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大学物理实验中创新能力养成的哲学思考

2011-05-15 20:36 来源:教育相关 人参与在线咨询

摘要:关于物理实验与理论的关系,在大量文献中都强调了实验对理论的验证作用,忽视了理论对实验的决定作用,使人产生了理论来源于实验的错误认识,不利于大学生创新意识的养成。本文运用波普尔科学哲学教育思想重新审视了大学物理实验与物理学理论的关系,强调了理论对实验的指导意义,即实验是在理论指导下进行的,实验可以验证理论正确与否,实验中可以产生新的问题从而推动理论的进一步发展。这种观点对大学生认识科学的本质,培养科学批判精神有一定作用,并对在大学物理实验中如何训练学生的能力、培养学生的创新意识做了初步的探索。
关键词:理论  实验  创新
        国家教育中长期发展规划中明确指出,我国目前的教育面对未来的机遇和挑战,必须清楚的认识到,“我国教育还不完全适应国家经济社会发展和人民群众接受良好教育的要求。教育观念相对落后,内容方法比较陈旧,中小学生课业负担过重,素质教育推进困难;学生适应社会和就业创业能力不强,创新型、实用型、复合型人才紧缺;教育体制机制不完善,学校办学活力不足;”同时指出,公民接受良好教育已成为人民群众强烈期盼,深化教育改革成为全社会共同心声。
        作为大学的教育,学生创新能力的培养,已成为义不容辞的历史责任。如何在大学教学中培养学生的创新能力,不同的学者提出了很多的建议,调整课程体系、改革课程设置、转变办学模式等等诸多问题,已成为广大高校学者们研究的热点。我们课题组依据我国中长期教育发展规划的要求,对在大学物理实验中如何训练学生的能力、培养学生的创新意识做了初步的探索,我们认为,学生的实验改革是目前提高学生创新能力的一个非常好的教学环节,合理设置实验题目、巧妙设计实验步骤,在实验中提出疑问、解决疑问,是学生创新思维训练的一个不可缺少的环节。
        一、问题的提出
        实验---作为理工科教学的必不可少的一个教学环节,在学生的创新能力和科学理念养成中起到了不可替代的作用。我们实验的目的是什么?为什么要做科学实验,应给说在从学生接受科学训练的初始就已经得到了难以磨灭的熏陶。科学实验的目的就是为了验证科学理论。几十年来我们的教育告诉我们的学生,科学理论来源于实验,或者说实验是科学之母。没有实验就没有我们今天的科学。这一根深蒂固的理念已成为相当一部分受教育者的共识,影响着人们的世界观,构建了我们公民的科学素质。然而,也正是这样的一个科学理念,阻碍着受教育者的创新能力的提高。近代著名的证伪主义科学哲学家波普尔认为:“理论先于观察”,他从科学发展的史学角度提出了在我们常规的科学教育理论看来不易被人接受、但在当前的创新教育看来一个无法回避的科学理念的哲学命题,那就是否认理论来源于经验的观察。他认为,科学的观察具有目的性和选择性,这种目的性和选择性是由科学家理论观点、兴趣和期望等决定的。他认为我们所面对的经验事实是无限复杂多样的,观察只能在其中选择十分有限的部分。如果你什么都想观察,其结果是什么都没有观察到。因此必须依据一定的理论、观点为指导。其次,在观察中必须有所理解,无理解的观察只是熟视无睹,而理解必须在一定理论观点指导下进行,这就会影响观察的结果。或者说,我们所有的科学实验都是来源于科学理论的指导。这是一个我们的教育者默认、但始终在受教育者面前有意或无意回避的一个问题,
        我们所有的教学用的实验仪器,和我们编排的实验内容和实验步骤,无一不遵从一个默认的规则,那就是实验仪器的实验原理,这一在实验仪器制造中已经潜透在仪器设计中的规则。无外乎每次学生做实验时,都为实验仪器设计的巧妙折服,都为实验的结果同理论巧妙的吻合而惊喜。我们不得不承认,实际上每种实验仪器都是在一定原理的基础上设计制造的。而这实验结果同理论的吻合来验证理论的正确性,实际上是对实验者的一种善意的诱惑或者欺骗。例如杨氏干涉实验装置和迈克尔逊干涉仪,虽然是不同的观察干涉现象的仪器,但是制造它们所依赖的都是光的干涉的基本原理,都是想方设法产生两束满足相干条件的可见光,然后让这两束光相遇叠加。如果没有干涉的基本原理,谁也不会想到制造这种怪模怪样的东西。
        我们不得不承认,这种善意的诱骗,在公众科学概念形成的早期,或者说对于初受教育者来说,是十分必要的,而且也是必须的。因为这些“神话”对于初受教育者“科学信仰”的养成是十分必要的、也是必须的。也是符合我们对科学的认识的。因为“科学家旨在发现一个世界,特别是关于世界规律性或‘规律’的真实的理论或描述。这种理论或描述应该是可观察事实的一种解释”(猜测132)。而我们设计的学生实验恰恰满足了这种科学解释的目的和要求。我们要求学生每次做实验前,都明白了本次实验的原理和目的。如果不明白原理,我们会觉得无从下手,同样要观察什么现象,要记录什么数据,就连实验步骤都是一步一步设计好了的。好像学生在寻找着什么,其实是设计好的结论。但我们的教育者都明白,这种潜移默化的实验规则,对于我们高等教育的培养目标,尤其是在当前《国家中长期教育改革和发展规划纲要》对高等教育提出的培养适应社会发展要求的创新型人才来说,是满足不了培养目标的。
        二、依据创新型人才培养目标,改革大学实验的课程设计
        大学物理实验,是大学生实验技能的训练,同时也是对学生科学素养的训练,和创新能力的训练。我们在实验中,结合教学任务,变老师指导性实验为学生自主设计实验。通过我们的实践发现,学生在设计实验过程中所得到的科学训练,高于过去在老师或实验讲义指导下的实验对教学目的的要求。学生变单纯的完成实验为自主的设计实验,对学生的创新能力的培养起到了积极的影响。我们的做法是:
        1.教师提出实验目的,给出实验可能使用到的实验仪器,学生根据理论知识,自己选择实验方法,设计实验步骤,以培养学生创新能力。

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