學(xué)科教育論文-物理教學(xué)中直覺思維及其能力培養(yǎng)策略摘要：探討直覺思維的特性（整體性、三維性、突發(fā)性、隨機性）和表現(xiàn)形式（直覺、靈感），結(jié)合物理教學(xué)實踐提出培養(yǎng)直覺思維能力的方法和教學(xué)策略：1.重視結(jié)構(gòu)教學(xué)，形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)組塊思維能力；2.重視整體分析，加強發(fā)散思維、優(yōu)化思維的訓(xùn)練，增強直覺調(diào)控能力；3.鼓勵大膽猜測，打破思維定勢，提高直覺思維的敏銳性和創(chuàng)造性。關(guān)鍵詞：直覺思維；靈感；方法場；知識組塊；結(jié)構(gòu)教學(xué)；直覺調(diào)控在物理學(xué)研究中，直覺思維是“以物理概念和物理表象結(jié)合而成的、具有整體功能的、以知識組塊為思維材料而進(jìn)行的思維，是人腦不借助于邏輯推理而綜合運用已有知識、表象和經(jīng)驗知覺，以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察事物的物理實質(zhì)，并迅速作出猜測、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維”。1(104)直覺思維在探索、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律過程中起著重要作用，有利于確定物理問題解決的方向和途徑。安培從電流磁效應(yīng)現(xiàn)象直覺到磁的成因是電流，提出了分子電流的假說，揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)；法拉第由電能產(chǎn)生磁的現(xiàn)象，根據(jù)審美直覺提出了磁也能產(chǎn)生電的假說，然后通過大量的實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；德布羅意根據(jù)作為波動的光具有位移性的事實，在審美直覺的驅(qū)動下大膽地提出了實物粒子也應(yīng)具有波動性的科學(xué)假說，從而建立了物質(zhì)波的重要概念；愛因斯坦更是一個具有極強直覺能力的科學(xué)大師，他在26歲和37歲時分別創(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(chǔ)上通過邏輯推理產(chǎn)生的，而是靠自己豐富的想象力、直覺和靈感，他說：“真正最可貴的因素是直覺?！薄拔蚁嘈胖庇X和靈感?！?中國科學(xué)院心理研究所有關(guān)腦部活動研究結(jié)果表明，靈感并不為少數(shù)“天才”所獨有，它是邏輯思維和非邏輯思維的有機結(jié)合。3由此看來，直覺是一種重要的創(chuàng)造性思維。為此，筆者運用思維學(xué)理論，探討直覺思維的特性和形式，結(jié)合自己的物理教學(xué)實踐，提出物理教學(xué)中直覺思維能力的培養(yǎng)方法和教學(xué)策略。一、直覺思維的特性（一）整體性直覺思維是綜合運用已有知識、表象、經(jīng)驗感覺，從整體上研究物理問題，從整體上把握物理對象和物理過程，把注意力和著力點放在物理問題的整體對外效應(yīng)上。在對物理問題作總體分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一種簡約、緊縮、有選擇和急速的推理思維，然后，以一種敏銳的觀察力、有根據(jù)的想象力和判斷力，以單刀直入的方式，一次從整體上揭示物理事物的本質(zhì)。1(105)（二）三維性直覺思維是一種直覺式、頓悟式的思維，它既不是物理經(jīng)驗和命題的簡單歸納和總結(jié)，也不依據(jù)形式邏輯的規(guī)則進(jìn)行思維，它沒有固定的思維程序與格式，而是跳躍式地考察物理問題。著名科學(xué)家錢學(xué)森指出：“如果邏輯思維是線性的，形象思維是二維的，那么，靈感思維是三維的?！?