提高學生創造能力的幾種教學方法

吳宗漢

(東南大學物理系,江蘇南京 210096)

提高學生創造能力的幾種教學方法

吳宗漢

(東南大學物理系,江蘇南京 210096)

對于如何提高學生創新能力問題的討論,往往是從學的角度講述較多,而從教的角度上的討論、論述卻明顯不夠.其實學生創新能力的培養是需要在教師與學生共同努力下,即教與學的兩方面同時并舉才能更有效果的,為此,本文從教學方法上入手,介紹悖論(Paradox)教學法等五種教學方法及相關內容.

就“如何提高自己的創新能力”的問題,作者曾給大學生們做過講座,但應該對如何把學生的創新能力的培養做得更好的問題,后來,自己曾多次反省,并做過進一步探究.我深感學生創新能力的培養,需要教師與學生共同努力,即教與學的兩方面同時并舉才能更有效果.為此,本文從教學方法上入手,除針對理工科專業外,并顧及人文、社科、藝術等各類專業的教學,對如何提高創新能力的問題做些闡述.

1 悖論教學法

科學中出現悖論,是一個與科學發展存著密切關系的重要問題.有人稱“悖論”是“孕育著新突破的科學迷霧”.悖論是科學發展的一種強有力的內在的邏輯力量.科學的發展歷史已經表明:事物的辯證本性和辯證聯系常常是以悖論的形式出現的.這時,思維雖不能完整地把握客觀事物的辯證矛盾,但由于悖論的出現,卻使人看到了舊的理論同客觀事物的辯證性質之間的尖銳矛盾.在這種情況下,總會出現一些科學上的革新者,他們面對矛盾,提出新的范疇、新的科學理論.而當新舊科學理論的對應關系或從屬關系被人們闡明時,悖論就轉化為一系列的辯證命題了.正因為如此,我們不應把悖論的出現看作壞事,而應把它看作是逼迫人們進行辯證思維的一種動力.只要我們掌握了辯證思維,就不必在悖論出現時驚慌失措,而應以積極的態度來對待它.如果說,理論的難題最初是以悖論的形式出現的話,那么,悖論的解決則是與科學的革命性飛躍連在一起的:悖論一旦得到解決,科學隨之得到突破性的發展.應該說創造能力的培養和科學發展的突破是與悖論分不開的.

提到“悖論”人們就想到一句有名的話,即“我說的這句話是謊話.”那么這句話到底是真話還是假話呢?這是一個令人難以講清的問題.這句話的由來是這樣的.公元前4世紀,麥加拉(Magara)學派的哲人從歐布里德 (Eubulides)對形式邏輯提出了一個“說謊者”難題,這種“難題”曾被稱為“不可解命題”,現代形式邏輯學家們則稱之為“悖論(Paradox)”,近年來有人把它叫做“奇異的循環”.歐布里德提出的這個“說謊者悖論”,已經困擾西方的形式邏輯思維長達2300多年,被西方的哲學家和邏輯學家們認為是最難以解決的一個悖論,但它卻有著最簡單的形式,“我說的這句話是謊話.”要判定這句話是真話還是謊話,用二值邏輯(以任一命題具有并只具有“真”或“假”二值之一的各種形式邏輯的統稱)的法則是不可能的.把它判作真話,則它是謊話,把它判作謊話呢,則因為它本來就說自己在說謊,講的是真實情況,就成了真話.這樣,就出現了“真-假-真”循環.而造成這循環的原因,到今沒有能使大家信服的解釋.在這個看上去像是一句蠢話的“說謊者”悖論面前,形式邏輯的根本大法——同一律、矛盾律和排中律一概無能為力了.

據說在現代二值邏輯學里有大約7種悖論,其中有一個悖論:若將正方形用對角線隔開(如圖1所示),則正方形被分成A、B兩個全等的三角形.今若假定對角線屬于A或B一方,那么另一方就失去底邊而不成其為三角形.這個矛盾用二值邏輯同樣難以解決.怎么辦呢?有人提出:認為對角線應該屬于A或B,這是斷然判定“是”或“非”的二值邏輯的思想方法.如果承認有既不是“是”又不是“非”的事物,則對角線不為A或B所專有,而為兩者所共有.

圖1

因此,如果不是只取“真”、“假”二值,而是承認有不是“是(真)”又不是“非(假)”的事物,即在“是”和“非”之外,補加上“既不是‘是’又不是‘非’”以及“既‘是’又‘非’”,上述矛盾就解決.“說謊者”悖論在內容上講是真實情況,但作為表達是假的,是一句“真的假話”.對角線或屬于A,或屬于B,既屬于A又屬于B,既不屬于A又不屬于B,可能取四重值.這就是四值邏輯了.

