着意物理直觉思维培养学生创新能力

1 / 12 着意物理直觉思维培养学生创新能力 随着我国改革开放的不断深入，人们越来越认识到，社会的竞争，主要是人才的竞争，而人才竞争的实质就是人才创造力的竞争。江总书记指出： “ 创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力 ” 。朱总理也指出： “ 教育和科技事业要走改革创新之路，全面提高全民族的素质和创新能力 ” 。所以，对开拓型、创造型人才的培养就日益受到社会和学校的重视。物理教育作为学校教育的重要内容之一，对学生创新思维能力的形成和发展起着重要作用。那么，如何在物理教学过程中，逐步培养学生的创新能力呢？笔者就 着意物理直觉思维的角度出发，谈一点粗浅的看法。 一物理直觉思维是创新能力的重要组成部分： （一）物理直觉思维能力及其在物理科学发现中的重要作用： 什么是直觉思维，美国现代心理学家布鲁纳在其名著教育过程中说： “ 直觉思维与逻辑思维迥然不同，它不是以仔细的，按规定好的步骤前进为其特征的。 直觉思维总是以熟悉的有关的知识领域及其结构为根据，使思维者可能实行跃进、越级和采取捷径。并多少需要以后用比较分析的方法重新检验所作的结论 ” 。所以，直觉思维并不是什么神秘莫测的东西，它不过是一 种未经有意识的逻辑思维而直接获得某种知识的能力，或者说是一种通过某种下意识2 / 12 （或潜意识）直接把握对象的思维活动，也可以说 ,直觉思维是人们在认识过程中，在分析问题和解决问题时，头脑中的某些知识、经验和能力等在无意识的状态下经过加工而突然沟通时所产生的认识上的飞跃，表现为人们对某一问题的突然领悟，某一创造性观念和思想的突然降临，以及对某种难题的突然解决。 在近代物理学发展史上，众多著名的物理学家对直觉思维都有着精辟的论述与深刻的体会。我国著名科学家钱学森认为，直觉是一种人们没有意识到的对信息的加工活动， 是在潜意识中酝酿问题，然后与显意识突然沟通，于是一下子得到了问题的答案，而对加工的具体过程，我们则没有意识到，这就是直觉思维。 直觉思维在物理科学的发现中发挥着重要的作用，有了直觉思维过程的结论（猜想或假设），然后再通过逻辑论证和实验验证，才能导致科学的发现。著名物理学家玻恩认为：“ 实验物理的全部伟大发现都是来源于一些人的直觉 ” ；德布罗意说： “ 想象力和直觉都是智慧本质上所固有的能力，它们在科学的创造中起过，而且经常起着重要的作用； ” 凯德沙夫用更鲜明的语言表示：直觉是 “ 创造思维的一个重要组成部分 ” ； “ 没有任何一个创造性行为能离开直觉活动 ” 。爱因斯坦则明确宣称： “ 我信任直觉 ” ， “ 我相信直觉和灵感 ” 。由此看来，物理学的发现、发展与进步过程中3 / 12 都伴随着人类的物理直觉思维活动。直觉思维对科学发展和科学创新起着不可磨灭的作用。 （二）物理直觉思维能力和创新思维的基本过程； 对于创新思维的基本过程，许多科学家和创造学家都提出了不同的模式，其中比较有影响的和有代表性的是约瑟夫沃拉斯提出的四阶段理论，主要内容可用如下的框图表示： 准备沉思启迪求证 （直觉思维） 1、准备阶段：就是创造者做好一切准备工作。用较自由的方式去思考，收集材料，进行探索，听取建议，让思想漫游； 2、沉思阶段：指在准备阶段与启迪阶段之间所经历的一段时期；在此阶段，原来所收集到的资料按照一种我们所不知道，或很少意识到，或意识不到的方式进行着一种内在的加工和组织。 3、启迪阶段：这一阶段发生在创造者抓住解决问题的契机这一时刻，绝大多数时候它是一种突然产生的直觉、顿悟；也是说，这一阶段是创新思维基本过程中直觉思维起主要作用阶段。 4、求证阶段：这一阶段是对启迪阶段 所得结果的检验，以便通过创造者的评价而得到确认。 4 / 12 我们回顾一下物理学史，确实深深体会到，许多著名物理学家的著名创新和发现，都跟这一四阶段理论是相符的。例如：爱因斯坦创立狭义相对论的准备阶段可追溯到他 16岁（ 1895 年）在瑞士阿劳上中学时无意中想到的一个光速问题：如果我以真空中的光速追随一条光线运动将是什么样子？他在这以后的十年中，也始终未放弃对这个问题的思考，沉思阶段达 10 年之久。直到 1905 年，当他考虑到时间概念时，忽然觉得萦回在头脑中十年的这个问题可能解决了，这时他只用了五周的时间就完成了狭义 相对论的奠基工作。这一过程中，时间概念带给爱因斯坦的直觉启发是创立狭义相对论的关键。 