直覺思維與物理解題

一、直覺思維概述

　　什么叫做直覺？這是一個使人感到神秘的問題，也是一個眾說紛壇的問題。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森認(rèn)為：“直覺是一種人們沒有意識到的對信息的加工活動，是在潛意識中醞釀問題然后與顯意識突然溝通，于是一下子得到了問題的答案。”美國教育家布魯納說：“直覺是指沒有明顯地依*個人技巧的分析器官掌握問題或借境的意義、重要性或結(jié)構(gòu)的行為。”英國著名病理學(xué)家見弗里奇認(rèn)為：“直覺是指對情況的一種突如其來的頓悟或理解。”美國現(xiàn)代著名認(rèn)知心理學(xué)家H·A·西蒙說：“直覺實際上是一種再認(rèn)。”他把“專家遇到問題時可以很快地分析情景并做出反應(yīng)的能力”稱為“專家的直覺”。以上各種論述都從不同的角度闡述了直覺思維的意義，各種論述的差異表明，直覺是人們尚未完全達(dá)成共識的思維形式，它有待于我們作進一步的深入研究。但各種論述也都包含了一個共同的思想，即直覺思維是一種客觀存在的思維形式，它具體表現(xiàn)為思維主體在解決問題時，運用已有的經(jīng)驗和知識，對問題從總體上直接加以認(rèn)識和把握，以一種高度省略、簡化、濃縮的方式洞察問題的實質(zhì)，并迅速解決問題或?qū)�問題作出某種猜測。

　　直覺在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中具有極為重要的作用，普朗克說。“每一種假說都是想象力發(fā)揮作用的產(chǎn)物，而想象力又是通過直覺發(fā)揮作用的。”例如，安培從電流磁效應(yīng)現(xiàn)象直覺到磁的成因應(yīng)是電流，提出了分子電流的假說，揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)；法拉第由電能產(chǎn)生磁的現(xiàn)象，根據(jù)審美直覺，提出了磁也能產(chǎn)生電的假說，然后通過大量的實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；德布羅意根據(jù)作為波動的光具有位移性的事實，在審美直覺的驅(qū)動下，大膽地提出了實物粒子也應(yīng)當(dāng)具有波動性的科學(xué)假說，從而建立了物質(zhì)波的重要概念；愛因斯坦更是一個具有極強直覺能力的科學(xué)大師，他在26歲和37歲時分別創(chuàng)立的狹義相對論和廣義相對論，并不是在已有的理論體系基礎(chǔ)上通過邏輯推理產(chǎn)生的，而是在很大程度上*他自己的豐富的想象力、直覺和靈感。對于直覺，愛因斯坦可謂推崇至極，他說：“真正可貴的因素是直覺。”“我相信直覺和靈感。”他還說：“物理學(xué)家的最高使命是要對得到那些普遍的基礎(chǔ)定律，……要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經(jīng)驗的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律。”美國著名科學(xué)史家?guī)於髟谡撌隹茖W(xué)革命結(jié)構(gòu)時談到，從舊規(guī)范到新規(guī)范的變化離不開直覺。新規(guī)范是經(jīng)過“直覺的閃光”出現(xiàn)的。這種直覺在“深深的危機中的一個人的思想中突然出現(xiàn)。”從上述論述中，我們可以概括出直覺思維的幾個基本特點。

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　　非邏輯性是直覺思維的本質(zhì)特征。首先，直覺思維的形式并不是概念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评�，而是�?lián)想、猜測和洞察力；其次，直覺思維并不按部就班地遵循邏輯規(guī)則，首尾銜接地進行，而往往突破邏輯規(guī)則的束縛，跳躍地進行。

　�。ǘ�）突發(fā)性

　　直覺思維是一種十分簡略的思維形式，是人的思維過程的高度濃縮，其產(chǎn)物往往突如其來，思維的過程難以被主體以“慢鏡頭”重現(xiàn)。正如前蘇聯(lián)生理學(xué)家巴甫洛夫所說的“我正確地理解并回答了結(jié)果，但是所有早些的思維途徑本身全忘記了。這就是為什么說這是直覺的原故。我發(fā)覺所有直覺都需要這樣來理解：人明白了最終的東西，但是人所經(jīng)過的準(zhǔn)備過的全部過程，則不可能被作為某個因素而考慮。”