下面我們再舉些例子來說明悖論,首先介紹芝諾悖論.

芝諾(Zenon Eleates,約公元前490年—約公元前436年)出生于意大利南部的埃得亞城,是古希臘埃利亞學派的主要代表人物之一.他是古希臘著名哲學家巴門尼德(Parmenides)的學生.芝諾極端信奉巴門尼德關于世界上真實的東西只能是“唯一不動的存在”這個信條,否定現實世界的運動,認為運動或變動是不可能的,并斷言承認運動就會導致矛盾.芝諾以詭辯的方式闡述他這一學派的觀點,關于運動的四個悖論,其中芝諾悖論最為聞名.這四個關于運動的悖論引起了學術界極大的騷動,其余波一直至今尚未完全平息.芝諾關于運動的四個悖論是這樣的:

二分法.“運動不存在.理由是:位移事物在達到目的地之前必須先抵達一半處”.意思是:要通過AB,必先要從A出發到達C;要到達C,必先到達D;要到達D,必先要到達 E.如此進行下去,永無止境,所以得出結論:運動不可能.

圖2

阿克琉斯論證.“這個論證的意思是說:一個跑得最快的人永遠追不上一個跑得最慢的人.因為追趕的人必須首先跑到被追的人跑的出發點,因此走得慢的人必然永遠領先.”意思是說甲的速度遠大于乙,乙先行于甲,甲要超過乙,必先要趕上乙先達到的B點,當甲達到B點時,乙達到C點,當甲到達C點時,乙又進入到了D點,如此下去.結果是甲永遠趕不上乙.

圖3

飛矢不動.“飛著的箭靜止著”.飛箭在任一瞬間必靜止在一確定的位置上.所以,運動就是許多靜止的總合.

運動場問題.“跑道上有兩排物體,大小相同,數目相同,一排從終點排到中間點,另一排從中間點排到起點,它們以相同的速度做相反的運動,芝諾認為這里可以說明:一半時間和整個時間相等”.如圖4,原來的排列是:

圖4

作相反方向的運動后,變成這樣的排列:

圖5

第一個B到達最末一個L的同時第一個L也到達了最末一個B處,這時第一個L已經經過了所有的B,而第一個B只經過了A的一半.因此,一半時間和全部時間相等.通過上面的介紹,我們可以看到芝諾是想否認運動的真實性.他是企圖通過揭露矛盾來否定運動.因此,對芝諾悖論的恰當評價應該是:芝諾悖論的結論是不科學的.但芝諾悖論包含有辯證法的因素,揭露了運動的矛盾,并不自覺地預示出解決矛盾的途徑,具有深刻的潛科學意義.芝諾悖論具有辯證法因素,但并沒有揭示辯證法,芝諾不自覺地預示解決這些悖論的途徑,但他本身沒有產生出解決的辦法來.芝諾悖論以潛科學形態孕育辯證法和極限思想,現在,芝諾悖論雖早已解決,然而芝諾悖論的科學意義并不到此了結.比如,關于有限與無限,至今還是哲學界、數學界極關心的課題.深入研究古希臘深刻的科學思想,對于今天繁榮科學有著巨大的益處.

下面我們介紹伽利略的“落體悖論”,在歷史上,人們在很長的一段時間里,都相信亞里士多德所說的,重量不同的兩物體,從高處自由落下時,重的東西比輕的東西先落至地面.伽利略(Galileo Galilei,1564—1642)于1638年出版的(兩門新科學),以三人對話的形式,生動活潑地討論了物體運動和新力學問題.它不直接從實驗入手,而是首先從一個理想實驗得出的“佯謬”,對亞里士多德的落體定律提出詰難,逐步展示出他的研究的豐富內容.

如果亞里士多德所說的是對的話,假定一塊大石頭以(比如說8)的速率運動,而一塊較小的石頭以4的速率運動,那么,把二者聯系在一起,這兩塊石頭將以小于8的速率運動;但是兩塊聯系在一起的石頭當然比先前以8的速率運動的石頭要重.按照亞里士多德所說的重的東西比輕的東西速率應大,那么究竟其速率是大于8還是小于8呢?由此可見亞里士多德的論述就無法自圓其說了,這就是著名的“落體佯謬”,地地道道的一個科學“悖論”,它一下子就揭示出了亞里士多德落體理論的破綻和邏輯混亂;它同時也表明了運用理想實驗的推理法,比起永遠可以被人挑剔指責的大量真實的實驗來,會更容易、更有說服力地推翻一個包含著錯誤的理論.伽利略以嚴密的邏輯思考,從亞里士多德的運動理論中揭示出來的“落體悖論”,竟引出了如此豐碩而深刻的研究成果,為新力學的創立開辟了廣闊的道路,這的確令人驚嘆不已.這清楚地表明了“悖論”的提出和深入往往是通向新的科學創新、科學創造的路標.

