物理教學中直覺思維的認知機制和培養

袁 珍 周詩文

（海南大學理學院，海南 海口 570228）

曾經愛因斯坦說過“真正可貴的是直覺”“我信任直覺”“我相信直覺和靈感”[1]。那么，“什么是直覺思維”“其認知機制是怎樣的”“有沒有教育價值”“如何開展直覺思維的培養”等等一系列問題，一直是教育學家、心理學家和科學家所關注的問題。當前關于直接思維的機制有兩種代表性的學說，一是“知識組塊說”，這種觀點認為直覺思維的實質是運用有關知識組塊對當前問題進行分析及推理，以便迅速發現解決問題的方向或途徑的思維方式[2]。另一種觀點認為直覺思維實際上是圖像把握或圖像把握之前的情緒認知，即“圖像說”[3]。為此，筆者通過文獻和教學實踐研究，認為直覺思維是一種邏輯和非邏輯相互交織的量子化行為。

一、直覺思維的認知機制

直覺思維是人們對所需解決的物理問題在積累了豐富的物理知識及經驗的基礎上，并且進行了超常規的過量思考，因而能在一閃念間對困惑不解的問題以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察到事物的本質，并且迅速作出猜測或突然領悟的思維。部分學者認為這種瞬間解決問題的操作方式，實質上是運用有關知識組塊得以完成的。知識組塊是人們經過反復練習而熟練、具有極易激活性能、集成了的程序化知識和技能。由于集成度極高因而解決問題的過程表面看無須邏輯加工，推理能一蹴而就。可是從知識組塊的產生來看，它是通過一步步推理而得到的。因此，從一定意義上來說，直覺思維是一種邏輯性推理。邢紅軍教授對這種非邏輯性的推理觀點提出了質疑，提出了“圖像說”，他認為直覺思維是采取圖像的認知方式來解決問題。由于圖像把握既不受“時間順序”的束縛，又不受“邏輯順序”的束縛，可以一覽無余地把握構成事物的各種要素。因此，在客觀事物細節尚未分明的情形下利用直覺思維具有跨時空的性質能對整個事物內隱地感知而直達事物的本質。由此可見，直覺思維本質上是一種非邏輯推理。

仔細分析兩種對直覺思維認知機制[4]的觀點，不難發現兩種觀點都承認直覺思維具有整體性，采取整體把握的方式來解決問題，因而能簡約急速地把握解決問題的方向和途徑。其次，直覺思維具有突發性和隨機性，通常是意識無法控制和預測其發生時空和結果的。兩種觀點的焦點在于對直覺思維認知機制的解釋相異，因而對其實質的判定也相異。筆者認為“知識組塊說”解決了直覺思維處理問題的運行程序——高度集成的“知識組塊”，從邏輯上講符合我們的期望；但其調用方式、集成狀況極其復雜，難以明確化，因而我們又陷入非理性的認識之中。“圖像說”解決了直覺思維運作信息表征編碼的形式——知識技能圖像化；但對圖像形成的根源還有待于深入。綜合兩種認知機制筆者假定，直覺思維是大腦運用有關“知識組塊”程序對物理現象或問題進行以圖像編碼式的信息處理加工過程，其中包括“知識組塊”程序在內的大部分信息都是以圖像方式進行表征的。由于圖像具有三維性、動態性能同時蘊含大量信息，因而便于對事物進行整體和動態把握；而處理問題的程序“知識組塊”也圖像化了，因此大腦調用程序時迅速快捷，以至于解決問題時或產生新的聯想時我們無法把其過程顯現出來，這一信息處理過程可稱為邏輯處理過程。另一方面，直覺思維是在人腦內部儲存信息與外部信息相互作用和影響且雙方滿足一定邊界條件時，人腦潛意識與顯意識由于獲得某種“能量”能夠相互涌現、滲透達到相互交融的糾纏狀態，從而發生的一種思維躍遷，這一過程可稱為非邏輯處理過程。當然，發生這種躍遷是需具備量子化躍遷條件的，這需要我們進一步研究。

二、直覺思維認知機制的教育價值

“知識組塊說”指出直覺思維地產生源于主體對與其研究的物理問題相關的知識和技能積累過較熟練的經驗和豐富的體驗，以至于集成為知識組塊。可見，知識組塊的迅速靈活調用是直覺思維形成的載體。這一點為我們在教育過程中培養學生的直覺思維能力指明了訓練方向——構建知識結構、組建知識模塊、形成整體功能；同時還給直覺思維“天生論”有力地回擊。這將更加堅定我們對學生進行直覺思維能力培養的信心。而“圖像說”則豐富了我們對直覺思維認知方式的理解。我們知道人接收的信息大約70%來自視覺，圖像能承載的信息量極大，可同時容納事物的各個要素，主要引發視覺圖像思維。這就啟示我們教學時可以采用圖像表征知識和技能，并且要求學生在大腦中形成豐富的物理圖景，養成運用物理圖像進行思維的習慣。另一方面，兩種認知機制都認為直覺思維是從整體上來把握事物，進而洞察其本質，從而解決問題。而解決問題的過程中，當人們具有多個選擇時，或邏輯思維中斷時，或在分析認為所未知的領域時，直接思維都可以幫助人們掙脫慣性思維的束縛，搭起解決問題的橋梁，迅速地對物理問題作出選擇。這種“高屋建瓴”的思維方式實際上啟迪我們在教學過程中可以加強整體分析，把研究對象整體化、物理處理過程全程化，以便增強宏觀直覺調控能力。

