化學的形象思維：概念、過程和結構

陳屹 吳俊明

關鍵詞：形象思維;科學形象思維;化學形象思維;化學形象思維過程機制;化學形象思維結構

所謂“化學的形象思維”包括化學認知、化學教學等活動中的形象思維。本文主要討論化學形象思維的概念、過程和結構。

1基本概念的闡釋

為了更好地把握化學認知中的形象思維，先要把握好形象、形象思維、科學形象思維、化學形象思維等概念，然后才能進一步展開深入的討論。

1.1形象

一般地說，“形象”是指能引起人的思想或感情活動的具體形態或姿態。在文學理論中，“形象”特指語言形象，即以語言為手段勾畫形成的藝術形象（亦稱文學形象）。藝術領域的藝術形象包括形體動作、樂音節奏旋律、美術手法作品、光彩組合或聲光組合圖景等等。

說到“形象”人們常常會想到“抽象”。作為哲學邏輯學概念的“抽象”是通過分析與綜合的途徑，運用概念在人腦中再現對象的質和本質①的方法，分為質的抽象和本質的抽象。分析形成質的抽象，綜合形成本質的抽象（也叫具體的抽象）。作為科學概念的“抽象”是從眾多的事物中抽取出共同的、本質性的特征，而舍棄其非本質的特征的過程。具體地說，抽象就是在實踐的基礎上，對于豐富的感性材料通過去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里的加工制作，形成概念、判斷、推理等思維形式，以反映事物的本質和規律的方法。

從思維機制的角度看，“形象”有“實象”“表象”“心象”“意象”之分，它們受到的心理加工從無到有、依次增強，是從感知過渡到思維的中問環節。表象是指基于知覺在頭腦內形成的感性形象，通常只反映事物的大體輪廓，是形象思維的基礎材料，沒有表象就沒有形象思維。表象包括記憶表象和想象表象。前者指感知過的事物不在面前時在頭腦中再現出來的該事物的形象。后者指對知覺形象或記憶表象進行一定的加工改造而形成的新形象。表象具有形象性、直觀性和一定的概括性，不如知覺映象鮮明、完整和穩定。根據表象形成時的主要感覺通道，可以把表象分為視覺表象、聽覺表象、運動表象、嗅覺表象、味覺表象、觸覺表象等。“心象”是指對象不在面前時人的頭腦中浮現出的知覺形象或者組織樣式，與“表象”涵義相近。有人根據信息的加工深度，把心象劃分為遺覺表象、記憶表象和想象。意象是由表象概括形成的理性形象，以語詞為其物質形式。

1.2形象思維

形象思維是以直觀形象和表象為支柱的思維過程，主要是指人們在認識世界的過程中，對事物表象進行取舍時形成的、用直觀形象的表象解決問題的思維方法，是反映和認識世界的一種重要思維形式。

形象思維在對客觀形象體系傳遞的形象信息進行感受、儲存的基礎上，結合主觀的認識和情感進行識別（包括審美判斷和科學判斷等），并用一定的形式、手段和工具（包括文學語言、繪畫線條色彩、音響節奏旋律及操作工具等）描述和創造形象（包括藝術形象和科學形象）。形象思維是通過“象”來構成思維流程的，其過程始終伴隨著形象，有時還伴隨著感情。

形象思維具有形象性、非邏輯性、想象性和整體性等特點。

人類的形象思維不僅有感受、儲存、識別三個環節，而且還有創造和描述兩個環節。人類的審美活動、藝術創作和科學活動都含有后兩個環節的活動。

形象思維是有不同程度的：有的比較簡單，只是反映同類事物中的一般的屬性，只能作有限的分析、綜合;有的在類比、歸納、分析、綜合的基礎上有一定的有限的聯想;有的比較復雜，在接觸大量事物的基礎上，對表象進行高度的類比、歸納、分析、綜合，乃至發揮充分的聯想、想象并產生出新的思想。

1.3形象思維與抽象思維的區別與聯系

形象思維基于客觀事物外在的直觀具體形象來展開思維活動，以此來形成內心世界對外界事物的感性狀貌。抽象思維又稱為邏輯思維，它借助于概念、判斷、推理等方法，客觀理性地概括、歸納并抽象出事物的本質，來反映、認識事物的本質與規律。