從科學史的研究可知,在19世紀末20世紀初的那個世紀之交,物理學出現了令人不安的事件,1900年,著名的英國物理學家開爾文(威廉·湯姆孫)在一篇展望20世紀物理學的文章中說:“在已經基本建成的科學大廈中,后輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了”,接著他又說:“但是,在物理學晴朗天空的遠處,還有兩朵小小的令人不安的烏云.”這兩朵烏云,指的是當時物理學無法解釋的兩個實驗,一個是熱輻射實驗,另一個是邁克爾孫-莫雷實驗.開爾文真算是有眼力的了.但他可能也完全沒有想到,正是這兩朵小小的烏云,不久將發展成為物理學中一場革命的風暴.實際上這就是“紫外發散災難”和“邁克爾孫-莫雷實驗表明的光以太實驗失敗的結果”的科學悖論問題,以及愛因斯坦追光實驗的“光速悖論”等,都促使人們思考,而愛因斯坦對這個悖論做了深入的思考,并了解到光以太的實驗的失敗,通過否定“絕對運動”找到了排除悖論的道路,從而為狹義相對論的建立鋪平了道路.在狹義相對論建立后,愛因斯坦又提出廣義相對性原理和等效原理,建立了廣義相對論.在對相對論理論實質的理解中,有一個問題必須解決,這就是:既然一切運動都是相對的,任何參照系對運動的描述都是等價的,那么,是否沒有絕對的東西了呢?這個問題的解決,與“雙生子佯謬”又有著密切的關系.正是“雙生子佯謬”的解決,指明了各種參照系的不完全平權性,才使人們懂得相對論理論并沒有支持只承認相對性而否認任何絕對性的觀點.

為此,悖論教學法就是一個很好的培養創造能力的方法,它能引導學生從邏輯思維推理中找悖論;從實驗結果與既有理論間的矛盾中找悖論;從有關前提中尋找包含有直接錯誤的悖論問題等都是很好的教學方法.這樣,就能提出新問題、新思考.這就是愛因斯坦指出過的:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要,因為解決一個問題也許僅是一個數學上的或實驗上的技能而已,而提出新的問題,新的可能性,從新的角度去看舊的問題,卻需要有創造性的想象力,而且標志著科學的真正進步.”而這卻正是我們培養學生創新能力的一種好的教學方法.

2 從發現異常起步,追蹤尋跡教學法

常態科學是范型支配下的解難題活動.如果按照范型去從事工作,解決難題,這當然也可以說是一種科學發展觀.但這種發現不會產生新型的事實.例如發現填補元素周期表上空格的元素就屬這一類發現.這類發現可以說是科學知識的累積.現在,在大學教育中,不少實驗是為了驗證課本的知識,這種驗證性的實驗,應該把方法訓練、思維訓練放在更重要的位置上,而不應把純的驗證作為主要目的.而且,更有意義的應該是教育學生,注意“異常”現象.“發現、發明始于異?！?讓學生注意“異?！?并從“異常”起步,進行尋跡溯源,才更有意義的,這也是指引學生走向創新的教學方法.其實,科學發明和科學發現不是一個孤立的事件,而是一個有結構的過程.這個過程由反常的發覺、反常的擴展和作用,調整適應和同化3個階段組成.

(1)反常的發覺

反常的出現多少帶有偶然性.這里說的偶然性是指“找到了不在找的東西”.與充填周期表的空格元素不同,這種充填很少偶然性,即使有偶然性也是“找到了正在找的東西”.所以偶然性是相對范型而言的.按照范型應該出現A,結果,A沒有出現,倒出現了意料之外的B.這就是反常.

反常的發覺需要兩個條件:①科學家、實驗者們個人的熟練技巧、智慧或者才華.這使人去注意反常,但是有些人常常把這些反常忽略,失之交臂,只好事后惋惜.②儀器手段和思想概念的準備.如果沒有這兩方面充分的準備,足以使反常作為與預期相背后的結果而被認識到,反常還是不能發覺的.如果人們對儀器的性能了解不夠,就會看不到反常.若看到了反常,范型越精確、越廣泛,科學工作者就越能確切地知道他們當下期待什么,因而他們就越能認清出了什么岔子,對反常也就越敏感.

(2)反常的擴展和作用

反常的發現后有一個擴展期.在此期間,有一些人聲稱,他們以前也看到過這種反常,但沒有在意;另一些人做了重復的觀察和實驗,也看到了這種反常.也會有些人認為所謂的反常也許是“錯覺”,甚至“騙局”,設法改進儀器,做更精確的實驗和觀察.也有些人在考慮這種反常對他們所持理論的意義.反常對實驗和理論兩方面都起著作用.

