高一物理講堂：物理解題中“直覺(jué)思維”的妙用

　　一、直覺(jué)思維概述

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

　　直覺(jué)在科學(xué)發(fā)現中具有極為重要的作用，普朗克說(shuō)。“每一種假說(shuō)都是想象力發(fā)揮作用的產(chǎn)物，而想象力又是通過(guò)直覺(jué)發(fā)揮作用的。”例如，安培從電流磁效應現象直覺(jué)到磁的成因應是電流，提出了分子電流的假說(shuō)，揭示了磁現象的電本質(zhì);法拉第由電能產(chǎn)生磁的現象，根據審美直覺(jué)，提出了磁也能產(chǎn)生電的假說(shuō)，然后通過(guò)大量的實(shí)驗，發(fā)現了電磁感應現象;德布羅意根據作為波動(dòng)的光具有位移性的事實(shí)，在審美直覺(jué)的驅動(dòng)下，大膽地提出了實(shí)物粒子也應當具有波動(dòng)性的科學(xué)假說(shuō)，從而建立了物質(zhì)波的重要概念;愛(ài)因斯坦更是一個(gè)具有極強直覺(jué)能力的科學(xué)大師，他在26 歲和37歲時(shí)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上通過(guò)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(jué)和靈感。對于直覺(jué)，愛(ài)因斯坦可謂推崇至極，他說(shuō)：“真正可貴的因素是直覺(jué)。”“我相信直覺(jué)和靈感。”他還說(shuō)：“物理學(xué)家的最高使命是要對得到那些普遍的基礎定律，……要通向這些定律，并沒(méi)有邏輯的道路，只有通過(guò)那種以對經(jīng)驗的共鳴的理解為依據的直覺(jué)，才能得到這些定律。”美國著(zhù)名科學(xué)史家庫恩在論述科學(xué)革命結構時(shí)談到，從舊規范到新規范的變化離不開(kāi)直覺(jué)。新規范是經(jīng)過(guò)“直覺(jué)的閃光”出現的。這種直覺(jué)在“深深的危機中的一個(gè)人的思想中突然出現。”從上述論述中，我們可以概括出直覺(jué)思維的幾個(gè)基本特點(diǎn)。

　　(一)非邏輯性

　　非邏輯性是直覺(jué)思維的本質(zhì)特征。首先，直覺(jué)思維的形式并不是概念和嚴謹的邏輯推理，而是聯(lián)想、猜測和洞察力;其次，直覺(jué)思維并不按部就班地遵循邏輯規則，首尾銜接地進(jìn)行，而往往突破邏輯規則的束縛，跳躍地進(jìn)行。

　　(二)突發(fā)性

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

　　(三)整體性

　　直覺(jué)往往是從事物整體入手，對問(wèn)題從總體上加以把握，它是對問(wèn)題總體概略的反映，而對思維過(guò)程的細節并不十分清晰。它從問(wèn)題的已知的信息入手，直接觸及到問(wèn)題的目標或問(wèn)題的要害。無(wú)論是對問(wèn)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(jìn)行的。

　　(四)或然性

　　直覺(jué)思維通常來(lái)源于對問(wèn)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(jué)思維的成果往往只是一種猜測，不一定能保證正確無(wú)誤，其正確性有待于進(jìn)一步的檢驗和證明。

　　二、直覺(jué)思維與物理解題

　　物理解題，尤其是求解探索性的物理問(wèn)題是一個(gè)創(chuàng )造性的智力活動(dòng)，在進(jìn)行過(guò)程中，直覺(jué)思維總是起著(zhù)重要的作用。在解題中解題者不存在有無(wú)直覺(jué)思維參與的差別，只有直覺(jué)思維參與的數量多少與質(zhì)量高低的差別。

　　物理問(wèn)題的解決可分為三個(gè)思維層次，即：1.戰略性解決層次這個(gè)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(wèn)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.戰術(shù)性解決層次即從具體確定與問(wèn)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.戰果性解決層次即具體地解決問(wèn)題，并獲得問(wèn)題的答案。

　　在問(wèn)題的戰略性解決層次，解題者只是概略地“解決”問(wèn)題，他也許只是閃現出一個(gè)念頭、一條思路、一個(gè)猜想、一種嘗試的方案等，而不是真正地解決了問(wèn)題。這“念頭”、“思路”、“猜想”，“方案”主要是根據物理規律，經(jīng)過(guò)分析而得出的。

　　因為任何探索性問(wèn)題的解決一般都要經(jīng)過(guò)以上三個(gè)層次，所以，從這個(gè)意義上說(shuō)，任何探索性問(wèn)題的解決都多少有直覺(jué)思維的參與。