形象思維與邏輯思維既相互區別，又相互聯系。它們的發生、發展有先有后：由對靈長類動物行為的觀察可以推測，人類在猿人早期階段已能由視覺引發初步的形象思維，但沒有邏輯思維;嬰幼兒也要經歷由視覺引發初步的形象思維、沒有邏輯思維的發展階段。隨著原始人類進化，或者現代人類嬰幼兒年齡增長、實踐與認識拓寬加深，人的邏輯思維才逐步形成和發展起來。無論是從人類思維發展歷史的宏觀過程來看，還是從人類個體的成長發展的相對微觀過程來看，都是先有形象思維、后有邏輯思維。就人類對具體事物的認識過程來說，通常也是先有形象思維、后有邏輯思維，而后形象思維與邏輯思維交互作用，遂有復雜的思維活動。與抽象思維相比較，形象思維是更為基本、更為普遍的思維現象。我國思維科學的領軍人、著名科學家錢學森在談到形象思維和抽象思維的關系時曾經判斷：“形象思維先于語言，也先于抽象思維。”

人類認識過程的形象思維階段是要占用或長或短時問、逐步形成并且按一定方式展開的。這意味著形象思維有其過程規律、過程結構，是在一定的邏輯基礎上展開的。或者說，形象思維是有其內在邏輯的，這種內在邏輯是形象思維的基礎。

形象思維與邏輯思維相互滲透、相輔相成、交互作用，能夠在統一的思維過程中從各自角度反映同一客觀現實。邏輯思維在一定條件下對形象思維起“框架”“脈絡”作用，而形象思維作為一種能動的活動，在一定條件下也可以反作用于邏輯思維。

形象思維與邏輯思維可以相互轉化（例如思維導圖的制作與利用）。兩者既在一定條件下共居于思維過程的這個矛盾統一體中，又在一定的條件下相互轉化。

形象思維的主要形式雖然是“用形象來思維”，但也不是不要抽象，只是它的抽象過程具有它自己的特點：抽取的是典型形象。形象思維不是不要邏輯，只是它往往跟形象的變化、發展規律以及結構展現有關，具有自己的邏輯特性;形象思維不是不要概念、判斷、推理等抽象思維形式，只是這些形式都以形象的形式來表現。

形象思維的推理和抽象思維的推理不一樣。抽象思維的推理是判斷之問的本質的聯系;形象思維的推理有自己的獨特形式，由形象到形象，是有邏輯內涵的聯想、推測、虛構、夸張、比擬、象征等等。想象是形象思維推理的基本形式。形象思維在理性概括的形式方面有著自己的特點，這是它不同于抽象思維的一個重要方面。

形象思維是在感性認識的基礎上，依賴于具體形象和聯想、想象等進行思維的方式，而抽象思維則是在感性認識的基礎上，依賴于抽象的概念來進行判斷、推理的思維方式。無論是形象思維，還是抽象思維，都是有邏輯性的思維。因為邏輯是思維的規律，而作為思維規律的邏輯正是客觀世界一切客觀規律的必然反映。因此，無論是形象思維，還是抽象思維，都服從邏輯和辯證法法則，基于對感性材料進行分析、比較、推理、判斷。否則，便無法取舍、綜合、概括材料，也便得不出思維的結果。沒有邏輯規律的思維是不存在的。

1.4科學形象思維與文藝形象思維的區別與聯系

科學活動和文藝活動都離不開對事物的認識。認識的一般規律是從感性認識發展到理性認識。在感性認識階段，認識主體首先要運用感覺器官產生感覺，在頭腦中形成知覺和表象、建立認識對象的形象，然后才能進行后續活動，最終形成認識成果。這種離不開形象的思維活動屬于形象思維。形象思維既是獲得感性認識的基本思維形式，又是獲得理性認識的前提和基礎。在科學認識的理性階段，以及科學活動的其他階段，形象思維也在積極地發揮作用。例如，參與概念形成、判斷、推理等反映現實的活動，進行科學想象，佐證邏輯推理，把握研究對象的關系以至本質，形象地顯示科研成果，等等。

