探究牛頓發現萬有引力的創新思維

創新思維滲透在人的各種具體思維活動中，是邏輯思維和直覺思維(非邏輯思維)的綜合應用。從微觀機制上看，創新性思維是人的主觀意識和潛意識的協同作用。直觀實驗的確可以啟發人們發現新事物，但是創新不能僅停留在這一層次，而要在此基礎上運用邏輯思維，進行科學的思考、探究和論證，否則便無法實現真正的創新。下面的故事背后隱含了邏輯思維對創新所起的關鍵作用。由它引發：重大發現的關鍵，經過一系列因果關系的思考，導致進一步的實驗檢驗，又引發更深層的思考……終于產生了新的科學成果。

1665年秋季，牛頓坐在自家院中的蘋果樹下苦思著行星繞日運動的原因。這時，一個蘋果恰巧落在牛頓的腳邊。這是一個發現的瞬間，這次蘋果下落與以往無數次蘋果下落不同，因為它引起了牛頓的注意。牛頓從蘋果落地這一現象中找到了蘋果下落的原因——萬有引力的作用。這種來自地球的無形的力拉著蘋果下落，正像地球拉著月球，使月球圍繞地球運動一樣。

牛頓的思維過程是這樣的：第一步，臨機觸發。牛頓在蘋果樹下思考問題，一個蘋果突然落到他的腳邊。這件事引起了他極大的興趣。如果是別人，很可能不在意，但牛頓是一個長期思考物理問題、對物體的運動特別感興趣的人，他當然不會放過這種現象。直覺讓他認為這種現象值得研究。而牛頓能夠產生這樣的直覺則是他長期積累經驗的結果，這是直覺思維。

第二步，起疑。牛頓看著落地的蘋果，產生了疑問：蘋果為什么不向天上飛，不向兩邊跑，而偏偏往地上掉呢?為什么所有往上拋的物體都會掉到地面呢?這就是邏輯思維。牛頓能夠把思路向上下左右展開，也同時運用了發散思維。

第三步，擴大思考范圍，把現象擴展到極端。他的思路繼續擴大：蘋果能從幾米高的樹上掉下來，那么樹再高它也會掉下來，如果樹高到碰到月亮，那月亮就可以看作大蘋果。這里既有邏輯思維，也有發散思維和聯想思維。

第四步，順推出新疑問，再起疑問。把月亮看作大蘋果，它也會受到地球的吸引力。這又產生了新的問題：既然地球吸引月亮，它為什么不落向地球呢?這里主要運用的是邏輯思維。

第五步，以聯想、類比來尋求新解的思路。他聯想到小時候玩游戲，小伙伴用繩子拴著石頭，手臂用力可以掄回來，石頭不會飛出去。當手松開或者繩子斷了，石頭就飛得很遠。石頭在被掄起來旋轉的時候為什么不掉下來呢?通過聯想和類比，兼用邏輯思維：石頭不掉下來必然有其原因。

第六步，得出結論。石頭旋轉不掉下來一定與快速轉動有關。可以推想到，這里有兩個互相對抗的力：一個是往外飛的力，一個是往內拉的力。向外的力，必定是由于物體沿切線方向的運動速度產生的。這樣再聯想，天體運動的規律就找到了。如果把月亮看成石頭，地球就是拉住繩子的手，而地球對月亮的引力，就是無形的繩子。月亮沿圓周軌道繞地球旋轉，使它不會落下來；地球對月亮的引力使它只能沿軌道旋轉，不會脫離地球遠去。這里主要運用邏輯思維，也有聯想思維。

第七步，用歸納推理，發現規律。牛頓進一步總結歸納：地球對月亮是如此，各個行星圍繞太陽旋轉，也一定是因為太陽對它們有引力的緣故。再推論到：宇宙間的一切物體，都存在著相互吸引的作用力。于是把這種引力取名為“萬有引力”。這里實際上運用的是科學歸納推理。

第八步，計算、論證，把理論運用到物質世界。牛頓沒有就此止步，而是進一步進行具體計算和嚴格的證明，得出了萬有引力定律：兩個物體間萬有引力的方向在兩個物體中心的連線上，大小與兩個物體質量的乘積成正比，與它們間距離的平方成反比。在此運用了邏輯思維，特別是數理邏輯，把規律用公式來表達。

第九步，著書立說，完善理論。他寫完論文后，并沒有急于發表。直到1687年，已經45歲的牛頓才在朋友的鼓勵下，整理出版了《自然科學的數學原理》這部科學巨著。

由此可見，一個創造力很強的人都有極強的個性，獨到的見解，有敏銳的直覺和豐富想象力。在中學物理教學中，要重視培養和愛護學生的直覺思維，而直覺的產生則依賴于理性的邏輯思維訓練。我認為下面的幾個問題應該引起我們足夠地重視：

1、教學中教師創設問題時應有一定的模糊性，給學生一個探索、猜想、發揮的機會，并以此來激發學生的信心和斗志，告訴他們不要怕錯誤，我們更注重的是答案背后的思維能力。注意提高教學的形象性、直觀性，以此鍛煉和激發學生的直覺思維能力。

2、猜想是有根據的。你的知識儲備越豐富。你的邏輯思維能力越強，猜對的幾率就越大。沒有苦思冥想，也不會有靈機一動。

3、以邏輯思維促直覺思維。分析完問題后，要多給學生一些解題后的再思考時間，鼓勵強化學生的直覺意識。引導他們在自我分析、查缺補漏的同時，得到更加理性的認識。經過感性、理性再感性的輪回，把邏輯變成一種潛在的東西，讓直覺思維成為邏輯思維的升華。

4、培養學生的直覺思維，要重視學生獨立思考意識的培養，創新性的直覺思維既要依賴于頭腦中原有的知識和經驗，又要敢于質疑，善于打破習慣思維定勢的束縛，要善于發現和捕捉事物現象的“弦外之音”，這就是使我們有所發現、有所突破、有所創造的前提。

5、方法是影響思維效率和質量的重要因素：猜想時要善于多角度分析；善于聯想和對比；善于把復雜的問題簡約化、抽象的問題形象化，去建構一些相關模型；善于進行求同思維、求異思維和邏輯思維。

總之，培養學生的創造性思維能力，要注重直覺思維和邏輯思維并重，以邏輯思維育直覺思維，以直覺思維促邏輯思維。一件事，只要有新穎性，就屬于創新。在他人成果的基礎上，通過更嚴格的實驗或更精確的計算，修正了數據，豐富了內容，確定了應用范圍，同樣也屬于創新。