三、直覺思維能力培養的方法和策略

“知識組塊說”提出的直覺思維能力培養的方法和教學策略有三點：重視結構教學，形成合理的認知結構，培養知識組塊思維能力；重視整體分析，加強發散思維、優化思維的訓練，增強直覺調控能力；鼓勵大膽猜測，打破思維定式，提高直覺敏銳性和創造性。而“圖像說”提出的教學建議有：賦予直覺思維以合理的地位，有結構地呈現教職工材，使學生在頭腦中建立豐富的物理圖像，鼓勵有組織的推測。綜合兩種觀點，個人認為直覺思維能力的培養可以具體從以下幾個方面來實施。

（一）滲透物理學史，啟發學生的直覺思維

回顧物理學的發展，發現每次的重大突破都離不開直覺思維。因此在講解物理問題時，我們可以借助于物理學史的一些典型規律的發現中直覺思維的所起的重大作用，逐步引導啟發學生培養直覺意識。例如，我們在開展近代物理學教學時，可以回顧光學中“波粒”二象性之爭的幾百年歷史。光的干涉和衍射現象證明了光的波動性，光電效應和康普頓效應卻與波動性是相違背的，然后普朗克高度集成的“知識組塊”，大膽地提出了能量子的概念，隨后愛因斯坦在普朗克的“知識組塊”的基礎上進一步提出了光量子的概念，恢復了光的粒子性。在他的啟發下，德波羅意進一步提出了物質的波，使人們認清了微觀世界的波粒二象性，從而建立量子力學。通過像這樣的物理規律發現過程的引導，有助于幫助學生形成對直覺思維具體直觀的認識，從中領會直覺思維的猜想是依托于深厚的知識底蘊的，促使學生從方法論的高度進行構建知識、整合知識，并且從科學家的直覺智慧中受到熏陶，為自己主動養成直覺思維的習慣奠定良好的心理基礎。

（二）運用探究式教學，引導學生進行科學猜想

不管是研究性學習，還是探索性學習，人的大腦思維都經歷了“問題—假設—推演—驗證—反饋”思維過程。在這一過程中，問題和假設的提出實際上就是一個大膽的猜想過程。猜想也是直覺思維的一種表現方式，猜想能力的培養既可以訓練學生的直覺推理能力，也可以培養學生直覺思維能力。但是猜測能力的培養不是一蹴而就的，它是在對研究的對象或問題進行邏輯的分析，比較、聯想、類比、歸納等一系列的思維活動的基礎上，結合已有的規律，并作出一直符合情理的推測。這是一個高級的直覺認知過程，通常與邏輯思維相輔相成。這就需要教師在教學過程中，要改變傳統的物理教學模式，引導學生從問題出發，讓其思維與問題相關聯，引入探究式教學法。例如，在講萬有引力定律時，我們知道物體與地球之間存在引力作用，月球與地球之間也存在引力作用，那么這是否是同一種性質的力呢？引導學生比較思維，大膽猜想，讓學生突然間頓悟：哦，原來這就是同一種性質的力呀！而在學習完萬有引力之后，我們進入電磁學學習時，我們可以試圖引導學生分析：既然萬有引力的大小是與兩個物體的質量成正比，而與兩個物體之間距離的平方成反比，那么兩個靜止的電荷之間又有怎樣的規律呢？是否具有相似的規律？通過一系列的設問，引導學生從問題出發，讓其思維與問題相關聯，鼓勵學生大膽的猜想，引導學生積極地參與到教學中來，從而促進直覺思維能力地提高。

（三）增強學生物理審美意識，促進直覺思維的產生和提高

物理問題中的物理美感無處不在，探究事物的美感，不僅可以愉悅人的身心，陶冶情操，還可以促進直覺思維的產生和提高。70%的科學家認為現代科學研究是有美感直覺的，正是這種美感直覺推動著他們不斷地開展直覺思維，從而產生聯想、猜想、類比等一系列的思維活動。許多物理規律的發現也是在審美意識中產生的，例如馮．卡門就是意大利的博物館觀看一幅畫著圣．克里斯朵夫掮著幼年耶穌過河的油畫時，帶來了突然而現的靈感，從而解決了困擾普朗特多時的問題，得出了卡門渦街理論問題。因此，物理學的教育中，應該包括審美能力教育。審美能力的提高能夠激發學生的學習興趣，反過來會促進直覺思維能力地提高。實際上，“圖像說”也反映的美感教育在物理教學中的重要性。

（四）提高教師自身素質，正確認識直覺

以上三個方面策略能夠實施的前提條件是教師在培養學生的直覺思維方面要起到領導性的榜樣作用。因為學生的學習實際上是從模仿開始的，教師在課堂中刻意地運用直接思維，從而能夠引導學生在遇到問題時能夠首先對知識進行檢索、遷移和應用。而教師的直覺思維的應用需要自身首先具備堅實的理論功底，專業的科學素養以及對日常美的發現和欣賞，大膽地嘗試直覺思維，并且驗證直覺思維過程的正確性。而這些都不是一日之功，需要教師通過長年的日積月累，自我體驗和反省，不斷提高自身的科學素養，最終實現教師的教法向學生的學法轉化，真正意義實現了直覺思維的培養。

總之，直覺思維的培養要從教師的教和學生的學兩方面來實施。首先，教師要善于適時搭建直覺思維的平臺，學生則要勇于抓住機會鍛煉和展示自己的直覺推斷力，不怕犯錯誤，師生雙方對運用直覺思維得出的結論要執寬容平和之心。其次，教師要勤于有結構地組織和呈現知識，啟發學生利用類比遷移、聯想等方法同化和順應各類知識；學生則要通過建構形成知識鏈和知識網絡，使同類知識模塊化、異類知識集成化，養成運用知識組塊進行思維的習慣。只有兩者互相配合、融合，才能真正意義上實現直覺思維的培養，并與邏輯思維相互補充，最終達到解決物理問題的目的。