科學活動和文藝活動都不能離開認識對象的具體形象。我國學界對形象思維的關注起于文藝理論界，對“形象思維”的研究長期集中于文藝學等領域，以至于傳統的觀念認為：形象思維只是進行文學藝術創作所需要的思想活動和思維方式，是文學藝術區別于科學的一種特殊手段，認定科學研究中不需要形象思維、科學不涉及形象問題。這種認識是錯誤的。

實際上，在科學研究中，科學家經常使用形象思維，形象思維并不僅僅屬于文學家和藝術家，它也是科學家進行科學認知、發現和創造活動時的一種重要思維形式：科學研究大體包括實驗、觀測、機遇、設想、推理、直覺等環節。就科學實驗看，它要求科學家精密觀察事物在已知條件下出現的種種景象，從中找出現象之間的聯系或關系。科學家在科學實驗的整個過程中，都處于定向反射、有意注意的心理活動狀態。研究對象在實驗中的形態、特征、運動、結構、功能等等景象，必然在腦中留下鮮明、清晰、具體的映像。這里的“映像”就是形象。

20世紀80年代，在我國，思維科學家逐步取代文藝理論家，成為形象思維的主要研究者，他們在錢學森先生的倡議及指導下，以充分利用前科學知識為目標，以開展科學的語言學和模式識別研究為基礎，初步建立起“形象思維學”。與此同時，教育學家將形象思維理論運用到教學方式方法改革、智力及創新能力開發研究上，創造了我國素質教育研究的重要成就。

為了深入了解科學形象思維，防止把科學形象思維跟文藝形象思維混淆，必須了解它們的異同。

科學形象思維是運用于科學知識創新和傳播過程中的形象思維。文藝形象思維是文學領域形象思維和藝術領域形象思維的合稱。科學形象思維和文藝形象思維是形象思維發揮作用的兩個重要類型，都是人類重要的思維方式。

科學形象思維的思維要素是對象的形態或者圖形、模型和運動圖景，以及它們反映的概念、關系、理論及知識內涵，其基本“原料”是各種感官從實際中獲得的有關視覺、聽覺、嗅覺以及觸覺、冷熱覺等形象信息。各種感官獲得的形象信息輸入人腦后，經過加工可以形成鮮明、生動的直觀形象。由于形象思維具有粗略性特點、可能難以滿足科學研究中的精確要求，在實驗和觀察中常常需要輔以精確的科學觀測工具。而文藝形象思維一般不需要特別的觀測工具，并且可能因為突出了重要的、常被疏忽的細節而顯得比較精細、深入。

文學藝術創作中的形象思維，是文學家或藝術家在創作過程中始終伴隨著形象、情感以及聯想和想象，通過事物的個別特征去把握一般從而創作出文學美、藝術美的思維方式。形象思維能力的強弱往往決定一個人的審美水平。文學和藝術的形象思維借助于形象反映生活，運用典型化和想象的方法塑造藝術形象、表達作者的思想感情。文藝形象思維離不開想象和聯想。文藝形象思維的過程，既是在收集素材基礎上選擇、改造、加工具體的能夠表現社會生活本質規律的感性因素的過程，同時又是認識、綜合、概括社會生活本質規律，或者反映自然景色的過程，既是從個別到一般的概括過程，同時又是通過想象、聯想等從一般到個別的顯現過程。文藝形象思維的結果，不是抽象的結論，而是鮮明具體的藝術形象;不是靠邏輯力量證明現實，而是靠藝術的力量顯現現實。

科學形象思維和文藝形象思維都是認識的深化活動，都是認識的高級階段。但是，從思維的過程和機制來看，科學的形象思維是不同于文藝創作中的形象思維的：科學的形象思維是科學研究對象的形態、結構、性質、功能、運動等的特征和圖像在科學家腦中的映像活動，要求完完全全地、忠實地再現事物的客體形態，不容許科學家有任何像文學藝術家在文藝創作中的那種虛構、夸張的典型化。科學形象思維從一開始便隱含著抽象思維，并逐漸導向抽象思維，在形象思維中尋找理性認識，以抽象思維的某些理性認識為軸線，對各種科學現象和數據，以外推、比較、類比等方式，描述事物之問的內在聯系，尋找普遍性的結論。科學形象思維以理性思維統率形象思維，從而組合成科學的群體景象（圖像）。同時，在對事物的理性認識牽動下，形象思維逐漸向抽象思維演化，最后形成科學的原理。這時，科學的群體景象（圖像）退居幕后，隱蔽起來，被抽象的、理性的、簡潔的表達形式所代替，以原理、定律，公式等形式出現在人們面前。此外，情感常常被作為文藝形象思維的一個重要因素，而科學形象思維則力求排除情感的干擾。

