论物理教育中的直觉思维及其对教学的启示(1)(2)

（一）创造功能

直觉思维是物理研究中的重要因素，它既不同于逻辑思维，也不同于形象思维和辩证思维，它是一种重要的创造性思维方法。在经典物理时代，从特殊到一般，是人们得出理性认识的主要过程，而归纳法是常被采用的一种科学方法。与培根重视归纳法不同的是，爱因斯坦却更加重视直觉。他说：“从特殊到一般的道路是直觉性的，而从一般到特殊的道路则是逻辑性的”。^[1]（490）由此，爱因斯坦提出了科学形成和发展的两条途径：一是无意识方面，即通过非逻辑的直觉和想象；二是有意识方面，即通过逻辑思维。（而且是先运用直觉思维，然后才是逻辑思维。）比如，20世纪的杰出物理学家狄拉克，就是在没有任何实验证据的情况下，仅仅基于他对物理美的直觉欣赏，进而天才地在1928年写出了具有里程碑意义的狄拉克方程。该方程的奥妙虽然当时立刻被人们所认识，可是其中狄拉克凭直觉引入的“负能”现象却是大家绝对不能接受的。然而，狄拉克不顾玻尔、海森堡、泡利等著名物理学家的冷嘲热讽，于1931年又大胆地凭直觉提出了“反粒子”来解释负能现象。这个理论更不能为人们所接受，因而流传了许多半是羡慕半是嘲讽的故事。直到1932年安德森发现了电子的反粒子，人们才深刻地领会了狄拉克直觉思维的悠远高深。

（二）选择功能

直觉思维是面对各种可能性做出正确选择的重要能力。因为在科学认识活动中，科学家常常会面临各种可能做出抉择的局面。特别是在各种可能结果出现的概率差不多，一时难以分出高低的情况下，科学家就会处于一种所谓“布里丹的驴子”的困境：一头驴子站在两个同样大小的干草堆连线的中点处，如果它日复一日地无法决定吃哪一堆干草，那么最后只会饿死。当然，实际上驴子是不至于如此的。但是当科学家处于这种情景的时候，能否做出正确的决定，这主要取决于他的直觉思维能力。^[8]

（三）联系功能

直觉思维具有联系事物的功能。当人们研究某一物理问题时，外界提供的信息常常是不充分的，有很多空白点，仅凭逻辑思维根本无法窥探事物的本质，此时，直觉思维不受“逻辑顺序”束缚的特点便可发挥作用。直觉思维的特点在于其思维的触角可以伸出非常远，往往在还没有看清楚一个事物的时候就抓住了它的精神，然后再想办法把中间的路径联系起来。虽然并不能保证每一次都能把中间的路径联系起来，但如果不去伸出直觉思维的触角，就永远也走不远。爱因斯坦曾高度评价物理直觉思维联系事物的重要意义，他指出：“在法拉第—麦克斯韦这一对和伽利略—牛顿这一对之间有非常值得注意的内在相似性──每一对中的第一位都直觉地抓住了事物的直接联系，而第二位则严格地用公式把这些联系表述了出来，并且定量地应用了它们。”^[1]（102）这很好地说明了物理直觉思维的联系功能。

（四）预见功能

物理学家在科学创造过程中，当逻辑思维还不能起作用的时候，首先要对研究对象做出判断，提出自己独立的见解，做出科学的预见。这种预见是在经验和实践的基础上，依靠科学洞察力和想象而来。即使在逻辑思维起作用的时候，直觉思维也还是非常重要的。深与远是直觉思维最为重要的特色。这是因为，在新的领域内，由于研究对象的复杂和深奥，人们已不能随意构造实验去发现或建立方程、规律，也不能随时随意用实验验证理论的正确性，而必须借助于越来越复杂的数学，尤其是借助于科学家的直觉去推进科学的发展。

四、直觉思维的教育功能

在物理教育中，直觉思维不仅具有独特的认识功能，而且在培养学生创造性思维品质方面也具有独特的教育功能。

思维是能力的核心，而思维品质是判断思维能力高低的主要指标。物理学研究中的思维品质则是人们在研究和学习物理过程中逐渐形成和发展起来的个体思维特征，主要包括思维的深刻性、思维的灵活性、思维的批判性、思维的独创性和思维的敏捷性。这样，物理教育中直觉思维的教育功能就有如下几个方面。

