物理教學中發揮學生直覺與“猜想”的積極作用

摘 要：直覺思維是一種創造性的思維，是知識積累到一定程度基礎上發生的。本文首先論述了直覺的概念與特征，即發散性、頓悟性、或然性與綜合性；并論述了直覺思維引發猜想，通過邏輯、事實或實驗驗證猜想，是學習、研究中學物理問題的創新途徑；最后提出了中學物理教學中直覺思維能力的培養途徑。

關鍵詞：創新思維 直覺 猜想 能力培養

人類的創造性思維具有多種形態，與其它創新思維相比，直覺是一種更高形態、更具特色的創新思維，在中學物理教學活動中具有極其重要和不可替代的地位。但長期以來，中學物理教學十分重視邏輯思維能力的培養，而忽視了直覺思維的研究與運用，筆者認為，在中學物理教學中培養和發揮學生直覺與“猜想”的積極作用具有十分重要的意義。

一、直覺的概念與基本特征

對于直覺，中外科學家都有所研究和論述。從心理學的角度來看，“直覺是指對情況的一種突如其來的頓悟和理解”，①“直覺實際上是一種再認”。②從生理學的角度來看，“直覺是指沒有明顯地依靠個人技巧的分析器官掌握問題或情境的意義、重要性或結構的行為”。③從直覺與邏輯的區別來看，“邏輯是證明的工具，直覺是發現的工具”，④“直覺是研究人員未經漸進的精細的邏輯推理，而以簡化的邏輯程序作出的推斷”。⑤從本質來看，“直覺是一種潛意識（下意識）”⑥，“直覺是一個人對事物發展變化的一種洞察力”⑦，故而，物理學家愛因斯坦稱贊說：“研究真正可貴的因素是直覺思維。”并指出：“物理學按其本質是一種直覺的科學，理論物理學家應憑借對直接經驗的直覺，運用假說思維方法提出假說，即必須首先發現原理，然后從這些原理指導出結論。”⑧根據自身教學實踐體會，筆者認為，所謂直覺，就是指在知識不斷積累的基礎上，面對某個物理現象與實驗，不是按照邏輯的思路，而是人的大腦遇急思維被大腦內所貯存的信息所激活，因而洞察物理現象與實驗本質的瞬間過程。

直覺具有諸多屬性，其本質屬性概括起來主要表現在以下幾個方面：一是發散性。在中學物理教學和實驗中，在外界提供的信息和條件不一定充分的前提下，人們的思維留下了許多難以貫通的關鍵點，運用正常的邏輯思維和推理，難以得出正常的結論，這時就須運用發散性的直覺思維加以解決。這種發散性思維，不是胡思亂想，而是在知識積累基礎上的頓悟，在發散性思維中，從已知的信息瞬間求得未知的判斷。二是頓悟性。人的知識是一個不斷累進的過程，在這個基礎上，當物理教學和實驗中某個問題急需求得結論，相關的知識在大腦中被瞬間激活，跨越了邏輯思維的程序和“峽谷”，這個過程的發生和停留的時間短暫，稍縱即逝。這是直覺思維的典型特征，沒有知識的累進，就不可能有這種頓悟。三是或然性。直覺思維作為一種思維活動，來源于人們對物理現象和實驗的感性直觀，它的發生、發展受到人們的知識累進和理性思維的影響和限制，往往缺乏嚴密的邏輯支持。直覺思維具有或然性，往往引發猜想，但這種猜想需要通過邏輯、事實或實驗來加以論證。四是綜合性。直覺是對物理現象和實驗的總體感悟，而不是對物理現象和實驗細枝末節的直觀感覺。全局把握事物的能力是長時期知識積累的結果，直覺是以整體“通路”呈現出來，因而綜合性地把握物理現象和實驗的全局是直覺的又一個重要特點。

直覺的來源并不是憑空而生的，而是學生多年積累知識、經驗與當前實際問題相碰撞而瞬間產生的思想火花，雖然有時人們無法說清楚究竟是哪些知識、經驗參與了瞬間直覺過程，但是，學生已有的知識、經驗是產生直覺思維的基礎。一般而言，學生對于某一部分的物理知識越熟悉，經驗越豐富，理解越透徹，就越容易產生直覺。離開了已有的知識、經驗，直覺就會成為無源之水、無本之木。