1.5科學形象思維與科學抽象思維、直覺思維的區別與聯系

自然科學的成果是概念，因為科學認識的成果是通過制定概念來總結和概括的。概念是抽象思維的產物，其形成需要抽象思維。這意味著抽象思維對于科學的形成和發展至關重要。

在科學研究與科學教育中，科學形象思維雖然是一種不可或缺的思維形式，但在思維過程中絕非是單一的孤立的思維，而是與抽象思維、直覺思維互相滲透，辯證地結合在思維過程之中。它們互相補充，互相促進，才使科學研究與教育碩果累累。就此，錢學森先生說過：“科學技術不都是抽象思維、（不）都是推理”，“要那么樣，科學根本沒有辦法發展。這個（問題）愛因斯坦講得很清楚，他說，科學發展不能盡靠推理，還有直感。那直感就是形象思維”。

科學思維的基本類型除了科學形象思維、科學抽象思維之外，還有科學直覺思維。科學直覺思維是人腦綜合運用已有知識、表象等經驗，達到理解、領悟后，以高度壓縮、簡化、快捷方式洞察事物，做出判斷、設想，以頓悟、靈感呈現結果，而無需經歷邏輯推理和形象演化。

科學形象思維、科學抽象思維和科學直覺思維是科學思維的三種基本形式。

2化學認知中的形象及形象思維

化學是研究物質（實物材料）的組成、結構、性質、變化以及制取等問題的科學，在化學活動中必定要接觸到各種各樣的形象：不但有實物材料的宏觀形象，還有它們的微觀形象;不但有實物材料的外顯表觀形象，還有它們的內隱組成結構形象;不但有實物材料的物理狀態形象，還有它們的化學變化形象;不但有實物材料的各種形象，還有研究工具及研究過程的靜態與動態形象……在客觀世界中不存在沒有自身形象的實物材料，不存在沒有自身具體形象的化學現象，這個事實決定了形象思維對于化學認知的必然性和普遍性。

2.1化學認知中的形象及其主要類型

人類對水、火、空氣等的認識，對各種金屬、礦物或巖石的認識，對各種元素及其化合物的認識，都離不開形象和形象思維;人類對各種化學過程、化學方法以及實驗儀器和工具的發明、制造、認識與掌握，也都離不開形象和形象思維;從分子原子的發現、各種元素的發現、各種物質的發現，到質量守恒定律、化合價、分子結構、同分異構體、原子結構、氧化與還原、價鍵理論、元素周期律、化學反應理論等等概念、規律和原理的發現、應用，化學科學歷史中的每一個重要發展、進步，都跟形象有聯系，都離不開形象思維。如果說形象思維一直伴隨著化學科學的形成和發展，沒有形象思維就沒有化學科學，這是毫無夸張的。

物質本身具有的、在一定條件下總會呈現的（相對穩定的）各種表現（即物質的性質、變化等等），是物質形象的重要內容。認識、研究物質的性質需要進行形象思維。然而，化學中物質的形象并不限于其性質，組成、結構、制取乃至于實際應用情況等也可能成為物質形象的組成部分。可見，化學中的“形象”是比較寬泛的，涵蓋了物質的相對穩定的各種表現及其內、外聯系情況，含有思維加工成分，不僅是直觀形象。這就導致化學中的形象思維內容特別豐富，形式比較多樣。

總體上看，化學認知中的形象主要是實物材料的靜態形象和動態變化形象。具體地說，化學認知中的形象包括下列類型：

（1）個別物質（實物材料）的外部形象及其屬類的一般形象（一些物質往往有自己獨特的某種形象，例如結晶形狀，這些獨特形象曾經或者至今仍然用于物質的鑒定、鑒別等）;

（2）個別物質（實物材料）的性質表現及其屬類相應性質一般表現的形象;

（3）個別物質（實物材料）在組成、結構、制取及實際應用等方面的表現及其屬類相應表現的通常形象;