(3)調整、適應和同化

隨著反常的證實、擴大和作用,就提出了一個反常與范型是否兼容的問題.反常已肯定不是“騙局”,那么如何用范型來解釋呢?于是就開始了一個范型調整的過程,以達到適應反常的存在并且最后同化反常,使反常轉化為預期現象.

范型的這種調整有兩種情況.一種是量的調整.也就是修改或補充原有范型中的一些理論假定,或增加一些輔助假說.但是這種調整有時并不奏效.因為反常過于“硬”,原來的范型“消化”不了,這時只好作另一種調整,即質的調整,也就是放棄舊范型,另立新范型,這就是科學革命的調整路線.

但是不管哪一種調整,同化作用都會或多或少地對人們原來熟悉的對象,提供新的看法,開拓人們的眼界,以不同的眼光看待周圍世界和自己的工作.

科學發明、科學發展也是如此.起初科學工作者看不到反常,只能感受到范型預期的東西.進一步就會感到不對頭,并與以前類似的事情聯系起來.接著就調整理論,一直到把反常變為預期的現象為止.也許有人對此感到很神秘,其實,只要我們做了有心人,善于思考、勤于思考,不盲目迷信,敢于捕捉現象,敢于提出異議,就能把稍縱即逝的現象抓住,并能上升提高.多年前,我曾在指導學生做沖擊電流計研究物理實驗時,有一位同學對阻尼開關的作用,做了仔細的觀察,他發現當阻尼開關按下時,沖擊電流計的線圈會因短路而產生反電動勢的電流的作用,會使線圈阻尼而停下,但他又發現若阻尼開關,一直按下時,線圈反而又會轉動起來了,他開始以為是外來的機械原因,但這個現象卻排除了,結果,他卻把時間花在觀察這個現象上,而把本來的實驗內容耽誤了.我發現后,和他一起分析,換了不同的阻尼開關,不同組的沖擊電流計,逐一實驗.最后,得出的結論是,由于他所用那個阻尼開關的彈性簧片是磷銅,而下面觸點是用的黃銅釘,同樣是銅,但兩者卻是加入不同成份的銅合金,磷銅中加了磷,而黃銅則是銅鋅合金.兩者相接觸時,則會因不同材質的材料的接觸而會有接觸電勢產生的問題.于是,他利用課余時間就此做了多次實驗,并整理出數據,這樣做就使一個小小的異?，F象得到了解釋.這里,表明了一個問題,即使在常態科學時期,不論是個人或科學共同體能夠專門集中研究與它有關的具體問題,就可提高解決問題的效率,科學的進步就能夠以解難題的數目增多來衡量.這種進步是一種累積的進步.而通過解決科學中的異常問題,應該是說科學在進步,它是一個范型被另一個范型代替的構成客觀意義上的進步.如果科學家都是常態科學家,那么一門科學就會被圈在一種范型中,待到范型的解難題功能衰竭時,就不再有進步了.創新的功能就在于它是一種突破一個范型進入另一個范型的手段.因此創新是科學進步所不可缺少的.

科學通過創新而進步既有主觀方面的意義,又有客觀方面的意義.從主觀方面的意義說,創新是以兩個對立觀點之一方的勝利而告終.對他們來說,創新的結果必須是進步的,否則等于承認他們的錯誤.他們也要想辦法使得科學共同體的未來成員也持這種看法.他們更要想辦法使這種進步具有客觀意義.從客觀方面的意義來說,進步的標準是解決問題的能力.如愛因斯坦的范型比牛頓的范型好,因為它有比后者更好的解難題的能力,它能夠解決后者不能解決的難題.范型的更換不僅導致新的發現,也改變了對世界的看法,開拓了人們的眼界.Herschel不僅發現了天王星,而且同時教給天文學家用同樣的觀測工具去觀測熟悉的星空時看到新東西,以致在爾后的半個世紀內又發現了20個行星體.其主要原因是天文學家的眼光發生了變化.氧的發現要求化學知識作出一系列的調整和適應,引起了化學理論和實踐的大變動.科學成就的衡量標準之一是解決了的問題的多少.新范型解決的問題比舊范型多,這就是客觀意義上的科學進步.從科學史上來看,奧斯特發現載流導線周圍小磁針的轉動,居里夫人發現“釙”等的事實,都是從異常起步,并由此尋跡溯源而得到的科學發現.這對于以實驗性環節、工程性的實踐環節為主要研究內容的課程、專業則更是尤為重要的.

3 幻想、暢想、奇想展示教學法

所謂幻想、暢想、奇想就是在教學上,讓學生充分發揮其可能想到的,甚至是孩提時思考過的、實發性的、隨機性的、模糊性的一些想法,這是教學中促進創造性思維發展的一種方法.按照錢學森教授的劃分,思維的基本形式有3種:邏輯思維、形象思維、靈感思維.