　　在物理解題中，直覺(jué)思維所起的作用主要有兩點(diǎn)。

　　(一)啟動(dòng)作用

　　對問(wèn)題的直覺(jué)判斷，對問(wèn)題結果及中間狀態(tài)的猜測，能夠給解題活動(dòng)以動(dòng)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(jué)思維來(lái)啟動(dòng)。如：

　　例2　質(zhì)量為M的小車(chē)靜止在光滑的水平面上，現有一質(zhì)量為m的物塊靜止開(kāi)始從A點(diǎn)出發(fā)，沿小車(chē)的光滑孤面下滑到B點(diǎn)，然后再沿粗糙的水平面BC滑到C點(diǎn)而為止，若BC面的摩擦系數為u，求BC的長(cháng)度。

　　對本題，有學(xué)生采用如下的解法：

　　以系統為研究對象，由動(dòng)量守恒定律可知m到C點(diǎn)時(shí)，系統處于靜止狀態(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(jiǎn)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和整體過(guò)程作為研究對象，運用兩個(gè)守恒定律單刀直入，獲得結果，而不選擇別的(更為繁復的)解法呢?這是由學(xué)生優(yōu)良的直覺(jué)品質(zhì)所決定的，這種直覺(jué)來(lái)源于他們已有的經(jīng)驗儲備和對問(wèn)題整體的深刻的洞察力。正是這種直覺(jué)，才使他們的解題活動(dòng)得到有效的啟動(dòng)。

　　(二)導向作用

　　問(wèn)題的解決通常需要經(jīng)歷先定性后定量?jì)蓚�(gè)階段，定性分析可以為定量分析提供導向作用。如果定性的分析與直覺(jué)思維相聯(lián)系，分析的過(guò)程往往跳躍式地進(jìn)行，分析的結果往往表現為一種“猜測”，并不“十分”令人使用，有待于進(jìn)一步的邏輯證明和檢驗。如：

　　例3有兩個(gè)金用小球，固定在兩個(gè)位置上，現給兩個(gè)小球提供的總電量為Q。問(wèn)兩個(gè)小球的電量如何分配時(shí)兩球間的庫侖力最大?

　　定性分析：當只有一只小球帶電時(shí)，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(shí)庫侖力最大。

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

　　三、審美情感與直覺(jué)思維

　　一般認為，直覺(jué)往往是受思維主體的審美情感所支配的。愛(ài)因斯坦認為理論前提的簡(jiǎn)單性應當是評價(jià)理論價(jià)值的重要標準。數學(xué)家阿達瑪認為，科學(xué)美感這種特殊的美感，是我們必須信任的向導。英國著(zhù)名病理學(xué)家貝弗里奇也認為，有相當部分的科學(xué)思維并無(wú)足夠可*的知識作為有效推理的依據，而勢必只能憑借鑒賞力的作用來(lái)作出判斷�？梢哉f(shuō)，由美感產(chǎn)生的直覺(jué)是最高層次的直覺(jué)。

　　科學(xué)獎的表現形式是簡(jiǎn)單性、和諧性、對稱(chēng)性和奇異性。對學(xué)生來(lái)說(shuō)，科學(xué)美的因素對他們思維活動(dòng)的影響是潛在的、不被覺(jué)察的，但這種審美情感卻是驅動(dòng)學(xué)生直覺(jué)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(kāi)始釋放，當下落到地面時(shí)被地面彈起作返回運動(dòng)，然后再往下掉，如此反復進(jìn)行。若空氣阻力為重力的1/5，小球與地面碰撞時(shí)動(dòng)能沒(méi)有損失。試求小球從開(kāi)始下落到最后靜止在地面所通過(guò)的路程。

　　本題中，小球下降和上升的運動(dòng)性質(zhì)不同，所經(jīng)歷的過(guò)程是由無(wú)限多個(gè)上升和下降的階段構成的。對此，有的學(xué)生能排除復雜過(guò)程諸多細節的糾纏，高屋建瓴，總邀全局，選擇全過(guò)程為一整體來(lái)加以考察，利用動(dòng)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(guò)程分解為無(wú)限多階段，然后分階段考察，原因在于他們直覺(jué)到那樣做將十分繁復。對簡(jiǎn)單性的追求驅使他們選擇了一條邁向問(wèn)題目標的簡(jiǎn)捷的路徑。

　　四、如何法并學(xué)生的直寬思維能力

　　直覺(jué)是一種富有意義的思維方式，但不同的人，直覺(jué)思維的習慣和品質(zhì)存在著(zhù)很大的差異。對同一個(gè)事物或同一個(gè)問(wèn)題，不同的人可能會(huì )作出完全不同的直覺(jué)判斷。那么，在物理教學(xué)中，我們究竟應當怎樣培養學(xué)生直覺(jué)思維能力呢?