（一）有助于学生思维深刻性的培养

思维的深刻性反映了思维活动的深度、广度和难度。它表现为善于深入地思考物理问题，把握物理事物的本质和规律；善于开展系统的、全面的物理思维活动；善于从整体上认识物理事物，掌握物理知识。思维的深刻性是思维品质的基础，其发展水平的高低必然会影响到其他思维品质的发展。^[9]而直觉思维则在一定程度上反映了思维深刻性的本质。人们借助于直觉思维的高级表现形式──科学洞察力，往往能透过事物的现象而直达事物的本质。

（二）有助于学生思维灵活性的培养

思维的灵活性是指思维活动的灵活程度，能够根据客观情况的变化而变化，能够从不同角度、不同方面去思考问题。直觉思维是以整个知识为背景的直接而迅速的认识，它的跳跃性、猜测性的特点，使其可以不经过详尽的逻辑推理，不经过分析的演绎步骤而提出一个假设或法则等去试图解决问题，当问题不能解决时，又可以提出新的假设，从而表现出它的灵活性。

（三）有助于学生思维批判性的培养

思维的批判性是指在进行思维时，善于发现问题，提出质疑，不人云亦云，不盲从附和。因此，即使是学生理解科学知识的内容，同样也离不开思维的批判性。比如，现行教材中的许多物理量是通过比值法来定义的，如R=U/I，学生凭直觉提出质疑──为什么要用两个物理量相比来定义一个新的物理量？这就是思维的批判性。进一步，教师可以告诉学生：比较的关键是选取相同的标准。因为只有选取相同的标准，才能使比较的结果有意义。所以，比值定义法采用两个物理量相比，就是在比较时选取相同标准。不讲清楚这一点，学生就不可能明白比值定义法的意义。而重要的是，物理直觉思维在这里起到了思维批判性的先导作用。

（四）有助于学生思维独创性的培养

思维的独创性表现为善于独立思考，善于创造性地发现问题和解决问题。而物理直觉思维在思维独创性方面的突出表现形式之一就是直觉的想象，它通常是一种创造性想象。它按照一定的目的、任务，不依赖现成的描述，而在头脑中独立创造新形象。创造性想象具有独特性、新颖性和发散性的特点。正如爱因斯坦所说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”^[1]（284）比如，高中物理的楞次定律学生就难以理解，一个学生凭直觉把感应电流的磁场的磁力线想象成弯曲为一个“磁力线弹簧”。这样，当磁铁插入或拔出线圈时，感应电流组成的“磁力线弹簧”总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这正是思维独创性品质的表现。

（五）有助于学生思维敏捷性的培养

思维的敏捷性，是指思维过程的迅速程度。在处理和解决问题的过程中，能够积极思维，正确判断并迅速地得出结论。

物理学习中思维的敏捷性是指在学习物理知识时，快速、准确地领会所学内容，在头脑中予以内化；在运用物理知识解决问题时，迅速、准确地将物理信息输入头脑中，利用原有的认知结构，找出问题的关键所在从而正确地解决问题。由于直觉思维是从物理现象直达结论的思维，它具有跨越时空的特性，不需要从头至尾一步步地推理，从而大大缩短了思维的过程。因此，是否具有直觉思维，往往是一个人思维敏捷性的标志。

五、培养学生直觉思维能力的教学建议

首先，赋予直觉思维以合理的地位。

为了培养学生的物理直觉思维能力，在物理教学中必须推崇直觉思维。教师应当告诉学生，在科学创造过程中，逻辑思维和直觉思维是同等重要的，不能厚此薄彼。通过创造自由民主的课堂教学气氛，鼓励学生大胆地推测，引导学生深化直觉思维而不去追究推测的理由。因为只有学生具有直觉的自信和勇气，才会发展自己的直觉思维。^[6]（20）教师还应当通过物理学史的介绍，使学生相信科学创造过程中直觉思维普遍存在的客观性，为学生主动养成直觉思维的习惯奠定心理基础。