　�。ㄈ�）整體性

　　直覺往往是從事物整體入手，對問題從總體上加以把握，它是對問題總體概略的反映，而對思維過程的細(xì)節(jié)并不十分清晰。它從問題的已知的信息入手，直接觸及到問題的目標(biāo)或問題的要害。無論是對問題信息的感知，還是對經(jīng)驗知識的提取、通常都是“塊式”地進行的。

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　　直覺思維通常來源于對問題的直感，它要受到思維主體原有經(jīng)驗知識、審美情感、態(tài)度傾向等諸多因素的影響，但卻缺乏邏輯上的支持。直覺思維的成果往往只是一種猜測，不一定能保證正確無誤，其正確性有待于進一步的檢驗和證明。

                二、直覺思維與物理解題

　　物理解題，尤其是求解探索性的物理問題是一個創(chuàng)造性的智力活動，在進行過程中，直覺思維總是起著重要的作用。在解題中解題者不存在有無直覺思維參與的差別，只有直覺思維參與的數(shù)量多少與質(zhì)量高低的差別。

　　物理問題的解決可分為三個思維層次，即：1．戰(zhàn)略性解決層次這個層次主要是為解題確定方向或制定策略，以及對解題作出總的提示。這種對問題的解決只是一種抽象意義的解決（或猜測性的解決），而不是具體意義的解決。

　　2．戰(zhàn)術(shù)性解決層次即從具體確定與問題相關(guān)的各事物之間的關(guān)系，列出有關(guān)方程，作出有關(guān)圖形等。

　　3．戰(zhàn)果性解決層次即具體地解決問題，并獲得問題的答案。

　　在問題的戰(zhàn)略性解決層次，解題者只是概略地“解決”問題，他也許只是閃現(xiàn)出一個念頭、一條思路、一個猜想、一種嘗試的方案等，而不是真正地解決了問題。這“念頭”、“思路”、“猜想”，“方案”主要是根據(jù)物理規(guī)律，經(jīng)過分析而得出的。

　　因為任何探索性問題的解決一般都要經(jīng)過以上三個層次，所以，從這個意義上說，任何探索性問題的解決都多少有直覺思維的參與。

　　在物理解題中，直覺思維所起的作用主要有兩點。

　�。ㄒ唬﹩�動作用

　　對問題的直覺判斷，對問題結(jié)果及中間狀態(tài)的猜測，能夠給解題活動以動力。解題的思維主要是邏輯的，但是邏輯思維需要用非邏輯的直覺思維來啟動。如：
　　　　　
　　例2　質(zhì)量為M的小車靜止在光滑的水平面上，現(xiàn)有一質(zhì)量為m的物塊靜止開始從A點出發(fā)，沿小車的光滑孤面下滑到B點，然后再沿粗糙的水平面BC滑到C點而為止，若BC面的摩擦系數(shù)為u，求BC的長度。

　　對本題，有學(xué)生采用如下的解法：

　　以系統(tǒng)為研究對象，由動量守恒定律可知m到C點時，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，由能量守恒定律可列出mgh＝mguBC所以BC＝h／u

　　這是一種十分簡便的解法，但它并不是唯一的解法。學(xué)生為什么選擇整體系統(tǒng)和整體過程作為研究對象，運用兩個守恒定律單刀直入，獲得結(jié)果，而不選擇別的（更為繁復(fù)的）解法呢？這是由學(xué)生優(yōu)良的直覺品質(zhì)所決定的，這種直覺來源于他們已有的經(jīng)驗儲備和對問題整體的深刻的洞察力。正是這種直覺，才使他們的解題活動得到有效的啟動。

　�。ǘ�）導(dǎo)向作用

　　問題的解決通常需要經(jīng)歷先定性后定量兩個階段，定性分析可以為定量分析提供導(dǎo)向作用。如果定性的分析與直覺思維相聯(lián)系，分析的過程往往跳躍式地進行，分析的結(jié)果往往表現(xiàn)為一種“猜測”，并不“十分”令人使用，有待于進一步的邏輯證明和檢驗。如：

