摘要：在傳授科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，重視科學(xué)原理的教學(xué)，是培養(yǎng)科技人才的一個(gè)重要的先決條件。本文提出培養(yǎng)學(xué)生良好的思考科學(xué)原理的原則和方法，這對(duì)理工科大學(xué)進(jìn)行原理性教學(xué)是有益的參考建議。

關(guān)鍵詞：原理性教學(xué)；多元化思維；創(chuàng)造性思維

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）27-0186-02

我們已經(jīng)在《大學(xué)生學(xué)習(xí)方法研究》一文[1]討論過(guò)在理工科大學(xué)里教學(xué)科學(xué)學(xué)科時(shí)怎樣處理原理性和細(xì)節(jié)內(nèi)容之間的關(guān)系問(wèn)題。原理性是相對(duì)于細(xì)節(jié)而言的，我們討論一個(gè)學(xué)科、一個(gè)學(xué)術(shù)專(zhuān)題甚至單獨(dú)的一個(gè)很小課題，如果我們能從整體上把握它，掌握它的精髓或者從中抽?。芡茝V到更大范圍）的原則性思想，我們將它稱(chēng)之為原理性知識(shí)。至于具體學(xué)科或者具體學(xué)術(shù)專(zhuān)題里包含的具體內(nèi)容，我們將它稱(chēng)之為細(xì)節(jié)。原理性知識(shí)和細(xì)節(jié)知識(shí)都同樣重要，對(duì)于一個(gè)學(xué)科而言，原理性知識(shí)相當(dāng)于思想，細(xì)節(jié)知識(shí)相當(dāng)于實(shí)體。由于目前，我們幾乎不怎么重視原理性知識(shí)，故而在這里再?gòu)?qiáng)調(diào)談一談關(guān)于它的教學(xué)問(wèn)題。由科學(xué)史可知，劃時(shí)代的貢獻(xiàn)都離不開(kāi)人們的真知灼見(jiàn)。哥白尼的太陽(yáng)中心思想、達(dá)爾文的生物進(jìn)化和自然選擇思想，都和他們當(dāng)時(shí)的根深蒂固的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)水火不相容。這些思想的提出不僅需要深刻洞見(jiàn)，而且還需要極大勇氣。然而多虧了這些思想的提出，才改變了人們整個(gè)認(rèn)識(shí)，使人類(lèi)文明達(dá)到新的階段。牛頓指出力和加速度之間的關(guān)系，于是使得人們才認(rèn)識(shí)到力的本質(zhì)，通過(guò)他的萬(wàn)有引力理論，人們認(rèn)識(shí)到地上運(yùn)動(dòng)和天上運(yùn)動(dòng)是統(tǒng)一的。愛(ài)因斯坦的等效原理和廣義相對(duì)論原理更深化了人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。普朗克的量子思想、德布羅意的波粒二象性、海森伯的測(cè)不準(zhǔn)原理、薛定諤的波函數(shù)，揭開(kāi)了微觀世界的奧秘。由愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的EPR佯謬引起的貝爾不等式的驗(yàn)證，使人們發(fā)覺(jué)奇妙的“糾纏”現(xiàn)象，它即將成為新的物理資源。這些偉大思想，把人類(lèi)的思想視野深入150億年左右的浩瀚時(shí)空以及普朗克尺度（以普朗克長(zhǎng)度10-33cm和普朗克時(shí)間10-43s為標(biāo)志）下的微觀世界。更重要的是，人類(lèi)認(rèn)識(shí)的改變還促進(jìn)了技術(shù)的飛躍發(fā)展。例如從麥克斯韋的電磁理論、圖靈的計(jì)算模型而發(fā)展出來(lái)的電視和計(jì)算機(jī)，還使人們的日常生活也發(fā)生了天翻地覆的變化。由此觀之，思想上的突破是決定一切的，因而重視原理性知識(shí)的教學(xué)，啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維，這才是培養(yǎng)科學(xué)大師的先決條件。那么，怎樣重視原理性教學(xué)呢？為此，我們提出以下建議。

一、結(jié)合科技史講授基礎(chǔ)知識(shí)

在傳授具體知識(shí)時(shí)，盡可能有機(jī)地結(jié)合科技史，指出每個(gè)概念提出時(shí)的科學(xué)背景，讓學(xué)生了解學(xué)科里關(guān)鍵概念的來(lái)龍去脈。特別重要的是，還要指出關(guān)鍵概念（如果有的話）的局限性，例如牛頓的萬(wàn)有引力的非局域性和瞬時(shí)性，這個(gè)局限性曾經(jīng)困擾了牛頓和幾代杰出的物理學(xué)家，直到愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的提出，才彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。用愛(ài)因斯坦的話說(shuō)，只有知道了“鞋子在哪里夾腳”，物理學(xué)家們才能提出革新的概念。還有一個(gè)極好的例子是歐幾里得幾何里的平行公理。鑒于它在歐幾里得原始著作《幾何原本》里的敘述方式，它在《幾何原本》是作為第五公設(shè)很遲才提出的，并且表述的語(yǔ)言很啰嗦。后代人猜疑歐幾里得不想把它作為公理（而是想作為定理但是證明不了才勉強(qiáng)）提出的。于是便引起歷代許多有才華的數(shù)學(xué)家企圖證明它，這樣便證明了一千多年。最后由兼具非凡見(jiàn)識(shí)和勇氣的羅巴契夫斯基提出非歐幾何思想，才根本解決了問(wèn)題。羅巴契夫斯基幾何的出現(xiàn)改變了人們認(rèn)為（數(shù)學(xué)）公理是自明、實(shí)質(zhì)的觀念，進(jìn)而也導(dǎo)致人類(lèi)關(guān)于科學(xué)觀念的變更，例如隨后出現(xiàn)的黎曼非歐幾何成了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的基石。

