物理教学中直觉思维的认知机制和培养

袁 珍 周诗文

（海南大学理学院，海南 海口 570228）

曾经爱因斯坦说过“真正可贵的是直觉”“我信任直觉”“我相信直觉和灵感”[1]。那么，“什么是直觉思维”“其认知机制是怎样的”“有没有教育价值”“如何开展直觉思维的培养”等等一系列问题，一直是教育学家、心理学家和科学家所关注的问题。当前关于直接思维的机制有两种代表性的学说，一是“知识组块说”，这种观点认为直觉思维的实质是运用有关知识组块对当前问题进行分析及推理，以便迅速发现解决问题的方向或途径的思维方式[2]。另一种观点认为直觉思维实际上是图像把握或图像把握之前的情绪认知，即“图像说”[3]。为此，笔者通过文献和教学实践研究，认为直觉思维是一种逻辑和非逻辑相互交织的量子化行为。

一、直觉思维的认知机制

直觉思维是人们对所需解决的物理问题在积累了丰富的物理知识及经验的基础上，并且进行了超常规的过量思考，因而能在一闪念间对困惑不解的问题以高度省略、简化、浓缩的方式洞察到事物的本质，并且迅速作出猜测或突然领悟的思维。部分学者认为这种瞬间解决问题的操作方式，实质上是运用有关知识组块得以完成的。知识组块是人们经过反复练习而熟练、具有极易激活性能、集成了的程序化知识和技能。由于集成度极高因而解决问题的过程表面看无须逻辑加工，推理能一蹴而就。可是从知识组块的产生来看，它是通过一步步推理而得到的。因此，从一定意义上来说，直觉思维是一种逻辑性推理。邢红军教授对这种非逻辑性的推理观点提出了质疑，提出了“图像说”，他认为直觉思维是采取图像的认知方式来解决问题。由于图像把握既不受“时间顺序”的束缚，又不受“逻辑顺序”的束缚，可以一览无余地把握构成事物的各种要素。因此，在客观事物细节尚未分明的情形下利用直觉思维具有跨时空的性质能对整个事物内隐地感知而直达事物的本质。由此可见，直觉思维本质上是一种非逻辑推理。

仔细分析两种对直觉思维认知机制[4]的观点，不难发现两种观点都承认直觉思维具有整体性，采取整体把握的方式来解决问题，因而能简约急速地把握解决问题的方向和途径。其次，直觉思维具有突发性和随机性，通常是意识无法控制和预测其发生时空和结果的。两种观点的焦点在于对直觉思维认知机制的解释相异，因而对其实质的判定也相异。笔者认为“知识组块说”解决了直觉思维处理问题的运行程序——高度集成的“知识组块”，从逻辑上讲符合我们的期望；但其调用方式、集成状况极其复杂，难以明确化，因而我们又陷入非理性的认识之中。“图像说”解决了直觉思维运作信息表征编码的形式——知识技能图像化；但对图像形成的根源还有待于深入。综合两种认知机制笔者假定，直觉思维是大脑运用有关“知识组块”程序对物理现象或问题进行以图像编码式的信息处理加工过程，其中包括“知识组块”程序在内的大部分信息都是以图像方式进行表征的。由于图像具有三维性、动态性能同时蕴含大量信息，因而便于对事物进行整体和动态把握；而处理问题的程序“知识组块”也图像化了，因此大脑调用程序时迅速快捷，以至于解决问题时或产生新的联想时我们无法把其过程显现出来，这一信息处理过程可称为逻辑处理过程。另一方面，直觉思维是在人脑内部储存信息与外部信息相互作用和影响且双方满足一定边界条件时，人脑潜意识与显意识由于获得某种“能量”能够相互涌现、渗透达到相互交融的纠缠状态，从而发生的一种思维跃迁，这一过程可称为非逻辑处理过程。当然，发生这种跃迁是需具备量子化跃迁条件的，这需要我们进一步研究。

二、直觉思维认知机制的教育价值

“知识组块说”指出直觉思维地产生源于主体对与其研究的物理问题相关的知识和技能积累过较熟练的经验和丰富的体验，以至于集成为知识组块。可见，知识组块的迅速灵活调用是直觉思维形成的载体。这一点为我们在教育过程中培养学生的直觉思维能力指明了训练方向——构建知识结构、组建知识模块、形成整体功能；同时还给直觉思维“天生论”有力地回击。这将更加坚定我们对学生进行直觉思维能力培养的信心。而“图像说”则丰富了我们对直觉思维认知方式的理解。我们知道人接收的信息大约70%来自视觉，图像能承载的信息量极大，可同时容纳事物的各个要素，主要引发视觉图像思维。这就启示我们教学时可以采用图像表征知识和技能，并且要求学生在大脑中形成丰富的物理图景，养成运用物理图像进行思维的习惯。另一方面，两种认知机制都认为直觉思维是从整体上来把握事物，进而洞察其本质，从而解决问题。而解决问题的过程中，当人们具有多个选择时，或逻辑思维中断时，或在分析认为所未知的领域时，直接思维都可以帮助人们挣脱惯性思维的束缚，搭起解决问题的桥梁，迅速地对物理问题作出选择。这种“高屋建瓴”的思维方式实际上启迪我们在教学过程中可以加强整体分析，把研究对象整体化、物理处理过程全程化，以便增强宏观直觉调控能力。