(1)邏輯思維

邏輯思維是對于客觀事物抽象的、間接的、概括的反映,它的基本任務是運用概念、判斷、推理反映事務的本質.它包括形式邏輯和辯證邏輯思維.形式邏輯思維是邏輯思維的初級階段.它的基本特點是用“固定的范疇”把握世界,即把事物從聯系和發展的鏈條中割斷,使活生生的東西簡化,形成抽象的概念,描述運動著的事物.這在初級階段是必要的.但由于它著重反映事物的質的規律性,而不能反映事物的矛盾本性和辯證發展,因此又有自身的局限性,需要進一步發展.邏輯思維發展的高級階段是辯證邏輯思維,也稱辯證思維或理論思維.它用“流動的范疇”把握世界,在形式邏輯的基礎上,把抽象的范疇作為思維的起點,把抽象過程舍棄掉的各種規定重新綜合起來,把思維的確定性與思維的靈活性統一起來,從事物的普遍聯系和辯證發展中來把握事物,以保證思維的客觀性和全面性.

(2)形象思維

形象思維是在整個過程中始終伴隨著形象的一種思維形式.它的主要思維手段是圖形、音響、模型等形象材料.它的認識特點是以個別表現一般,始終保留著事物的直觀性,要求鮮明生動.人類對于形式邏輯思維的研究最早在亞里士多德時代就有了較為完整的形式邏輯推理規則和規律,為人熟知的三段論法就產生于那個時代,而關于形象思維的研究則要晚得多.

(3)靈感思維

靈感思維也稱直覺思維、頓悟思維,是思想中突如其來的使問題得到澄清,明朗化的靈機妙算.它有時出現在自覺思考中,但更多的是由潛意識在緊張思考之余突然閃現.亥姆霍茲說:“在對問題做了各方面的研究之后……巧妙的設想不費吹灰之力意外地到來,猶如靈感.這些思想不是出現在精神疲憊或伏案工作的時候,而往往是在一夜酣睡之后的早上,或是當天氣晴朗緩步攀登樹木蔥蘢的小山時.”高斯說:“終于在兩天前我成功了,但并非由于我痛苦的努力,像閃電一樣,謎一下子解開了.我自己說不清楚是什么導線,把我原先的知識和我成功的東西連接了起來.”許多科學家,如愛因斯坦、狄拉克、維納等,都曾談到過類似的經歷.這正是一種靈感思維.正如錢學森先生所說:“光靠形象思維和抽象思維不能創造,不能突破,要創造突破,就要有靈感.”靈感思維具有突發性、隨機性、模糊性等特征.它以邏輯思維為基礎,以思維系統的開放,不斷接受和轉化信息為條件.它是大腦顯態的自覺的形象思維和邏輯思維轉化為潛態的不自覺的下意識形象思維之后,與腦內儲存的信息在散漫狀態下相互作用,相互聯系之中產生的.它是思維中的突變和躍遷,是思維過程中最難得、最寶貴的一種思維形式.然而,目前對這種思維形式的研究卻最為薄弱.如果說“科學創作需要靈感”的提法,至今被一些注重邏輯思維的人士所非難,而在改革開放之前則被扣上“唯心主義”的帽子.

許多杰出科學家都對靈感思維在躍變形式下提出科學上重大價值的新思想、新理論中發揮的關鍵性作用予以肯定.而對沉悶的經院哲學式的研究方法予以堅決拋棄.1957年前蘇聯在世界上首次發射成功人造衛星之后,驚愕之余的美國社會廣泛討論了為什么美國在航天科學上遠遠落后,如何盡早追上等問題.結論是:必須從教育入手,加強對美國青少年的直覺教育,培養下一代科技人才的形象思維及靈感思維能力,才能為美國提供源源不斷的創造人才.執行這種教育方針的后果現在是有目共睹的.這對我國當前的創新能力培養,顯然是十分重要的.

我們之所以提出幻想、暢想、奇想的問題,實際上是要從創造思維的結構模式上發展、完善,形成一個想法,這一步雖說是啟蒙的步伐,但是卻是非常重要的.通常人們認為,唯有想象、靈感、直覺之類的思維是具有創造性的,故稱之為創造性思維.然而這種提法是不妥當的.這不僅因為想象、靈感、直覺之類的思維的創造性不能獨立于其它形式的思維也具備創造潛力.例如“海王星假說”、“電磁波假說”、“非歐幾何學”、“中微子假說”等重大科學觀點,就是以邏輯思維為主導的創造成果.把演繹方法運用于未知領域的探索,實際上就成了外推.從大前提外推到未知領域,盡管是否正確是未知的.但推得的結果卻是具有創造性意義的,演繹邏輯是具有創造力的.其他如歸納邏輯、模擬邏輯就更是不言而喻了.當然,邏輯思維的創造潛力也不能在單獨作用時發揮出來.