靈感思維的三維性，可理解為靈感思維比抽象思維和形象思維具有更大的自由度，具有以各種不同的方式加工處理頭腦中信息材料的可能性，獲得物理抽象思維和形象思維活動所不能得到的思維成果。（三）突發(fā)性直覺和靈感的產(chǎn)生往往是突發(fā)的，靈感既可以發(fā)生在為解決物理問題進(jìn)行苦思冥想時那種受主體指揮和控制的“現(xiàn)實思維”中，也可以發(fā)生在主體當(dāng)時并不在思考所要想解決的問題，甚至在某種漫無目的、不受主體控制的“潛意識”中。（四）隨機性直覺思維的隨機性具有兩方面的含義，首先，靈感的出現(xiàn)常常是人們預(yù)料不到的；其次，直覺思維的結(jié)果可能是正確的，也可能是錯誤的，它是對物理問題的直覺的猜測，其結(jié)論的正確性要靠實驗來檢驗。當(dāng)然，只有在主體積累了豐富的物理知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對物理學(xué)有濃厚的興趣和強烈的探究欲，具有較強的物理思維能力和靈活分析、解決問題的方法，并對某一物理問題經(jīng)過超常規(guī)的過量思考，才能產(chǎn)生直覺，顯現(xiàn)靈感?！斑^量思考是促成靈感到來的必經(jīng)階段?！?蘋果落地人人皆知，但只有牛頓才將之與物體間的引力聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律；在水中受到浮力作用，人人都有體驗，但只有阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力定律。二、直覺思維的形式（一）直覺直覺是運用有關(guān)知識組塊和形象直感對當(dāng)前問題進(jìn)行敏銳的分析、推理，并能迅速發(fā)現(xiàn)解決問題的方向或途徑的思維形式。在物理教學(xué)中，直覺有三種表現(xiàn)形式。1.直覺的判斷：指人腦對客觀存在的物理對象、物理現(xiàn)象、物理過程、物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律等的一種迅速的識別、直接的理解和整體的判斷。2.直覺的啟示：當(dāng)主體沉思于某一物理問題而百思不得其解時，突然某一時刻，由于一個偶然的外部刺激，使他“茅塞頓開”，直覺得出問題的答案或解決問題的方法或途徑。3.直覺的想象：當(dāng)研究某一物理問題時，外界提供的信息不充分，那么，主體充分發(fā)揮想象力，把大腦中的所有知識組塊和“潛知”調(diào)動起來，并進(jìn)行重新組合、加工，然后與原有的信息結(jié)合，從而把一個未曾料到的關(guān)系、模型、形象構(gòu)想出來。1(109)（二）靈感英國著名病理學(xué)家貝弗里奇認(rèn)為：“靈感是指對情況的一種突如其來的頓悟或理解?！卞X學(xué)森認(rèn)為，靈感是潛意識，當(dāng)醞釀成熟時突然溝通涌現(xiàn)于意識成為靈感。6筆者認(rèn)為，靈感是以已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，在意識高度集中之后產(chǎn)生的一種極為活躍的精神狀態(tài)，這時人的思維會對百思不得其解的問題，產(chǎn)生突發(fā)性飛躍和敏銳的頓悟，從而解決問題。物理學(xué)研究中引發(fā)靈感大致有兩種情形。一是外界偶然的刺激，包括得到哲學(xué)的啟發(fā)，得到大自然或生活經(jīng)驗的啟示，得到其他物理學(xué)工作者的啟示，得到相鄰學(xué)科的啟示，受到某種情景的觸發(fā)。二是物理概念、物理表象、物理方法等在大腦內(nèi)的相互作用，使得潛意識獲得足夠的“能量”，躍遷到顯意識。1(110)可見，直覺是在多次反復(fù)的抽象思維和形象直感的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，而靈感則是多次直覺的升華和結(jié)晶。直覺是創(chuàng)造的先導(dǎo)，靈感是創(chuàng)造活動的頓悟。三、直覺思維能力的培養(yǎng)方法和教學(xué)策略（一）重視結(jié)構(gòu)教學(xué)，形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)組塊思維能力首先，要掌握物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。