论物理教育中的直觉思维及其对教学的启示(1)

摘要：我国物理教育缺乏对直觉思维的重视是历史上一直存在的问题，而对直觉思维认知机制的模糊认识是其重要原因。基于此，我们依据布鲁纳的智力发展过程理论，提出了直觉思维认知机制的解释模型。通过理论与经验的比较，表明该模型很好地解释了直觉思维的认知特点，并得出结论：直觉思维采取的是图像把握的认知方式，它本质上是非逻辑的。在此基础上，通过研究物理直觉思维的认识功能与教育功能，归纳了物理直觉思维的创造教育价值，从而为在物理教育中培养学生的创造性思维提供了有益的启示。

关键词：直觉思维；创造性思维；认知机制

直觉思维的创造性教育价值，如同物理教育研究中的其他基本问题一样，总是随着人们对其本质认识的深入而逐步发展的。在物理学研究和物理教育中，直觉思维及其所具有的独特、甚至是不可取代的重要作用，日益受到人们的重视。著名物理学家爱因斯坦高屋建瓴地道出了直觉思维的创造价值：“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，要通向这些定律，并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”^[1]（102）纵观我国的物理教育，不难发现，重视对学生逻辑思维能力的培养是好的教育传统。然而，忽视对直觉思维的培养却也是历史上一直存在的问题。比如，中学物理教学大纲在对学生思维能力培养的要求中就指出：“要通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的运用等，培养学生抽象和概括、分析和综合、推理和判断等思维能力以及科学的语言文字表达能力和口头交流能力”。^[2]可见，我国物理教育比较重视逻辑思维而忽视直觉思维。

针对我国物理教育中过分强调逻辑性的倾向，诺贝尔物理奖获得者杨振宁教授指出：“中国的物理教学中有一个倾向，使人觉得物理就是逻辑。逻辑，没有问题是物理的一部分，可是只有逻辑的物理是不会前进的，必须还要能够跳跃。这种跳跃当然不是随随便便的跳跃，而是要依据许许多多的不断延续下来的与实际的事物发生的联系。由这些联系出发才可以使一个人有胆量作出一些逻辑上还不能推演出来的这种跳跃。”^[3]“直觉的下意识的推理，是所有理论物理和实验物理的一个基本的环节。没有这个环节，不太容易作出真正最重要的贡献。许许多多最最重要的工作，是先经过很多思考，后来在没有经过逻辑推演而得出来的新的想法之下产生出来的。”^[3]

其实，早在1959年，美国著名教育心理学家布鲁纳就提出了这样的观点：“直觉思维、预感的训练，是正式的学术学科和日常生活中创造性思维的很受忽视而重要的特征。机灵的预测、丰富的假说和大胆迅速地作出的试验性结论，这些是从事任何一种工作的思想家极其珍贵的财富。”^[4]（33）这充分说明，无论是物理学家还是教育心理学家，尽管他们的专业各不相同，研究视角各异，但他们却都不约而同地对直觉思维给予高度的评价。有鉴于此，本文从现代认知心理学的已有成果出发，深入研究了直觉思维的认知机制、认识功能与教育功能，并提出了培养学生直觉思维能力的教学建议，希望能对物理教育中培养学生的创造性思维以有益的启示。

二、直觉思维的认知机制

何谓直觉思维？一般认为，直觉思维是直接领悟的思维，是人脑对于突然出现在面前的新事物、新现象、新问题及其关系的一种迅速识别、敏锐而深入的洞察、直接的本质理解和综合的整体判断。对于直觉思维的认知机制，国内外心理学家和教育学家有着不同的理解。其中，一种“知识组块说”的观点引起了我们的深入思考。

