力等；

(3)有關(guān)領(lǐng)域的特殊“天賦”.

1.2.2 創(chuàng)造性思維

創(chuàng)造性思維是創(chuàng)新能力的核心，它有兩種基本方式：發(fā)散思維和收斂思維.發(fā)散思維是一種尋求多種答案的思維方式，其特點(diǎn)是大膽假設(shè)；收斂思維是一種尋求惟一正確答案的思維形式，其特點(diǎn)是小心求證.要先發(fā)散，后收斂.從發(fā)散到收斂，再從收斂到發(fā)散，多次反復(fù)，多次循環(huán)，直到問題解決.

1.2.3 工作動(dòng)機(jī)

動(dòng)機(jī)是個(gè)體維持和發(fā)動(dòng)活動(dòng)的心理傾向.它是激勵(lì)人們?nèi)ミ_(dá)到行動(dòng)目標(biāo)的主觀原因.動(dòng)機(jī)有內(nèi)部動(dòng)機(jī)和外部動(dòng)機(jī)之分.內(nèi)部動(dòng)機(jī)指向于工作本身，創(chuàng)造性活動(dòng)本身就是一種目的.外部動(dòng)機(jī)指向于工作以外的目標(biāo)，如物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)、他人的評(píng)價(jià)等.

在組成創(chuàng)新能力的3個(gè)成分中，領(lǐng)域技能和創(chuàng)造性思維，決定著一個(gè)人“能做什么”，而工作動(dòng)機(jī)則決定著這個(gè)人“將做什么”.

1.3 創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)框架

關(guān)于創(chuàng)新能力是怎樣影響創(chuàng)造過程的，艾曼貝爾提出了一個(gè)創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)框架[3],如圖1所示.

圖1 創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)框架

在這個(gè)框架中，創(chuàng)新能力的3種成分和創(chuàng)造過程的5個(gè)階段共同構(gòu)建了一個(gè)創(chuàng)造活動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式.

創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)框架表明，創(chuàng)造過程可分為5個(gè)階段：第一階段為提出問題或明確要完成的任務(wù)；第二階段是準(zhǔn)備，也就是準(zhǔn)備反應(yīng)或準(zhǔn)備產(chǎn)生解決辦法；第三階段是產(chǎn)生反應(yīng)；第四階段是驗(yàn)證反應(yīng)；第五階段是結(jié)果，即以第四階段的驗(yàn)證為基礎(chǔ)，最后作出決定.

艾曼貝爾建構(gòu)的這個(gè)框架表明要想有所創(chuàng)造，任何人都須從3個(gè)方面著手：一是要學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)技能，這決定著反應(yīng)正確與否；二是要訓(xùn)練思維的靈活多變，熟練運(yùn)用創(chuàng)造性技能，這決定著產(chǎn)品和反應(yīng)的新穎程度；三是要自覺地培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造動(dòng)機(jī)，它將決定問題的提出或作何反應(yīng)，而且也會(huì)影響產(chǎn)品和反應(yīng)的新穎程度和正確程度.這3個(gè)方面，正是創(chuàng)造性教學(xué)的基本任務(wù).

2 大學(xué)物理課程和教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力中的重要功能和途徑

在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程中，各門課程都會(huì)發(fā)揮其應(yīng)有的作用[4].大學(xué)物理作為一門基礎(chǔ)課,在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力活動(dòng)中具有其他課程所不能替代的重要作用.

2.1 學(xué)好大學(xué)物理是學(xué)生建立合理知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)

創(chuàng)新人才應(yīng)該具有合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的堅(jiān)強(qiáng)基石.“物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、基本運(yùn)動(dòng)形式、相互作用的自然科學(xué).它的基本理論滲透在自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的許多部門，是其他自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ).”[5]“該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要組成部分，是一個(gè)科學(xué)工作者和科學(xué)技術(shù)人員所必備的.”[5]物理學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系具有基礎(chǔ)性、包容性和易遷移性等特點(diǎn)，物理學(xué)知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)具有千絲萬縷的關(guān)系.為此，要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，不能因?yàn)閺?qiáng)調(diào)物理方法和物理思想而忽視了基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí).

系統(tǒng)化的知識(shí)是影響問題解決的主要因素[6].為了更好地幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)，建立系統(tǒng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在大學(xué)物理教學(xué)中，應(yīng)以教材中的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，通過知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以此來引導(dǎo)教學(xué)活動(dòng).物理知識(shí)結(jié)構(gòu)體系分為大體系和小體系.物理學(xué)由于教學(xué)的需要分為力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)等幾個(gè)分支，每個(gè)分支的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系叫大體系(或叫大網(wǎng)絡(luò)).例如，力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，熱學(xué)知識(shí)體系等.物理學(xué)每個(gè)分支又分為若干章節(jié)，每章節(jié)或幾章中的知識(shí)點(diǎn)用它們內(nèi)在聯(lián)系的線串起來，這就構(gòu)成了部分章節(jié)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，這就是小體系(或叫小網(wǎng)絡(luò)).在建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)過程中，教師不僅呈現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的緊密邏輯聯(lián)系，還呈現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)規(guī)律的科學(xué)思想和方法；在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)由點(diǎn)到線、由線到網(wǎng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)之網(wǎng)，為培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)造性素質(zhì)打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，也為學(xué)生在問題解決中完成思維的發(fā)散和收斂，進(jìn)而為培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力做好準(zhǔn)備.