（4）呈現上述各種表現時的條件、情境，應用的實驗儀器、生產設備、工具方法、過程工序、實際情景現象及其一般特點的形象;

（5）上述各類的圖像、模型、視頻，等等。

化學認知中關注的形象聚焦于實物材料的化學形象，實物材料的化學形象包括上述各項中跟化學有直接關聯的部分。

2.2化學認知中的形象思維及其主要類型

在化學認知活動中，認知主體要認識或識別物質、通過觀察確定物質的變化和性質以及形成對物質或者物質變化的綜合性認識，要構思實驗活動、回憶實驗現象等等，都必須開展形象思維活動。化學認知中的形象思維有其獨特的內容、類型和過程機制。

化學形象思維是運用于化學研究和化學教育中的形象思維，或者說，是運用于化學知識的創新和傳播過程中的形象思維，其內容和類型主要是：

（1）關于物質狀態的形象思維;

（2）關于物質性質、變化的形象思維;

（3）關于物質組成結構的形象思維;

（4）關于物質應用的形象思維;

（5）關于物質制取的形象思維，等等。

3化學形象思維的過程機制

弄清化學形象思維的過程機制，不但可以加深化學形象思維的了解，還利于理性地、有效地開展化學形象思維活動。所以，化學形象思維過程機制是一個十分重要的研究課題。

在分析、概括個體化學形象思維過程基礎上，可以確定化學形象思維的過程大體是：

首先，通過觀察、感覺、知覺等活動，初步建立認知對象的靜態表象和動態表象。

其次，通過回憶（搜索）、類比（比對）、聯想、想象等思維方式識別認知對象，建立跟有關語詞的聯系，使已經建立的表象初步理性化，實現初步概括，進入意象階段;如果不能跟已有語詞建立聯系、不能歸于已知類別，則需嘗試建立新的聯系、新的歸類。

接著，在檢驗、肯定意象后進一步抽象、概括意象，形成、確定對應概念的抽象形象。

然后，通過推演、想象、聯想等思維活動，對抽象形象進行加工，更新、變換、豐富認知對象的形象，建構合于抽象邏輯結構需要又具有形象特點、適應化學認知需要的、完整的一系列新的形象;像電影剪接那樣，把各個形象“片段”按照化學認知邏輯連接起來，或者用隱蔽的內部言語描述各形象“片段”之間的聯系，最后形成可以用外部言語描述的反映實物材料及其化學變化等過程，轉化成有關的理性的化學認識。

可見，化學形象思維從形象信息的輸入、加工到形象“片段”的組接，自始至終都不脫離形象，形象思維因此而具有生動的直觀可感性。

概括地說，化學形象思維主要包含下列環節：

（1）形象感知：獲得足夠的感知材料;

（2）建立表象：整合感知材料，建立表象;

（3）形象識別：聯系語詞，注入理性，形成意象;

（4）抽象概括：形成一系列抽象形象;

（5）形象整合：經過形象系列、形象片段等階段最終形成整體的形象;

（6）形象轉化：改用外部言語描述轉化成理性的化學認識。

化學形象思維是基于化學事物外在的直觀具體形象來展開思維活動的，其過程機制離不開化學事物外在的直觀具體形象，是以化學事物外在的直觀具體形象為核心，以化學事物外在的直觀具體形象的形成、演變為主線的。

4化學形象思維的結構

結構反映整體各組成部分相互聯系的內容和方式。要確定化學形象思維的結構，需要對化學形象思維的整體進行分析，確定各組成部分的相互聯系情況。

對化學形象思維的整體分析可以從化學形象思維的歸屬范疇、形象層次和呈現方式3個維度展開。化學形象思維的歸屬范疇通常可以分為化學概念、物質知識、規律理論、實驗應用和計量計算5個范疇。

化學形象思維的形象層次主要有實象、表象、意象、聯想表象或想象表象、新創表象5個層次。

化學形象思維的呈現方式主要有內隱形象（內隱表象）、圖像展示、語言描述和直觀形象4類。

這3個維度進行組合，可以形成化學形象思維結構的三維分析框架，如下圖1所示：

了解化學形象思維的結構，有利于系統、有序地開展化學觀察和化學形象思維活動。