毋庸置疑，直覺也是有一定局限性的，在中學物理教學中，并不是所有的直覺都是正確的，直覺思維是否對路，還需要依據邏輯、事實和實驗來證明。

二、直覺在中學物理教學中的作用

在提倡素質教育的今天，中學物理教學中的不少教師還常常照本宣科、機械推導或簡單地、過早地把結論灌輸給學生，以致學生很難接受抽象的知識點，很難設想物理學家當初是怎樣發現和歸納原理的。許多教師并不了解物理學家的發現首先是要經過非邏輯的直覺想象的過程，更不認為學生在學習的過程中也需要像物理學家那樣有一個“發現”的過程。“填鴨式”的教學，使得學生學習缺乏主動性，學生創新意識的激發、創新思維的培養缺少時機、條件和氛圍，從而導致課堂教學缺少生氣。反之，在中學物理教學中安排一定的直覺思維階段，讓學生順著知識的發生過程運用直觀去展開聯想、猜想和思考，從中感悟創新的過程，則學生興趣濃厚，情緒高漲，會享受到一種從未有過的創新感受、樂趣，教學效果常常會事半功倍。

“直覺是一種人們沒有意識到的對信息的加工活動，是在潛意識中醞釀問題而后與顯意識突然溝通，于是一下子得到了問題的答案”。⑨我國著名科學家錢學森就充分肯定直覺在科學發現中的積極作用。運用直覺常常能激發學生的學習興趣。例如：曾有教師在教學“平面成像”知識點時，并不是讓學生按照書本要求做實驗，也不是直接給出結論，而是讓學生把手放在平面鏡前移動，讓學生觀察、思考手與手在平面鏡中的像的大小關系以及位置的關系，這就引發了學生猜想的極大興趣，當學生提出種種猜想后，教師再讓學生利用提供的物理實驗器材設計一個實驗來證明自己的想法。這一過程的實質就是一個直覺過程，安排這一過程，使學生由被動接受知識變為主動探索追求。

普朗克說：“每一種假說都是想象力發揮作用的產物，而想象力又是通過直覺發揮作用的。”⑩直覺思維常常引發猜想，通過邏輯、事實、實驗對猜想加以驗證，是學習、研究和理解中學物理問題的創新路徑。牛頓也曾說：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發現。”牛頓關于光的微粒說，盧瑟福關于原子的核式模型，惠更斯關于光的波動說、光的電磁說等都是根據一定的事實進行猜想，然后用實驗進行證明而取得的。在中學物理教學中，讓學生通過觀察與實驗，直觀與想象、歸納與類比，探詢規律、尋找結論，這是培養學生直覺思維能力的有效辦法。例如單擺周期公式教學中，教師可以先提出“單擺的周期可能與哪些因素有關”的問題，引發學生的猜想，學生直覺之后可能會回答“單擺的周期可能與擺長有關”、“單擺的周期可能與擺角大小有關”、“單擺的周期可能與重力加速度有關”、“單擺的周期可能與擺球的質量有關”，教師進一步引導學生通過實驗來對諸多猜想加以檢驗，最后證明單擺周期與擺長、與當地的重力加速度有關，與擺球的質量、擺角大小無關，因而順理成章地得出公式T=2π 。

在中學物理教學中，物理問題的提出，規律的發現，乃至選擇什么知識解決實際問題，怎樣透過現象認清本質，應盡量及時引領學生發揮直觀作用，大膽進行猜想，但教師應注意引領學生直觀的發揮。在引入“電流的磁場”時，先讓學生猜測“雷擊發生時，正在航海的船上的羅盤針發生了偏轉，是什么原因？”在學生直觀、猜想的基礎上再設計實驗證明之。又如學習“串聯電路和并聯電路的電流特點”這一規律時，先讓學生類比水流進行猜測，再用實驗證明之。有時也要有意安排一些學生可能猜錯的“陷阱”問題，能用冷水使燒瓶中的熱水沸騰嗎？絕緣體能夠導電嗎？重為5N的水能產生10N的浮力嗎？這些問題的提出，可以激發學生的求知欲，使其大腦儲存的信息被激活，在直觀作用下，進行大膽猜想，再用實驗佐證。一系列實驗使學生明白：直覺可貴而不可靠，直覺思維水平會在訓練中不知不覺地得到較大提高。