又如：著名物理学家法拉第在 1821 年受奥斯特发现电流磁效应的启发，选择了 “ 磁生电 ” 的创造性的研究课题，他也曾不知疲倦地连续工作近十年去寻找答案。但最后是在他休息了一个假日回到实验室之后，一个偶然的机遇，使他发现了电磁感应现象，并抓住这一线索，总结出电磁感应现象的规律。 由此可见，启迪阶段中的直觉思维过程是创造成功的关键，它在思想上忽然闪出一道光芒，而将朦胧的乌云驱散，有人称之为直觉的跃进。科学创新过程中 的每一次重大进展，都包含有一些非理性、非逻辑的、直觉的因素。物理直觉思维是创新思维过程的重要组成部分，是创新思维能力的5 / 12 关键。培养创新能力必须着意物理直觉思维。 二、对学习物理过程中的直觉思维与创新能力的理解； （一）学生学习物理过程中的直觉思维： 直觉思维在学习物理过程中的重要性： 学生学习物理过程中解决探索性的物理问题，与科学家发现科学规律，从认识过程上看是颇为相似的。他们要认识的知识对他们各自来说都是未知的，都必须运用他们已有的知识去探索未知的领域，在探索中都 会碰到种种困难，因此也都需要有探索精神，都需要有创造性思维。 在学生学习物理的过程中，某一物理概念的建立，某一物理规律的得出，某一物理问题的解决，对以前从未涉足过这一领域的学生而言，都是了不起的创新过程。在这些过程中，当学生积累了一定量的感性认识，经过了一定时间的逻辑推理和分析后，某一时刻的直觉和顿悟成了建立物理概念，解决物理问题的关键。在教学过程中，有时我们教师对某一概念、规律和事实还没有解释完毕，或某一题目刚呈现出来，学生就说会了、懂了，因为结论、结果或答案已经过学生的直觉思维过程而判别出来了 。所以，和科学发现，科学创新的过程一样，直觉思维在学生学习物理的过程中同样起着非常重要的作用。 直觉思维在学习物理过程中还没有引起足够的重视； 6 / 12 现代脑科学的研究表明，大脑分为左、右两个半球，通过脑桥的大量神经纤维连接起来。人脑的左半球主要是抽象思维、象征性关系和对象细节的逻辑分析，它的功能是以分析为主的逻辑思维，具有理性认识的功能。人脑的右半球与知觉和空间有关，具有形象、直观、整体思维的作用。回顾我们传统的物理教学，开始只是重视知识的传授，重视课本上的理论知识；后来，我国的物理教育开 始重视能力的培养，但主要是逻辑思维能力的培养。直至今日在物理教学中的智力开发，还是着重于大脑左半球，即以逻辑思维、聚合思维的智力开发为重点，而对发展创新思维至关重要的右半球的机能开发还远远不够。 例如在学习物理过程中，常有一些思维活跃而跳跃的学生喜欢应用直觉思维进行猜测，有时喜欢 “ 跟着感觉走 ” 。其实，直觉猜测是直觉思维的一种重要形式，牛顿曾经这样说过： “ 没有大胆的猜想，就作不出伟大的发现。 ” 但是，这样的学生往往得不到物理教师的认同；甚至有些时候还会把这些学生和 “ 偷懒 ” 联系起来。我们物理教师在更多的时候注重的是知识的系统性和逻辑推理的严密性，所以往往不喜欢这种思维跳跃的学生，而偏爱循规蹈矩一步一步向前的学生。 可见，直觉思维在学习物理过程中还远远没有得到师生双方的重视。要在物理教学中培养与训练学生的物理创造思7 / 12 维，就绝不能忽视开发右半球的直观思维、直觉整体思维。应该把两个脑半球的作用统一起来，在传统的重视物理逻辑思维培养的同时，也着意发展学生的直觉思维能力。 （二）对学生学习物理过程中创新思维的理解： 学习物理过程中的创新思维： 尽管学生学习物理知识的过程和物理学家研究物理问题的过程是相似的，但我们不可能也没有必要要求每一位学生在学习的阶段就作出类似狭义相对论和量子力学这样的伟大创造和发现。著名教育家刘佛年先生曾提出： “ 学生只要在学习过程中，有点新思想、新意思、新观念、新设计、新意图、新做法、新方法等，都可称得上创造。 ” 确实，对学生而言，在学习物理过程中的创新思维也只能是 “ 初级阶段 ” 的，是一种 “ 虚拟创新 ” ，即对学生本人来说是前所未有的，是创新的过程，但不一定涉及社会和科学价值的创造思维。如学生通过学习形成某一概念，建立某一物理规律，或在解决实际物理问题中，运用了某种新的方法等都可以称为创新。如果我们能够这样去理解，那么，培养与训练学生的创新思维能力就再也不是一句口号，也不是一个高不可攀的凭空设想，而是完全能够在物理教学中扎扎实实、认认真真做好的。 