其次，有结构地呈现教材。

要使学生形成物理直觉思维能力，很重要的一点就是要有结构地呈现教材。布鲁纳提出：“结构的理解，能使学生从中提高他直觉处理问题的效果。”^[4]（70）无结构的零乱的信息是难以形成直觉思维的，当有秩序、有结构的信息从提供的信息中忽隐忽现时，就会活跃直觉思维。例如，阿基米德定律的表述为“浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力”。按照力的三要素来呈现阿基米德定律的结构，不难发现，定律只有浮力的方向和大小而没有作用点，此时，教师可以鼓励学生运用直觉思维来作出推测。这样，学生就可以从教材赋予的信息的狭隘性中解放出来，向着同这种信息相关的直觉思维的境界展翅飞翔。

第三，使学生在头脑中建立丰富的物理图像。

在有结构地呈现教材之后，教师在指导工作中还要注意防止过早的语言化，因为直觉思维的本性是图像性的，它的过程是非语言性的。^[6]（21）像的特点就是一时间浮现出事物的各种要素。强化对各种要素的同时性（共时性）的掌握，有助于活跃学生头脑中的物理图像，从而有助于活跃物理直觉思维。比如，像“交流电在导线中传输时电子是如何运动”的问题，就能很好地使学生在头脑中形成典型的物理图景，从而有助于发展物理直觉思维。

第四，鼓励有组织的推测。

直觉思维是组合部分信息（几个线索），利用一闪念感知事物结构全貌的思维。直觉思维的这种进程，正因为不是逻辑地一步一步向前的算法，所以不宜指导。然而，从部分信息进行推测，达到对事物全貌的感知，这既是直觉思维的特点，同时又是非常重要的。例如，可以做一个实验：在一个试管内加入一些沙子后把它竖直放入水中，当加入的沙子较少时，试管在水中会翻倒；当加入的沙子较多时，则试管在水中就不会翻倒。然后组织学生利用给定的部分信息，进行有组织的推测──试管在水中翻倒与不翻倒的本质是什么？这样的问题就能较好地开拓学生的物理直觉思维。

第五，利用原始物理问题培养学生的直觉思维。

为了更好地培养学生的物理直觉思维能力，非常重要的一个问题是训练材料的选取。因为只有向学生提供与物理学家研究物理相类似的问题，才有可能使学生产生直觉的体验。比如，1995年10月28日，加拿大人科克伦手握长杆走钢丝跨越长江三峡。这样的问题我们称之为原始物理问题。科克伦如何使用手中的长杆？其物理原理是什么？解决这样的问题正是直觉思维大显身手的舞台。相反，目前物理教学中广泛采用的物理习题却很难为直觉思维提供这样的舞台。这是因为，每一道习题都是从原始物理问题抽象而来，已经把原始物理问题的一些次要细节、非本质的联系舍去，也就是说，直觉思维的过程已经被习题编制人员“越俎代庖”地完成了。因此，在一定意义上说，我国学生直觉思维能力的匮乏正是“题海战术”的直接后果，这应当引起我们的深思。

［1］爱因斯坦.爱因斯坦文集［M］.许良英，李保恒，赵中立，译.北京：商务印书馆，1977.

［2］中华人民共和国教育部.全日制普通高级中学物理教学大纲［S］.北京：人民教育出版社，2002.

［3］杨振宁.杨振宁文集［M］.上海：华东师范大学出版社，1998.534—535.

［4］布鲁纳.教育过程［M］.邵瑞珍，译.北京：文化教育出版社，1982.

［5］刘电芝，张庆林.试论直觉的心理机制［J］.教育研究，1988，（1）：48—51.

［6］钟启泉，黄志成.美国教学论流派［M］.西安：陕西人民出版社，1993.

［7］高策.走在时代前面的科学家──杨振宁［Z］.太原：山西科学技术出版社，1999.425.

［8］朱雄.物理教育展望［M］.上海：华东师范大学出版社，2002.89.

［9］田世昆，胡卫平.物理思维论［M］.南宁：广西教育出版社，1996.16.

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