　　(一)重視經(jīng)驗的積累和對知識的徹悟

　　直覺(jué)是主體先前積累和儲備的經(jīng)驗、知識與當前問(wèn)題相碰撞而進(jìn)發(fā)出的思維火花，雖然有時(shí)我們說(shuō)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)驗知識的數量和質(zhì)量實(shí)實(shí)在在是產(chǎn)生直覺(jué)思維的基礎。布洛赫說(shuō)：“我認為直覺(jué)和經(jīng)驗二者是密切相關(guān)的，所謂直覺(jué)，是把那些你已經(jīng)了解得很充分的事物的認識拼起來(lái)形成一個(gè)完整的認識。”西蒙說(shuō)：直覺(jué)是“利用了已有的知識認識了當前的情景。”一般說(shuō)來(lái)，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(wèn)題產(chǎn)生直覺(jué)。專(zhuān)家對本專(zhuān)業(yè)的問(wèn)題比之新手具有強得多的直黨能力，就是這個(gè)道理。離開(kāi)了已有的經(jīng)驗、知識，直覺(jué)便會(huì )成為無(wú)源之水，無(wú)本之木。

　　另一方面，直覺(jué)離不開(kāi)對面臨問(wèn)題的感知，它是對問(wèn)題信息迅速加工的產(chǎn)物。但是，主體能從問(wèn)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(chēng)為“內在模式”。布魯納認為：“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(jué)，甚至決定我們有多少知覺(jué)……知覺(jué)是我們把假設加在收到的信息上的結果，而產(chǎn)生這些假設的內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(jiàn)，直覺(jué)與人的記憶信息密切相關(guān)，無(wú)論是哪種直覺(jué)形式，無(wú)論是什么內容的直覺(jué)，它的心理素材都來(lái)源于通過(guò)主體在先前學(xué)習中獲得的儲存在記憶中的信息。記憶的檢索功能在直覺(jué)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，應當重視“雙基”的教學(xué)，要使學(xué)生對物理概念和規律及典型問(wèn)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(lái)磁通量的變化”，教學(xué)時(shí)，應當通過(guò)具體實(shí)例，使學(xué)生了解定律的各種不同表述，如“阻礙相對運動(dòng)”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(wèn)題時(shí)，能夠迅速作出反應，產(chǎn)生直覺(jué)。

　　(二)完善認知結構，培養組塊思維

　　物理直覺(jué)是主體將物理知識組塊與當前問(wèn)題相互作用的產(chǎn)物。知識組塊是知識數量的單位。它可以是一個(gè)知識單元，或是一個(gè)問(wèn)題類(lèi)型或問(wèn)題模式。組塊是知識和經(jīng)驗的濃縮，它作為一個(gè)整體被儲存、提取和應用。組塊思維是直覺(jué)思維整體性的邏輯基礎，人們在解決問(wèn)題產(chǎn)生直覺(jué)時(shí)，為什么常常感到有些思維加工的過(guò)程十分簡(jiǎn)略，其中許多細節沒(méi)有明確地被意識到，原因就在于主體的直覺(jué)思維是一種組塊式的思維。

　　因此，在物理教學(xué)中，應當重視基本問(wèn)題的教學(xué)，要使學(xué)生熟悉基本問(wèn)題的情境、解法和結論。注意經(jīng)常對知識進(jìn)行比較和歸類(lèi)，使之形成完善的結構;注意新舊問(wèn)題的比較和溝通，善于將新問(wèn)題轉化為舊問(wèn)題，將舊問(wèn)題的結論用于新問(wèn)題。在解決問(wèn)題時(shí)，要重視問(wèn)題從宏觀(guān)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(wèn)題加以把握。

　　(三)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(jué)思維的翅膀。問(wèn)題解法的猜測可以啟動(dòng)解題的思維，問(wèn)題結論的猜測可以為解題導向，所以猜測是直覺(jué)思維的重要武器。因此，在物理教學(xué)中，應當積極鼓勵學(xué)生針對面臨問(wèn)題，開(kāi)闊思路，廣泛聯(lián)想，以已有的經(jīng)驗知識及感知到的問(wèn)題信息為依據，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謹性，又要重視思維的探索性和發(fā)現性，重視直覺(jué)猜測的必要性和合理性。注意直覺(jué)思維與邏輯思維的有機結合和協(xié)調統一。