布魯納提出：“結(jié)構(gòu)的理解，能使學(xué)生從中提高他直覺處理問題的效果?！睙o結(jié)構(gòu)零亂的信息難以形成直覺思維，當(dāng)有秩序、有結(jié)構(gòu)的信息從提供的信息中忽隱忽現(xiàn)時，就會活躍直覺思維。物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)是指物理學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法、觀念以及它們之間的相互聯(lián)系所構(gòu)成的理論框架。心理學(xué)上的格式塔學(xué)派認(rèn)為：知識的整體由部分構(gòu)成，但整體比部分之和的意義更大。要幫助學(xué)生理解物理概念和物理規(guī)律的內(nèi)涵、外延以及它們之間的聯(lián)系，將新知識納入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)；經(jīng)常幫助學(xué)生建立起單元、章節(jié)以及全書的整體框架，使物理知識系統(tǒng)化，形成合理的物理學(xué)科的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，積累組塊思維的材料，借此獲得直覺的判斷和聯(lián)想，進(jìn)而提高直覺思維獲得正確結(jié)論的概率。如，學(xué)過動能定理后可引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)如下圖所示的知識方法結(jié)構(gòu)，形成動能定理的組塊材料，學(xué)生不僅理解了建立動能定理的根據(jù)、內(nèi)涵和外延，而且掌握了動能定理的最佳應(yīng)用方向，在解決有關(guān)“位移類”動力學(xué)問題時，能憑直覺選用動能定理，作出簡捷的解答。例1.如圖1所示，一小木塊以初速從A點進(jìn)入粗糙水平軌道AB段，然后沿光滑豎直半圓軌道BC段運動，最后落到D點。已知AB=s，半圓軌道半徑為R，小木塊與AB段之間的動摩擦因數(shù)為。求小木塊最后落到D點時的速率。解：對小木塊從ABCD全過程，因AB段粗糙機械能不守恒，而動能定理適用，列式為：，。其次，要全面訓(xùn)練物理思維方法和物理研究方法。直覺思維是一種瞬間思維，它是形象思維與抽象思維的凝結(jié)、簡縮或躍進(jìn)。因此，整個高中教學(xué)要有計劃地全面介紹、系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的形象思維、抽象思維和直覺思維的各種方法與物理學(xué)研究方法。高中物理教材主要以知識邏輯發(fā)展為主線編寫，物理思維方法、科學(xué)研究方法和辯證哲學(xué)方法都是穿插于其間的，教師應(yīng)對這些方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和歸納，使學(xué)生獲得較系統(tǒng)的方法論知識。如研究物理事實用實驗觀察法；物理研究對象用抽象模型法；物理概念用總結(jié)歸納法；物理量定義用比值法或乘積法；發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律用實驗歸納法、演繹推導(dǎo)法和類比推理法等；分析復(fù)雜問題用等效法、理想化方法、假設(shè)方法、模擬研究和數(shù)學(xué)方法；相似問題用類比法；臨界問題用辯證法使學(xué)生頭腦中形成方法場，促進(jìn)直覺思維的發(fā)展。教學(xué)實踐證明，知識與方法的完美結(jié)合，通過應(yīng)用形成能力；物理知識、經(jīng)驗、方法、思想的積累和融合是產(chǎn)生靈感的先決條件。再次，要培養(yǎng)學(xué)生運用組塊思維的習(xí)慣。直覺思維是知識組塊與當(dāng)前問題相互作用的產(chǎn)物。