所以,科學創造思維不能理解成只是單純的想象、靈感、直覺之類的思維.任何一種孤立的思維形式,都不是科學思維.創造性思維實際上是各種基本思維形式的有機組合.形式邏輯是認識必經的初級階段.沒有初級,就沒有高級.不了解靜態,就難以把握動態.思維不能只停留于形式邏輯階段,這會導致僵化、凝固和窒息.形式邏輯與辯證思維的有機結合,將使邏輯思維具有更強的創造力.

邏輯思維與靈感思維的有機結合更是必要的.邏輯思維在認識過程中是一種漸變的發展過程,按部就班,全方位搜索,一步一分析,逐步螺旋線式外擴,最終逼近結果.而靈感思維是認識過程中的突變過程.邏輯思維比較嚴謹(拘謹),而靈感思維則是跳躍的.二者截然不同,又互相補充.在從感性認識到理性認識的飛躍過程中,既有靈感思維引起的突變式飛躍,又有邏輯思維引起的漸進式的飛躍,突變與漸進的結合、理解力與想象力的互補,就是思維成功演變的真正過程.

美國的創造學者帕內斯提出了創造性解決問題的5步模式,簡稱為CPS.如圖6所示:

圖6

CPS的5個階段是:事實發現、問題發現、假設發現、解法發現和接受發現.這5個階段,構成了一個完整的、成規的、創造性解決問題的過程.特別值得一提的是,這5個階段中,每個階段都包括兩種不同的思維方式:發散思維和收斂思維.所謂發散思維是指考慮問題的思路向多方位擴展.所謂收斂思維是指思維把眾多信息引入邏輯序列中,最終得出一個合乎邏輯的結論.

發散思維是自由奔放的思考,而收斂思維是受一定的傳統約束的思考.僅有收斂思維,就會囿于成見,毫無創新.以為只要通過收斂思維的培養,當知識積累到一定程度,自然就可產生創造性,那是不可能的.諾貝爾獎得主,前蘇聯實驗物理學家卡皮查說:“在科學發展的一定階段,我們必須找出新的基本概念時,對于需要解決這種問題的科學家來說,知識淵博的傳統訓練不是他們最重要的特征.看來需要的想象力和大膽.……在數學中極需要的合乎邏輯,反倒會對科學家的想象力起妨礙作用.”沒有發散思維就沒有創新;發散程度越大,得出獨創性發明成果的可能性就越大.另一方面,只有發散思維而缺乏收斂思維,就會導致混亂,有價值的與無價值的混為一談,實現可行的和荒誕離奇魚龍混雜,真偽難辨.所以發散之后,必須及時收斂.使用邏輯完成去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里的加工制造過程.像數學這門學科最具邏輯嚴謹性的,但數學領域中的一些重大的進展卻往往是以直覺思維為主導,后經邏輯思維幫助予以完善而得出的.可以說,發散思維與收斂思維是具體創造過程的兩條腿,互相制約,密切配合,缺一不可進行.而邏輯思維與直覺思維是創造之神飛翔的兩只翅膀,缺一就不能騰飛.

總之,邏輯思維與形象思維、靈感思維三者之間是有機結合,形成創造思維的結構模式,并從整體上體現出了科學思維的功能.每個人思維特征均不同,有人擅長邏輯思維,有人偏于直覺,更多的人處與均衡狀態.邏輯、形象、靈感都在創造思維中發揮作用,說明不同類型的人都可以在創造過程中,走自己的路,發自己的光與熱.下面我們再介紹幾種促進人們有幻想、暢想、奇想的幾種思維方式.

①相似聯想

聯想是形成科學幻想的一條重要途徑,也是應用得最為普通的一條途徑.所謂聯想,就是由于某人或某事而想起其他相關的概念.如果被運用的概念之間保持相當距離,相互對立甚至在一定程度上彼此格格不入,那就一定會激發幻想.在這種情況下,幻想力圖在概念之間建立某種相似關系,以便在聯想基礎上構成統一的整體,使這些概念有可能彼此共存.聯想實際上是在思維過程中對頭腦中已存有的各種表象的一種重組,在思維中把割斷了聯系的,甚至是風馬牛不相干的事務或過程重新聯系起來.因而,這樣的聯想一旦產生,就必然形成科學幻想.