学习过程中创新思维的基本过程和直觉思维的关系： 8 / 12 按照前面总结的约瑟夫 沃拉斯提出的关于创新思维基本过程的四阶段理论，并参考其他科学家和创造学家对创新思维过程的分析，结合笔者的教学实践，对学生学习物理过程中创新思维基本过程的分析作了以下的 尝试： （）预备过程：指学生学习物理过程中的预习、复习、听课或练习的过程，在这一过程中，学生有意识地收集信息，挑选资料，积累有关物理概念或规律的感性材料；经过探索发现问题或确立目标，也经过了一定逻辑思维过程，但不一定能得出结果； （）酝酿过程：这一过程主要以无意识或潜意识的方式对收集到的资料进行加工和组织； （）直觉过程：经过直觉判断、直觉想象和直觉启发得出结论、构思或假说； （）验证过程：直觉过程所得的假设、结论等不通过验证，只是一种设想。只有通过了验证，才 能成为科学的真理。验证过程主要是通过逻辑推理进行理论论证或通过实验进行验证。若结果错误，则返回前述过程。若结果正确，则形成正确的物理概念，建立正确的物理理论，即得出了创新的成果。 所以，学生学习过程中，物理直觉思维也是创新思维基本过程的重要组成部分，我们只有着意直觉思维，引导学生在学习过程中把直觉思维和逻辑论证结合起来，才能更好地9 / 12 培养创新能力。 三物理直觉思维能力的培养和训练： 综上所述，物理直觉思维对学生创新思维过程起着非常重要的作用；但是，直觉思维具有突发性和飞跃性，它的 前半期是在下意识的层次中进行的，而不是人们意识到的，自觉进行的思维活动；经过潜意识（下意识）的思考之后，某些知识经验之间的沟通，往往是突然发生、瞬间完成的，正如那些思维跳跃的学生自己所讲的是 “ 灵光一闪 ” 。在教学过程中，若要抓住学生的这些 “ 一瞬间的闪光 ” ，引导他们按照创新思维的基本过程进行，就必须有具体的策略对学生的直觉思维进行培养和训练。 营造一种和谐、融洽的课堂气氛和平等的师生关系。 这是在教学过程中培养和训练学生直觉思维的最重要的一点。假如我们教师给学生的是一种 “ 无法亲近、高高在上 ” 的感觉，那么，即使学生在学习过程中得出了一些直觉判断、直觉想象或直觉猜测，他也不敢告诉我们，当然无法对学生的直觉思维进行培养和训练。笔者所任教的前几届学生中，关系一直都很融洽，不但课后师生能愉快地交谈、聊天；即使在课堂上，学生有什么想法或问题，也乐意举手。笔者也特意在每一节课前分钟安排一位学生到讲台前谈一些对学过的物理概念、规律或方法的体会，甚至发表一些对笔者教法的看法。正因如此，笔者才有幸能了解许10 / 12 多学生直觉思维产生的 “ 奇怪 ” 的想法，有时也是 “ 绝妙 ”的想法；才有机会对学生的这些直觉思维的产物进行 合理的引导、培养和训练。 在教学中，鼓励启发学生敢于和善于应用直觉思维： 这一点，可通过下列几条具体途径实施： （）多介绍物理学家运用直觉思维的实例；使学生了解，从物理学的产生与发展来看，它的每一次重大革新与发展都离不开直觉思维；使学生了解，直觉思维跟逻辑思维一样是科学研究和创新过程中的一种重要思维过程；使学生从主观上重视直觉思维。 （）树立学生的自信心，引导学生勇于运用直觉，正确对待直觉思维结论的错误；我们在教学过程中体会到，学生在直觉思维过程中产生的想法有 许多是错误的，当他多次看到自己的结论错误时，往往会失去信心，这时正确对待直觉思维结论的错误显得特别重要。伟大的物理学家法拉第曾说： “ 世人何尝知道，在那些通过科学研究工作者头脑的思想和理论当中，有多少被他自己严格的批判、非难的考察，而默默地、隐蔽地扼杀了，就是最有成就的科学家，他们得以实现的建议、希望、愿望以及初步结论，也不到十分之一。 ” 著名科学家尚且如此，何况学生呢！因此，要鼓励学生大胆应用直觉思维，允许学生在直觉思维过程中犯错误，切不可一出错误就予以训斥，压抑学生的积极性。 11 / 12 （）直觉猜测、直觉 假设都是直觉思维的形式，要鼓励学生敢于大胆发问，提出自己的见解，鼓励学生不受形式逻辑的约束而自由地进行思考，包括大胆的猜测和设想；让学生认识到，无论是科学活动还是学习活动都需要运用直觉思维的猜测与设想。著名心理学家布鲁纳也认为： “ 应该给学生一定的训练，使之认清猜想的合理性。 ” 物理学家福克曾直接地指出： “ 伟大的，以及不仅是伟大的发现，都不是按逻辑的法则发现的，而都是由猜想得来的。换句话说，大都是凭创造性的直觉得来的。 ” 例如：牛顿根据苹果落地的事实，猜想到万有引力的存在，通过严格的逻辑推理和观察实验，发现了万有 引力定律；法拉第根据电生磁的现象，提出了磁也能生电的猜想，通过大量的实验研究，终于发现了电磁感应现象等等。 在教学中引导学生理解通过直觉思维产生的猜测和假设