　　例3有兩個金用小球，固定在兩個位置上，現(xiàn)給兩個小球提供的總電量為Q。問兩個小球的電量如何分配時兩球間的庫侖力最大？

　　定性分析：當(dāng)只有一只小球帶電時，兩球帶電量差異最大，庫侖力為零。由此可推測，兩球帶電量相等，即兩球帶電量差異最小時庫侖力最大。

　　前提“兩球帶電量差異最大，庫侖力為零”與結(jié)論“兩球帶電量差異最小時庫侖力最大之間并不存在邏輯的必然。但這種直覺是十分可貴的，它為問題的結(jié)果提供了有益的“猜測”。這種猜測是問題解決的“先遣兵“，它能為嚴(yán)格的運輯運算起到積極的先導(dǎo)作用，使一個求解題變成了求證題。

                三、審美情感與直覺思維

　　一般認(rèn)為，直覺往往是受思維主體的審美情感所支配的。愛因斯坦認(rèn)為理論前提的簡單性應(yīng)當(dāng)是評價理論價值的重要標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)學(xué)家阿達(dá)瑪認(rèn)為，科學(xué)美感這種特殊的美感，是我們必須信任的向?qū)�。英國著名病理學(xué)家貝弗里奇也認(rèn)為，有相當(dāng)部分的科學(xué)思維并無足夠可*的知識作為有效推理的依據(jù)，而勢必只能憑借鑒賞力的作用來作出判斷�？梢哉f，由美感產(chǎn)生的直覺是最高層次的直覺。

　　科學(xué)獎的表現(xiàn)形式是簡單性、和諧性、對稱性和奇異性。對學(xué)生來說，科學(xué)美的因素對他們思維活動的影響是潛在的、不被覺察的，但這種審美情感卻是驅(qū)動學(xué)生直覺思維的一股強大的力量，如：

　　　例5有一小球從高為h處由靜止開始釋放，當(dāng)下落到地面時被地面彈起作返回運動，然后再往下掉，如此反復(fù)進行。若空氣阻力為重力的1／5，小球與地面碰撞時動能沒有損失。試求小球從開始下落到最后靜止在地面所通過的路程。

　　本題中，小球下降和上升的運動性質(zhì)不同，所經(jīng)歷的過程是由無限多個上升和下降的階段構(gòu)成的。對此，有的學(xué)生能排除復(fù)雜過程諸多細(xì)節(jié)的糾纏，高屋建瓴，總邀全局，選擇全過程為一整體來加以考察，利用動能定理，建立方程mgh-fs＝0解得s=mgh/f=5h.學(xué)生為什么不將過程分解為無限多階段，然后分階段考察，原因在于他們直覺到那樣做將十分繁復(fù)。對簡單性的追求驅(qū)使他們選擇了一條邁向問題目標(biāo)的簡捷的路徑。

                四、如何法并學(xué)生的直寬思維能力

　　直覺是一種富有意義的思維方式，但不同的人，直覺思維的習(xí)慣和品質(zhì)存在著很大的差異。對同一個事物或同一個問題，不同的人可能會作出完全不同的直覺判斷。那么，在物理教學(xué)中，我們究竟應(yīng)當(dāng)怎樣培養(yǎng)學(xué)生直覺思維能力呢？

　�。ㄒ唬┲匾暯�(jīng)驗的積累和對知識的徹悟

　　直覺是主體先前積累和儲備的經(jīng)驗、知識與當(dāng)前問題相碰撞而進發(fā)出的思維火花，雖然有時我們說不清究竟是哪些經(jīng)驗、知識在起作用，但是，主體已有的經(jīng)驗知識的數(shù)量和質(zhì)量實實在在是產(chǎn)生直覺思維的基礎(chǔ)。布洛赫說：“我認(rèn)為直覺和經(jīng)驗二者是密切相關(guān)的，所謂直覺，是把那些你已經(jīng)了解得很充分的事物的認(rèn)識拼起來形成一個完整的認(rèn)識。”西蒙說：直覺是“利用了已有的知識認(rèn)識了當(dāng)前的情景。”一般說來，對某一領(lǐng)域中的經(jīng)驗越豐富，對該領(lǐng)域的知識理解得越透徹，就越容易對該領(lǐng)域中的問題產(chǎn)生直覺。專家對本專業(yè)的問題比之新手具有強得多的直黨能力，就是這個道理。離開了已有的經(jīng)驗、知識，直覺便會成為無源之水，無本之木。