二、養(yǎng)成學(xué)生良好的思維習(xí)慣

在某種意義上，“保守性”是人們思維的慣性■，因而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣是非常重要的。對(duì)于獨(dú)立思考問(wèn)題，現(xiàn)在還存在許多誤區(qū)。不少人一提到獨(dú)立思考，便很自然把它和“叛逆”傳統(tǒng)觀念等同起來(lái)。其實(shí)獨(dú)立思考里包含“革新”和“繼承”兩重內(nèi)涵，它既是對(duì)舊有觀念的革命，也是對(duì)舊有觀念的繼承，只不過(guò)有時(shí)兩者的比例不同而已。對(duì)科學(xué)做出劃時(shí)代貢獻(xiàn)的思想，雖然有不少是基于革新舊有觀念的，但是也有不少是基于繼承的。后者最好的例子是數(shù)學(xué)里伽羅華的群論例子。群論的發(fā)明使代數(shù)從原先處于局部性研究階段轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體性分析研究階段，從而導(dǎo)致數(shù)學(xué)發(fā)展史上一次劃時(shí)代轉(zhuǎn)折。早在伽羅華之前，拉格朗日就精心分析了二次、三次、四次方程的根式解結(jié)構(gòu)。他發(fā)現(xiàn)方程的預(yù)解式概念，并且還進(jìn)一步看出預(yù)解式和諸根排列置換下的形式不變性有關(guān)。實(shí)際上，拉格朗日已經(jīng)引出了一個(gè)重要認(rèn)識(shí)：高次代數(shù)方程根式解的可能性問(wèn)題最終能夠歸結(jié)為諸根的排列置換性質(zhì)的問(wèn)題?？上叩竭@一步便停止了，沒(méi)有將這種思想堅(jiān)守到底。這是因?yàn)樗O(shè)想的一個(gè)原則上利用根式求解方程的步驟，當(dāng)求解五次方程時(shí)沒(méi)有成功。伽羅華仔細(xì)考察了拉格朗日理論，發(fā)現(xiàn)對(duì)一般代數(shù)方程來(lái)說(shuō)，關(guān)于拉格朗日預(yù)解式的構(gòu)成并不存在明確的方法或法則，即使對(duì)較特殊的方程也需要高超的技巧才能構(gòu)造預(yù)解式。于是他設(shè)法繞過(guò)拉格朗日預(yù)解式的困難，雖然如此，但是他繼承了拉格朗日問(wèn)題轉(zhuǎn)化的思想。伽羅華的偉大在于將上述問(wèn)題轉(zhuǎn)化、思想深化，即非常徹底地把全部問(wèn)題轉(zhuǎn)化為置換群及其子群結(jié)構(gòu)分析的問(wèn)題。接著，他對(duì)置換群引進(jìn)了一些重要概念，例如他發(fā)現(xiàn)的正規(guī)子群概念對(duì)代數(shù)方程根式解的判別準(zhǔn)則的表述至關(guān)重要，由此他不僅順利地建立了方程的可解性理論，而且成功地提出群論這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體性分析方法。從此，代數(shù)研究進(jìn)入了新時(shí)代，而且群論在現(xiàn)今物理等其他自然學(xué)科中也起著舉足輕重的作用?！鼍C上所述，我們認(rèn)為良好的思維習(xí)慣應(yīng)該包括以下方面內(nèi)容。