中學物理教學實踐證明，如“壓強的概念”、“歐姆定律”、“牛頓第二定律”、“動量守衡”等幾乎所有的知識教學都可以安排一定的直覺階段，只要遵循知識積累與形成規律、遵循學生智力發展規律并掌握好教學的生動與進度，就能同時促進學生的直覺思維和邏輯思維的發展。

三、培養學生直覺思維能力的具體路徑

直覺思維能力不是天生的，而是知識不斷積累的過程。直覺思維能力需要培養，才能發掘并不斷提高。培養直覺思維能力的路徑有許多，筆者認為主要可以從以下幾個方面著手：

第一，通過物理學史上的生動事例加強學生對直覺思維的認識。

縱觀物理學的發展史，許多事例證明，物理學上的許多重大突破，往往是發端于直覺思維的，教師可以在教學中穿插例舉這些事例，讓學生對物理學知識感興趣，同時加強學生對直覺思維的認識。例如：阿基米德在浴室洗浴的時候發現了浮力，找到了辨別王冠真假的方法；在丹麥奧斯特發現電流磁效應之后，從1824年至1828年，法拉第猜想既然電荷可以感應周圍導體導體使之帶電，磁鐵可使感應鐵質磁化，那么，電流產生的磁同樣能感應出電流來，通過大量的實驗，終于發現了電磁感應現象；安培從電流磁效應現象直覺到磁的成因應是電流，提出了分子電流的假說，揭示了磁現象的電本質。這些物理學發展史上的生動事例，本身就帶有濃郁的傳奇色彩，能很快吸引學生的注意力，順勢導入知識點，學生能較快接受，在潛移默化中感受直觀知識。常年教學活動中不斷穿插講解，有助于學生對直覺的感性認識，對于他們養成和運用直覺思維很有幫助。

第二，不斷培養學生物理學習中的多種直覺思維能力。

直覺思維有多種形式，主要有直覺判別、直覺想象、直覺啟示。學生直覺思維能力的養成，不是一蹴而就的，需要對學生不斷由淺入深地加以訓練。

直覺判別是對物理事物的一種快速識別，是一種非邏輯性的識別，是知識累進基礎上逐漸養成的一種識別能力。直覺判別相當于人們常說的洞察力。在物理學發展史上，繼貝克勒爾發現放射性后，居里夫人直覺“放射性”的價值，于是將自己的研究轉入放射性研究，在實驗研究展開不久，她直覺判別放射性不是物質的化學性質，而應在原子的更深層次。不僅鈾有這種特性，其他元素也應該有。當發現了鈾和釷的放射現象后，她直覺應該有比鈾、釷放射性更強的元素，于是又發現了鐳。幾乎每個物理學家都是憑著高度的直覺判別力，在對研究對象有了初步印象，進行大膽猜想后，再加以邏輯、事實、實驗佐證，經過艱難的努力，最后發現新的理論。也就是說，物理學新理論的發現，往往直覺判別立下了頭功。因而愛因斯坦說：“物理學最高使命是得到那些普遍的規律，而通向這些規律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種對經驗的共鳴的理解為依據的直覺，才能得到這些規律。”{11}直覺判別的養成路徑，一要不斷積累物理學知識，使學生頭腦中充滿物理學的符號與圖象；二是通過物理學史上直覺判別事例的精心講解，使學生了解什么是直覺判別；三是加強對學生直覺判別的有目的、有意識的訓練。