这种观点认为，“直觉思维的实质是运用有关知识组块对当前问题进行分析及推理，以便迅速发现解决问题的方向或途径的思维方式。在某种程度上说直觉是一种逻辑性推理。从组块的产生来看，它是通过一步步推理而得到的，因此直觉的结果往往可以通过逻辑推理来验证。从直觉的产生来看，人们以组块作为推理的根据（组块起着大前提的作用），推理才一蹴而就，迅速完成。”［5］“人们普遍认为直觉是一种非逻辑性加工。其实所谓的非逻辑性加工，不过是由于组块内的推理经反复练习而熟练，并浓缩成了一个整体（组块）。这个知识是个人心目中的‘定律’，运用这个定律进行推理似乎是一种非逻辑性加工，展开这个非逻辑性推理的过程，即是严密的一步步推理。”^[5]

我们认为，“知识组块说”把直觉思维看作是“一种逻辑性推理”的观点是值得商榷的。因为这种观点既与科学家的科研过程有较大出入，又与大多数科学家的观点相左。包括杨振宁在内的许多著名科学家，在总结自己的研究体会后都确认，直觉思维在本质上是非逻辑的。费米发现慢中子作用的过程便是一个生动的例证。

1932年，费米和他的学生在做中子实验时，观察到一个非常奇特的现象：他们用一个屏蔽物希望把中子流挡住，然而他们发现，屏蔽物放的越多，后面的中子好像越多。费米后来回忆说，当时是一个他不知道的道理，促使他作了一个完全是下意识的决定。他对大家说：“我们不要用重的物质做屏蔽，而用一个非常轻的物质试一试。”^[3]结果发现，后面的中子效应大大增加了。这是因为一个轻的东西放上去以后，中子的速度更慢了，反应截面变得非常之大。对于这一现象，费米思考了一个晚上之后，就完全弄懂了。

显然，对于直觉思维认知机制的认识还有待深入。关于这个问题，美国教育心理学家布鲁纳的智力发展过程理论可以为我们提供一个较好的解释模型。

布鲁纳认为，儿童的认知发展不是刺激与反应结合的渐次复杂化的量的连续过程，而是由结构上迥异的三个阶段组成的阶段性的质的过程。这三个阶段是：行为把握，图像把握，符号把握。其中，行为把握是从动作中认知的阶段，图像把握是把事物当做视觉的或听觉的想象进行掌握。图像把握以视觉图像为主，以听觉图像为辅。图像把握比行为把握的认知机制更复杂。在行为把握中，一个刺激只产生一个反应（认知），而在图像把握中，对一个刺激可以同时作出两个以上的反应；符号把握是依靠语言符号表现的认知。在符号把握中，物体所具有的诸要素已分别语言化了，可以依据语言所具有的作用认识事物诸要素间的关系，所以能够达到逻辑把握。依据智力发展过程理论，布鲁纳建构了关于直觉思维的认知解释。

首先，直觉思维多数采取图像的认知方式。一般来说，逻辑思维相当于符号把握，而直觉思维则相当于图像把握。在图像把握中，可以同时浮现事物的所有因素，所以是同时把握的。如果说，行为把握受“时间顺序”的束缚，同一时刻只能把握一个因素；符号把握受“逻辑顺序”的束缚，只能以规定好的步骤前进；那么，图像把握既不受“时间顺序”的束缚，也不受“逻辑顺序”的束缚，可以一览无余地把握构成事物的各种要素。

其次，直觉思维的过程是非语言的认知过程。由于直觉思维大多是图像把握或图像之前的情绪性的感知，而图像通常具有非语言的性质，是难于言传的。正是因为这个特点，在直觉思维中，用语言表述其思维结果并不太困难，而用语言表述其思维的过程就极其困难。直觉思维是一闪念的思维，飞跃的思维。它是一种深层知觉的过程，是缺乏语言媒介的直接过程。所以，直觉思维是无算法的过程。所谓算法是指一步一步逼近解决目标的逻辑步骤。逻辑思维与算法之间存在着紧密的相关关系，而直觉思维原则上是无算法的过程。^[6]（19）