許多重大的科學理論,如巴甫洛夫的條件反射理論,門捷列夫關于元素周期規律的最初幻想,都與相似聯想有關.這兒就不一一列舉了.事物有多種屬性,兩個事物只要有一定屬性相似或相同,我們就可能通過聯想在它們之間建立聯系.這就要求我們必須善于抓住不同事物中的共同點,做到“異中求同”,這樣才能從相距甚遠的事物中受到啟發,做出比較有獨創性的發明.許多人搞發明但不知從何入手,常?？嘤跓o題可做.在這種情況下,只要善于動腦去想,就可以得到許多有益的啟示.特別是碰到一些有趣的現象和意外的情況,更是不要輕易放過它,因為它可能使你產生一些新穎的有價值的想法.所以,在創造過程中思路靈活地變換思考角度,運用相似聯想不斷地轉移思路方向,發現不同事物的相似點,就能獲得他山之石能夠攻玉的效果.

②發散思維亦稱擴散思維、輻射思維、求異思維.這是一種從不同角度、不同途徑去設想,探求多種答案,最終力圖使問題獲得圓滿解決的思維方法.這就像從一點向四面八方做射線,做出的線越多越好,以產生盡可能多的創造性設想.許多人可能知道哥倫布豎雞蛋的故事,誰能把煮熟的雞蛋豎起來呢?眾人的求同思維——不打破雞蛋殼限制了他們.哥倫布實際上運用了求異思維——打破蛋殼不就很容易豎起來了嗎?發散思維是一種多方面、多角度、多層次的思維過程,具有大膽創新,不受現有知識和傳統觀念局限和約束的特征,很可能從已知導向未知,獲得創造成果.發散思維的多方向性,使研究過程中能夠適時轉變研究方向,孕育出新的發明、創造.美國細菌學家弗萊明發明青霉素,至少使全人類的平均壽命延長了10年.他從培養葡萄球菌轉向殺死葡萄球菌的綠霉菌,運用發散思維最終提煉成功青霉素.發散思維的多角度性,使人們從慣常觀察問題的角度發生根本轉變.發散思維有流暢、變通、獨特3個特性.流暢性良好的發散思維,能在短時間內較快地變換或選擇較多的概念.變通性使發散思維不局限于單一方面.獨特性使人以前所未有新角度、新觀點去認識事物、提出超乎尋常的新觀念,在創造性思維中起著本質飛躍的作用.此后我們還將討論側向思維、逆向思維,其實這兩種思維都可以并入發散思維中.可以認為,發散思維是從事創造性工作的人的最重要的素質、最起碼的看家本領,沒有發散思維,就會拘泥一處.墨守成規、擺脫不了傳統觀點的約束而難以創新,科學創新發展的生命力就被窒息了.我們說創新思維是行云流水,無法定位,就指的是發散性思維的靈活變通,不拘一格發散思維的層次低于靈感思維,但它是有靈感思維的基礎.很難假設,連一點發散思維都沒有的人會產生大膽的靈感突躍.今天,當人們重讀國學大家王國維描述創造三境界的話語,就會更有深入的體會了.他說“昨夜西風凋碧樹,獨上高樓,望盡天涯路.此第一境也,衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴.此二境也.眾里尋他千百度,驀然回首,那人卻在燈火闌珊處.此第三境也.”我想,大家讀后都會深有體會的.

③逆向思維又稱作二面神思維.二面神一頭兩面,一面笑容可掬,一面怒氣沖天.從對立的、顛倒的、相反的角度去想問題,是一種逆常思路的思考,這就是逆性思維.采用逆向思維,如果完全反其道而行之,對單獨個人從事的研究而言,這就意味著完全推倒重來,意味著自我否定,這需要誠實和毅力.因為重新認識自我、否定自我,需要的是科學家的良知,而不是文人的筆墨粉飾.對習慣傳統的思路采用逆向思維,需要的則是創新勇氣.當我們談論任何一項創新思維方法時,實際上還需要配之良好的意志力.

④側向思維

楊振寧教授在談到美國科研經費時曾提及,有時科研經費的發放并沒有確切或十分具體的研究目標,只是給有能力的科學家以經費支持,去從事某種類型的研究.而恰恰是這種方式會產生有效的研究成果和創新.科學研究中會經常出現順手牽羊的成果.我國科研管理機構的人員也發現,按計劃確定的目標常常不能達到,而計劃外的成果常常令人刮目.這就是所謂的科研中的“有心栽花花不發,無心插柳柳成蔭”的現象.側向思維在這類現象中經常發揮作用.所謂側向思維就是把注意力轉向外部因素,從而找到在問題限定條件下的常規方法之外的新思路.

從側向思維形式上則又可以分為側向移植、側向外推和間接注意幾種.