1.多元化思維。對(duì)于一個(gè)科學(xué)思想，知道它的作用及其局限性固然重要，更重要的是我們應(yīng)當(dāng)知道如果堅(jiān)持它我們會(huì)有什么新的發(fā)現(xiàn)。例如物理學(xué)科里有一個(gè)人擇原理，它起源于對(duì)下述問(wèn)題的回答：為什么物理學(xué)的一些重要常數(shù)具有那樣特殊值?；卮鹗?，正因?yàn)檫@些常數(shù)具有那樣特殊性，宇宙才能演化達(dá)到這樣階段，使得有智慧的人類(lèi)出現(xiàn)并且有能力來(lái)詢(xún)問(wèn)它為什么有那樣的值。這個(gè)人擇原理看似沒(méi)有任何積極建設(shè)作用，不過(guò)英國(guó)天體物理學(xué)家霍伊爾（Fred Hoyle）卻利用它做了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。我們知道碳是構(gòu)成生命不可或缺的元素，而且它具有很高豐度。既然碳不可能從大爆炸中產(chǎn)生出來(lái)，就必然是由恒星制造的?；粢翣柊l(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)存在碳的某個(gè)共振態(tài)時(shí)，才能形成碳。而在這以前，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明并不存在這樣的共振態(tài)。在霍伊爾的堅(jiān)持下，實(shí)驗(yàn)家們終于找到了它。對(duì)于量子力學(xué)，埃弗雷特（H. Everett III）給了一個(gè)多世界詮釋。粗糙地說(shuō)，每一次量子躍遷，將會(huì)把世界分裂為不同分支，據(jù)德威特估計(jì)，如今必有大于10100個(gè)分支。這個(gè)看似十分“古怪”的理論一直被物理學(xué)界所忽視。然而英國(guó)理論家德義奇（Deutsch，David）卻堅(jiān)持多世界詮釋思想，并把這種方法廣泛應(yīng)用于其量子計(jì)算方面的工作。德義奇除了提出現(xiàn)代量子計(jì)算機(jī)的概念以外，還提出一個(gè)量子平行計(jì)算（現(xiàn)稱(chēng)為）德義奇算法，并對(duì)量子計(jì)算理論產(chǎn)生巨大影響。這兩個(gè)例子表明多元化思想十分可貴，由此觀之，對(duì)人類(lèi)一切有價(jià)值的思想都要珍惜。目前保護(hù)環(huán)境、保護(hù)一切物種已經(jīng)成為人們的共識(shí)，這不僅是維護(hù)生物鏈、使人類(lèi)有很好生存環(huán)境的問(wèn)題，也是基于下述認(rèn)識(shí)：因?yàn)橛写罅康膭?dòng)植物物種還沒(méi)有得到充分研究，誰(shuí)也不知道它們對(duì)生態(tài)、對(duì)人類(lèi)生存甚至對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展（例如仿生學(xué)）起到什么作用。對(duì)文化也是如此。就以語(yǔ)言為例，可以這樣說(shuō)，不同的語(yǔ)言代表不同的描述世界的方式，它們?cè)谛纬扇祟?lèi)不同文化風(fēng)格中起著決定性作用。單從實(shí)用角度考慮，發(fā)掘稀有的語(yǔ)言資源也有意義。例如：第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)太平洋戰(zhàn)區(qū)就利用一個(gè)印第安人部落納瓦霍族的語(yǔ)言作為通訊密碼。總之，不同風(fēng)格文化、不同學(xué)派、不同的思想都是人類(lèi)極其寶貴的財(cái)富。教育學(xué)生珍惜每個(gè)有價(jià)值的思想，避免局限性和固執(zhí)偏見(jiàn)是值得教師重視和研究的課題。

2.創(chuàng)造性思維。我們回到人們最喜歡談?wù)摰呐囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的問(wèn)題，不過(guò)我們從另一個(gè)角度考慮它。羅巴契夫斯基幾何出現(xiàn)以后，人類(lèi)對(duì)公理的認(rèn)識(shí)有了本質(zhì)變化，并且引發(fā)了數(shù)學(xué)甚至是其他自然學(xué)科的“公理化運(yùn)動(dòng)”。正當(dāng)人們沉浸于公理化的成功喜悅之中時(shí)，哥德?tīng)柕牟煌陚湫远ɡ韰s橫空出世，它指出任何一個(gè)相當(dāng)豐富的形式系統(tǒng)中總存在不能由公理和步驟法則去證明或證偽的命題。于是一個(gè)固有的理論體系中總不會(huì)把（有關(guān)該理論涉及的領(lǐng)域里）一切問(wèn)題解決殆盡，這樣就暗示著存在體系變更的可能性。理論體系的變更就是人類(lèi)不斷涌現(xiàn)創(chuàng)造性思想、永不會(huì)干涸的源頭。

事實(shí)上，一旦某個(gè)（即使是非常成功的）科學(xué)理論出現(xiàn)，無(wú)論在當(dāng)時(shí)它發(fā)揮了多么巨大的積極作用，人們也應(yīng)該看到，由它開(kāi)辟的科學(xué)發(fā)展道路固然推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步，但是它也“關(guān)閉”了另外的可能也會(huì)發(fā)展科學(xué)的道路。所以隨著歷史的進(jìn)程，理論體系的變更是必然的，也是情理之中的事情。特別是當(dāng)今，科學(xué)在全球范圍內(nèi)越來(lái)越趨于同步發(fā)展，不同思維方式更不易看到，因此認(rèn)識(shí)到開(kāi)創(chuàng)性思維的精髓就是理論體系局部甚至全部變更這一點(diǎn)更為重要。前面我們討論的多元化思維，與這里談?wù)摰膭?chuàng)造性思維，在精神上是一致的。總之，正確地把握革新和繼承的關(guān)系、傳統(tǒng)和創(chuàng)新的關(guān)系，才是大學(xué)生應(yīng)該養(yǎng)成的良好的科學(xué)思維習(xí)慣。

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