直覺想象是在直覺判別的基礎上，跨越邏輯鏈，對于未知的物理知識領域進行合理的聯想、思考和探索的探索過程。一般而言，當研究者要研究某個物理問題、外界并沒有提供充分的信息時，大腦會在已有的知識基礎上發揮充分想象力，借助于想象，用猜測、假想來溝通已有的知識和未知的通路，形成一定的結論，然后再通過邏輯、事實、實驗加以佐證。愛因斯坦的相對性理論實驗、升降機理想實驗、伽利略的斜面實驗等，都是借助直覺想象完成的。直覺想象在人們發現物理奧秘中起到了重要的作用，是人們憑借已有的知識經驗探知未知領域的重要思維方式。直覺想象的養成路徑，一是聯想和模擬物理學家在物理發現過程中的直覺想象，讓學生充分了解直覺想象的重要作用；二是在逐漸形成直覺判別的基礎上，不斷提升學生的直覺想象能力；三是養成直覺想象的良好習慣，逐漸培養較強的創新能力。

直覺啟示是在直覺想象基礎上，在陷入百思不得其解的時候，被外界的某種信息所激發而進入豁然開朗的境地的直覺思維狀態。在物理學史上，牛頓剛研究萬有引力定律時，對地球的真正形狀并不十分清楚，因而他得出地球是扁球形的見解，后來是受李希的啟示而打開了研究的思路。開爾芬“光杠桿”的發現，“威爾遜云室”的發明，都得益于自然界的啟示。他們都是在沉思某一問題“山重水復”之時，忽然從外界傳來某種信息刺激，使難以連接的思想通路頓時連接上了，整個問題的關鍵環節得到徹底解決。直接啟示在物理學發現、研究過程中，也是不可缺少的一環。直覺啟示是在深入某個物理問題研究、學習過程中，經過直覺判別、直覺想象之后，若能發散思維，若能加強與同行的交流，就能在瞬間獲得解決問題的靈感。

第三，選擇適當的物理習題對學生進行強化訓練。

解物理題，尤其是求解開放性、探究性的物理問題是一項創造性的智力活動。在進行這項工作中，直覺思維總是起著重要的作用，在解題中，解題者不存在有無直覺思維的差別，只有直覺思維參與多少、質量高低的差別。要提高學生自身的直覺思維能力，教師就必須注意有選擇地通過適當的題目加以直覺思維是強化訓練，不斷培養學生的直覺思維能力。例如選擇題，由于只要求從四個選擇中挑選出答案來，省略解題過程，容許合理的猜想，有利于學生直覺思維的發展。再例如實施開放性問題教學，也是培養直覺思維的有效方法。開放性問題的條件或結論不夠明確，可以從多個角度由果導因、由因索果，提出猜想，由于其答案的發散性，也有利于直覺思維能力的培養。

注釋:

①英國著名病理學家貝弗里奇的觀點。

②美國現代著名認知心理學家H·A·西蒙的觀點。

③美國著名教育心理學家J·S·布魯納的觀點。

④數學家彭加勒的觀點。

⑤吳岱明：科學研究方法學，湖南人民群眾出版社，1998年版。

⑥秦駿倫：創造學與創造性經營，中國人事出版社1996年版。

⑦吳岱明：科學研究方法學，湖南人民群眾出版社，1998年版。

⑧愛因斯坦文集，商務印書館，1977年版，第347頁。

⑨我國著名科學家錢學森的相關論述，參見《錢學森文集》，科學出版社，1991年版。

⑩普朗克，德國物理學家，1858年4月23日出生。從師于名家亥姆霍茲和基爾霍夫，年僅21歲即獲物理學博士學位，次年任慕尼黑大學講師，1885年任基爾大學特命教授。1912年任普魯士科學院院士。

{11}愛因斯坦文集，商務印書館，1977年版，第756頁。

參考文獻：

［１］愛因斯坦.愛因斯坦文集.商務印書館，1997年版.

［２］布魯納.教育過程.文化教育出版社，1982年版.

［３］錢學森.錢學森文集.科學出版社，1991年版.

［４］吳岱明.科學研究方法學.湖南人民群眾出版社，1998年版.

［５］全日制普通高級中學物理教學大綱.人民教育出版社，2006年版.

［６］秦駿倫.創造學與創造性經營.中國人事出版社，1996年版.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”