當今我們使用的充氣自行車輪胎是側向移植的杰作.英國醫生鄧祿普在花園用膠皮水管澆花時,一直擔心在卵石路上騎自行車的兒子會因顛簸而摔倒,因為當時的自行車用的是實心胎.他突然注意到了手中水管的彈性,就用澆水的膠管制成了世界上第一個空心的充氣輪胎.美國阿波啰登月計劃,采用了飛船繞月飛行,只有登月車著陸的方案,這就避免了整個飛船都著陸,起飛時重量太大的問題.這種方法實際上是受到駁船技術啟發得出的——大船因吃水太深而無法靠岸時,將船上的人員、貨物用小駁船轉運上岸.面包、饅頭發酵后因氣泡而變松軟,這種方法側向外推后,就變成了海綿橡膠、泡沫塑料、泡沫混凝土、泡沫磚、泡沫冰淇淋.這種側向外推法就可以推廣到許多技術領域.間接注意到研究過程中既定目標之外的現象而加以利用,即所謂的順手牽羊,在科學創新中的例子也是十分多的.

⑤想象力與幻想

想象力就是形成幻想的能力.當我們提到科學幻想時,許多人都會自然而然地想到凡爾納.這位杰出的科幻作家在100多年前就幻想了潛水艇、直升機、導彈、坦克、有聲傳真(電視)、霓虹燈等.他依據廣博的科學知識,運用豐富的想象力,大膽幻想,繪聲繪色地把讀者引入了科學的勝境.在100多年后,凡爾納夢幻中的東西一件件地變成了現實.他也曾預言,美國佛羅里達將建立火箭發射站,發射月球火箭,并詳細表述了宇宙飛行的失重情況,這一切都已變成現實.無疑,科學幻想既是激勵人們創新的動力,也是引導人們進行創新的萌芽.愛因斯坦就說:“想象力比知識更重要,因為知識是有限的,而想象力概括著世界上的一切,推動著進步,并且是知識進化的源泉.嚴格地講,想象力是科學研究中的實在因素.”愛因斯坦想象人追上光速時的情景(在空中振蕩著而停滯不前的電磁場),而創造了狹義相對論,又在想象人在自由下落的情景中創立廣義相對論.

大多數科學發明都是從科學假設開始的,而科學假設又開始于科學幻想.德國科學家普朗克說:“每一種假設都是想象力發揮作用的產物,”任何創新的第一步,都是借助想象力提出假說,假說是以現有的材料和認識基礎的大膽的假設,一旦被證明肯定下來,就變成了科學創新成果.很難想象,一個沒有想象力的人(不管他從事什么工作)能在工作上取得創新.反之,要能有創新就必須從培養想象力開始,而培養想象力則又是從幻想、暢想、奇想中邁開啟蒙步伐的.因此教學方法中,將幻想、暢想、奇想的展示列為對學生的訓練是很重要的.“假想構成法”是由美國阿諾德教授所開發的.其目的是為了激發學生的創造性,他發現學生常常會被習慣性的思考所困惑,于是,他引導學生進行假想活動.例如:他向學生提出假如存在另一個星球,你置身于其上,但該星球的重力是地球的11倍,為了在那里生活,我們如何設計可供在那兒使用的汽車、生活用品、機械等,于是學生們打破了習慣思維的束縛進行了大膽的、各抒己見的設計.后來的事實表明,這些人有些成了優秀的技術設計者,有的成了設計豐富的實業家.“假想構成法”的初衷是為學生設計的,后來,人們發現它在企業各領域也有廣闊的使用價值,這種方法也在企業中得到了應用.下面就作一些介紹.一家著名汽車公司就以此作為職工創造性開發培訓的教材.創造技法分兩步:第一步是假想的構成,當然,假想不是不著邊際吹牛,對于企業而言,它與學校不同,必須有明確的目的性、針對性,應充分結合自己所需要解決的問題來設計、假想、暢想,當然其中也不乏會有奇思妙想出現.第二步是提出、探索解決問題的對策,為了假想能變為現實,就必須充分收集有關假想實施的各種工程技術、情報.另外,對假想實施存在的可能性充分展開想象,開發出新的設想.目前,這一方法應用的范圍有以下幾種:創造性開發訓練,管理中情報收集、預測、決策的手段,新品開發,規章制度改進等.

(未完待續)

[1] 申先甲,林可濟.科學悖論集[M].長沙:湖南科技出版社,1998

[2] 吳宗漢.文科物理十五講[M].北京:北京大學出版社,2004

[3] 北京市科技干部局,北京市繼續教育協會.創造學及其應用[M].北京:科學普及出版社,1998

[4] 邱仁宗編.科學方法和科學動力學.北京:知識出版社,1984

[5] 倫納德,史萊因著.藝術與物理學.暴永寧,吳伯澤譯.長春:吉林人民出版社,2001

[6] 約翰,巴羅著.藝術與宇宙.舒運祥譯.上海:上?？萍汲霭嫔?2001

2010-11-10)