第三，直觉思维是对不确凿情境的感知。直觉思维是在所研究的客观事物细节尚未分明的情形下对整个事物的内隐的感知。它具有跨越时间和空间的性质，因此，这种内隐的感知不同于我们通常所说的感知。通常所说的感知，一般是指人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性和整体属性的反应，这种属性通常是对事物表面的认知。而直觉思维虽然在具有生动的图像这一点上与通常所说的感知相类似，但在掌握事物本质结构这一点上却有根本不同。

由于直觉思维是黑箱性质的心理成分，目前对其进行研究还缺乏有效的方法。但是，我们所有的人都曾有过自己的直觉体验，因此，用内省方法分析自己的直觉并印证直觉思维的理论是一种可以采用的策略。此外，更有必要引入科学家运用直觉思维获得重大科学突破后的成功体验来检验直觉思维的理论，从而使之趋向某种程度的客观化。运用此种方法来印证布鲁纳的直觉思维认知机制解释模型，我们发现，该模型与科学家的成功体验非常吻合。

布鲁纳认为，直觉思维多数采取图像的认知方式。对此，爱因斯坦也有基本一致的观点，他说：“在我的思维结构中，书面的或口头的文字似乎不起任何作用。作为思想元素的心理的东西，是一些记号和有一定明晰程度的意象，它们可以由我‘随意地’再生和组合。……在进行可以传达给别人的、由文字或别的记号建立起来的任何逻辑之前，上述的这些元素就我来说是视觉的，有时也是动觉的。通用的文字或其他记号只有在第二阶段才能很费劲地找出来，此时上述的联想活动已经充分建立，而且可以随意地再生出来。”^[1]（416）可以看出，理论和经验较好地达到统一。

布鲁纳直觉思维理论的关键在于，他提出了图像把握既不受“时间顺序”的束缚，也不受“逻辑顺序”的束缚，可以一览无余地把握构成事物的各种要素的观点。而这一观点与杨振宁关于直觉思维的论述十分吻合。杨振宁认为：“从每一个方向来看，规律是逻辑性的。可是科学的创造不只是从每一个方向去发现与了解那个方向的规律，更重要的是，要通过想象、通过直觉（灵感），一下子同时了解每一个方向的规律。这种更高一层的了解就不只是逻辑思考所能达到的了。”^[7]可见，图像把握的同时性特点与直觉思维的整体性特点非常吻合。

按照布鲁纳的见解，直觉思维是在所研究的客观事物细节尚未分明的情形下对整个事物的内隐的感知，它具有跨越时间和空间而直达事物本质的性质，爱因斯坦提出狭义相对论的过程生动地说明了这一点。

1895年，当爱因斯坦还是一个16岁的中学生时，他就提出了一个朴素的理想实验──“追光实验”。当一个人以光速运动时，他应该看到被“冻结”的光的波峰和波谷的图像。然而，这个结果却不是麦克斯韦理论应有的解。当时大多数物理学家认为牛顿力学是正确的，应该对麦克斯韦理论进行修改。爱因斯坦以他自己的直觉认为，为了保持物理学定律在逻辑上的一致性和麦克斯韦电磁理论的有效性，必须对以牛顿力学为基础的相对论原理做出修改。经过十年的努力，爱因斯坦终于在崭新的时空观上建立了狭义相对论。

通过上述理论与经验的比较，我们认为布鲁纳的直觉思维认知机制解释模型是一个较好的模型。同时，由布鲁纳的直觉思维认知机制解释我们可以认为，直觉思维和逻辑思维是截然不同性质的思维形式。

三、直觉思维的认知功能

为什么在物理学研究和物理教育中特别强调要重视直觉思维？其理由在于，直觉思维具有逻辑思维所不具备的独特的认识功能。直觉思维的跳跃性、整体性和猜测性的特点，使其在物理学研究和物理教育中具有以下认知功能。

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