　　另一方面，直覺離不開對面臨問題的感知，它是對問題信息迅速加工的產(chǎn)物。但是，主體能從問題中感知到什么信息是與他已有的“潛意識知識”直接相關(guān)的。布魯納將這種潛意識知識稱為“內(nèi)在模式”。布魯納認(rèn)為：“人的思想上有這樣的一些理論和模式，它們可在一定程度上決定我們有什么知覺，甚至決定我們有多少知覺……知覺是我們把假設(shè)加在收到的信息上的結(jié)果，而產(chǎn)生這些假設(shè)的內(nèi)在模式是一種省勞力的手段，使我們避免逐項處理感性信息這樣的繁雜工作。”由此可見，直覺與人的記憶信息密切相關(guān)，無論是哪種直覺形式，無論是什么內(nèi)容的直覺，它的心理素材都來源于通過主體在先前學(xué)習(xí)中獲得的儲存在記憶中的信息。記憶的檢索功能在直覺產(chǎn)生的心理機制中占有極其重要的地位。

　　因此，在物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)重視“雙基”的教學(xué)，要使學(xué)生對物理概念和規(guī)律及典型問題有盡可能具體、透徹的理解。例如，對楞次定律，課本中給出的敘述其基本思想是“阻礙原來磁通量的變化”，教學(xué)時，應(yīng)當(dāng)通過具體實例，使學(xué)生了解定律的各種不同表述，如“阻礙相對運動”和“阻礙原電流的變化”等等，這樣，學(xué)生才容易在碰到各種相關(guān)問題時，能夠迅速作出反應(yīng)，產(chǎn)生直覺。

　�。ǘ�）完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)組塊思維

　　物理直覺是主體將物理知識組塊與當(dāng)前問題相互作用的產(chǎn)物。知識組塊是知識數(shù)量的單位。它可以是一個知識單元，或是一個問題類型或問題模式。組塊是知識和經(jīng)驗的濃縮，它作為一個整體被儲存、提取和應(yīng)用。組塊思維是直覺思維整體性的邏輯基礎(chǔ)，人們在解決問題產(chǎn)生直覺時，為什么常常感到有些思維加工的過程十分簡略，其中許多細(xì)節(jié)沒有明確地被意識到，原因就在于主體的直覺思維是一種組塊式的思維。

　　因此，在物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)重視基本問題的教學(xué)，要使學(xué)生熟悉基本問題的情境、解法和結(jié)論。注意經(jīng)常對知識進行比較和歸類，使之形成完善的結(jié)構(gòu)；注意新舊問題的比較和溝通，善于將新問題轉(zhuǎn)化為舊問題，將舊問題的結(jié)論用于新問題。在解決問題時，要重視問題從宏觀上作整體的考察，重視定性分析，以期在總體和本質(zhì)上對問題加以把握。

　�。ㄈ�）鼓勵學(xué)生廣泛聯(lián)想，大膽猜測

　　聯(lián)想是不受邏輯約束的思維方法，它具有極大的跳躍性和自由性，可以極為迅速地將不同事物建立起聯(lián)系。所以，聯(lián)想是直覺思維的翅膀。問題解法的猜測可以啟動解題的思維，問題結(jié)論的猜測可以為解題導(dǎo)向，所以猜測是直覺思維的重要武器。因此，在物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)積極鼓勵學(xué)生針對面臨問題，開闊思路，廣泛聯(lián)想，以已有的經(jīng)驗知識及感知到的問題信息為依據(jù)，由研究對象的部分信息推測它所具有的全部信息。既要重視思維的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性，又要重視思維的探索性和發(fā)現(xiàn)性，重視直覺猜測的必要性和合理性。注意直覺思維與邏輯思維的有機結(jié)合和協(xié)調(diào)統(tǒng)一。