知識組塊既可以是一個知識單元，還可以是一個問題類型或一個問題模式，但更多的情況是知識、方法和經(jīng)驗的濃縮，它作為一個整體被儲存、提取和應(yīng)用。組塊思維是直覺思維的主要表現(xiàn)，要在學(xué)生形成知識組塊的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練學(xué)生運用組塊思維的習(xí)慣：重視基本問題的教學(xué)，使學(xué)生掌握基本問題的類型、物理情景以及解法和結(jié)論；注意新舊問題的比較和聯(lián)想，將新問題轉(zhuǎn)化為舊問題，將舊問題的結(jié)論和方法遷移應(yīng)用于新問題；解決問題時通過理想模型的構(gòu)建，提供直覺思維突變的模塊，訓(xùn)練快速、正確解決問題并進(jìn)行組塊思維的習(xí)慣。實踐表明，通過物理系列問題的分析，總結(jié)出它們的共性，對訓(xùn)練學(xué)生的組塊思維，提高直覺遷移力是有利的。如，對動生電動勢產(chǎn)生機理和電磁流量計、霍爾效應(yīng)、磁流體發(fā)電機等問題的原理放在一起分析作比較，歸納出它們的共同點，等等。（二）重視整體分析，加強發(fā)散思維、優(yōu)化思維的訓(xùn)練，增強直覺調(diào)控能力第一，重視過程教學(xué)，增加對物理知識理解的深度和廣度。要重視物理概念、規(guī)律和物理問題的提出、形成或發(fā)現(xiàn)的過程教學(xué)，解決問題時要建立物理過程示意圖，幫助學(xué)生發(fā)揮直觀想象力。分析力學(xué)和電、磁場問題要畫受力分析圖、過程展示圖，定電流、電磁感應(yīng)問題要畫等效電路圖，等等，逐步積累直覺思維的經(jīng)驗。如，對碰撞過程的微觀展示與分析，如圖2所示，7有助于學(xué)生對“彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞定義、所遵循規(guī)律”的正確理解：彈性碰撞兩小球經(jīng)歷壓縮階段和恢復(fù)階段，從狀態(tài)變化到狀態(tài)，兩小球完全恢復(fù)形狀，碰撞過程中不僅動量守恒，而且機械能守恒（壓縮階段有部分動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，恢復(fù)階段這部分彈性勢能又逐漸轉(zhuǎn)化為動能），所以碰撞前后動能相等；非彈性碰撞從狀態(tài)變化到狀態(tài)，不能完全恢復(fù)原狀，碰撞過程中只有動量守恒；完全非彈性碰撞只有壓縮階段，從狀態(tài)變化到狀態(tài)，動量守恒，但絲毫不能恢復(fù)形狀，壓縮階段減少的動能不是儲存為彈性勢能，而是由于內(nèi)摩擦全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能了，因此，碰撞過程中機械能不守恒，而且動能損失最大。學(xué)生在頭腦中建立了碰撞過程動態(tài)的形象直感，對三類碰撞所遵循規(guī)律的微觀機理有深刻的認(rèn)識，形成碰撞模型的知識組塊，在分析其他類碰撞問題時必然表現(xiàn)出直覺判斷力。第二，重視整體分析，增強宏觀直覺調(diào)控力。在解決物理問題時，從宏觀上對問題作整體分析，抓住物理問題的框架結(jié)構(gòu)和本質(zhì)關(guān)系，確定解決問題的總體思路和途徑，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大跨度、大步驟的整體思維，培養(yǎng)跳躍式思維能力。如研究對象整體化、物理過程全程化解題方法的應(yīng)用，有利于增強宏觀直覺調(diào)控力。例2.如圖3所示，固定斜面AB下端與光滑圓弧軌道BCD的B端相切，圓弧軌道半徑為R，圓心O與A、D在同一水平面上，COB=?，F(xiàn)有一個質(zhì)量為m的小物體，從斜面上的A點無初速滑下，已知小物體與AB斜面的動摩擦因數(shù)為。求小物體在斜面上能夠通過的總路程。解：從全過程出發(fā)，每當(dāng)小物體在斜面上滑動時，由于摩擦發(fā)熱均要消耗機械能，使小物體的最大高度不斷降低，當(dāng)在B點以下光滑圓弧軌道上滑動時機械能守恒，小物體左右振動最大高度不再降低。根據(jù)能量守恒定