2.2 學(xué)好大學(xué)物理有助于培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生思維的靈活性 掌握創(chuàng)造性技能

根據(jù)艾曼貝爾的創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)理論，創(chuàng)造技能(創(chuàng)造性思維)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面是必不可少的.物理學(xué)最大的價(jià)值在于其科學(xué)理性之美.物理學(xué)的訓(xùn)練特別有助于使人具備縝密的思維能力，同時(shí)不失去對(duì)現(xiàn)實(shí)世界種種約束的清醒認(rèn)識(shí).在學(xué)習(xí)物理的過程中，學(xué)生通過觀察和實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷分析綜合、歸納演繹、抽象概括、科學(xué)抽象、類比推理等思維過程，其科學(xué)思維能力必將有不同程度的提升；在真實(shí)的物理情境中，學(xué)生根據(jù)物理問題的特征，抓住其主要矛盾，建立相應(yīng)的物理模型，并用物理學(xué)特有的語言進(jìn)行描述，從而提升學(xué)生分析問題和在真實(shí)情境中解決問題的能力.物理學(xué)也蘊(yùn)含豐富的感性之美.學(xué)習(xí)物理學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的審美觀，使學(xué)生認(rèn)識(shí)物理學(xué)所具有的均衡對(duì)稱、奇異簡(jiǎn)潔、和諧統(tǒng)一，使學(xué)生學(xué)會(huì)用美學(xué)的觀點(diǎn)欣賞和發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，從而提升其創(chuàng)造技能.

發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的重要組成部分.在大學(xué)物理教學(xué)過程中，可以運(yùn)用思路提示、集體討論、變換角度和多向求解等方法來訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維能力.在教學(xué)方法上，可采用討論式、啟發(fā)式，加強(qiáng)師生之間、學(xué)生之間的交流，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，強(qiáng)化科學(xué)思維的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生提出、分析、解決問題的能力.

2.3 學(xué)好大學(xué)物理有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)和創(chuàng)造意識(shí)

根據(jù)艾曼貝爾的創(chuàng)新能力結(jié)構(gòu)理論，創(chuàng)造動(dòng)機(jī)和創(chuàng)造意識(shí)決定學(xué)生“將做什么”， 影響產(chǎn)品和反應(yīng)的新穎程度和正確程度.學(xué)生通過學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法、物理思想以及發(fā)展歷史，樹立科學(xué)的世界觀，從而進(jìn)一步激發(fā)其求知欲望、探索熱情、創(chuàng)新意識(shí)以及向舊觀念挑戰(zhàn)的勇氣；學(xué)習(xí)物理學(xué)還有助于培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的精神、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng).

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)成分包括:自我效能感、價(jià)值意識(shí)、目標(biāo)定向和學(xué)習(xí)興趣.在物理教學(xué)中，可通過指導(dǎo)學(xué)習(xí)策略、提高元認(rèn)知能力、增加動(dòng)手實(shí)踐能力等途徑來提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自我效能感；在價(jià)值意識(shí)方面，在具體的物理教育教學(xué)過程中，適時(shí)地把物理學(xué)與前沿技術(shù)有效地對(duì)接起來，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在現(xiàn)代技術(shù)上的應(yīng)用以及同現(xiàn)代生活的緊密關(guān)系，開闊學(xué)生眼界、啟迪思維、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；物理知識(shí)體系具有科學(xué)性、系統(tǒng)性和完美性等特點(diǎn)，其內(nèi)在的美感是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造動(dòng)機(jī)的根本動(dòng)力.在實(shí)際教學(xué)中，挖掘隱藏在物理規(guī)律中和物理公式中的和諧、對(duì)稱、整潔、簡(jiǎn)單的美，讓學(xué)生們?nèi)ジ惺?、去體會(huì)、去欣賞物理之美，能不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情和興趣.物理學(xué)蘊(yùn)涵豐富的思維方法，物理學(xué)的學(xué)習(xí)過程從某種意義上可以說就是思維方法的學(xué)習(xí)和應(yīng)用的過程.在教學(xué)過程中指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)和訓(xùn)練條理化、結(jié)構(gòu)化的思維習(xí)慣，也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造動(dòng)機(jī).

3 教學(xué)實(shí)踐

我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過程中盡量去構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，保持知識(shí)的系統(tǒng)完整性，包括知識(shí)的來龍去脈，也就是要通過介紹物理學(xué)史讓學(xué)生了解物理學(xué)家在認(rèn)識(shí)未知客觀世界時(shí)的創(chuàng)新突破[7].

例如，我們?cè)诹W(xué)教學(xué)過程中，就構(gòu)建起了力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系,如圖2所示.

通過這個(gè)體系引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)由點(diǎn)到線，由線到網(wǎng)，編制知識(shí)結(jié)構(gòu)之網(wǎng)，并使學(xué)生很輕松地掌握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的物理意義和本質(zhì)，為培養(yǎng)良好的創(chuàng)造性素質(zhì)打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ),也正是構(gòu)建了這樣的知識(shí)體系，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)有了明顯提升.2017和2018屆物理學(xué)本科專業(yè)應(yīng)屆畢業(yè)生考研率均達(dá)到25%以上；組織學(xué)生參加江西省大學(xué)生物理創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)中連續(xù)幾年取得了良好成績(jī).熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)也正在構(gòu)建并完善相應(yīng)的知識(shí)體系.

圖2 力學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系

總之，大學(xué)物理教學(xué)應(yīng)充分考慮社會(huì)發(fā)展的需求，順應(yīng)“基礎(chǔ)厚、知識(shí)寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，注重學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，特別注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).