三、直觉思维能力培养的方法和策略

“知识组块说”提出的直觉思维能力培养的方法和教学策略有三点：重视结构教学，形成合理的认知结构，培养知识组块思维能力；重视整体分析，加强发散思维、优化思维的训练，增强直觉调控能力；鼓励大胆猜测，打破思维定式，提高直觉敏锐性和创造性。而“图像说”提出的教学建议有：赋予直觉思维以合理的地位，有结构地呈现教职工材，使学生在头脑中建立丰富的物理图像，鼓励有组织的推测。综合两种观点，个人认为直觉思维能力的培养可以具体从以下几个方面来实施。

（一）渗透物理学史，启发学生的直觉思维

回顾物理学的发展，发现每次的重大突破都离不开直觉思维。因此在讲解物理问题时，我们可以借助于物理学史的一些典型规律的发现中直觉思维的所起的重大作用，逐步引导启发学生培养直觉意识。例如，我们在开展近代物理学教学时，可以回顾光学中“波粒”二象性之争的几百年历史。光的干涉和衍射现象证明了光的波动性，光电效应和康普顿效应却与波动性是相违背的，然后普朗克高度集成的“知识组块”，大胆地提出了能量子的概念，随后爱因斯坦在普朗克的“知识组块”的基础上进一步提出了光量子的概念，恢复了光的粒子性。在他的启发下，德波罗意进一步提出了物质的波，使人们认清了微观世界的波粒二象性，从而建立量子力学。通过像这样的物理规律发现过程的引导，有助于帮助学生形成对直觉思维具体直观的认识，从中领会直觉思维的猜想是依托于深厚的知识底蕴的，促使学生从方法论的高度进行构建知识、整合知识，并且从科学家的直觉智慧中受到熏陶，为自己主动养成直觉思维的习惯奠定良好的心理基础。

（二）运用探究式教学，引导学生进行科学猜想

不管是研究性学习，还是探索性学习，人的大脑思维都经历了“问题—假设—推演—验证—反馈”思维过程。在这一过程中，问题和假设的提出实际上就是一个大胆的猜想过程。猜想也是直觉思维的一种表现方式，猜想能力的培养既可以训练学生的直觉推理能力，也可以培养学生直觉思维能力。但是猜测能力的培养不是一蹴而就的，它是在对研究的对象或问题进行逻辑的分析，比较、联想、类比、归纳等一系列的思维活动的基础上，结合已有的规律，并作出一直符合情理的推测。这是一个高级的直觉认知过程，通常与逻辑思维相辅相成。这就需要教师在教学过程中，要改变传统的物理教学模式，引导学生从问题出发，让其思维与问题相关联，引入探究式教学法。例如，在讲万有引力定律时，我们知道物体与地球之间存在引力作用，月球与地球之间也存在引力作用，那么这是否是同一种性质的力呢？引导学生比较思维，大胆猜想，让学生突然间顿悟：哦，原来这就是同一种性质的力呀！而在学习完万有引力之后，我们进入电磁学学习时，我们可以试图引导学生分析：既然万有引力的大小是与两个物体的质量成正比，而与两个物体之间距离的平方成反比，那么两个静止的电荷之间又有怎样的规律呢？是否具有相似的规律？通过一系列的设问，引导学生从问题出发，让其思维与问题相关联，鼓励学生大胆的猜想，引导学生积极地参与到教学中来，从而促进直觉思维能力地提高。

（三）增强学生物理审美意识，促进直觉思维的产生和提高

物理问题中的物理美感无处不在，探究事物的美感，不仅可以愉悦人的身心，陶冶情操，还可以促进直觉思维的产生和提高。70%的科学家认为现代科学研究是有美感直觉的，正是这种美感直觉推动着他们不断地开展直觉思维，从而产生联想、猜想、类比等一系列的思维活动。许多物理规律的发现也是在审美意识中产生的，例如冯．卡门就是意大利的博物馆观看一幅画着圣．克里斯朵夫掮着幼年耶稣过河的油画时，带来了突然而现的灵感，从而解决了困扰普朗特多时的问题，得出了卡门涡街理论问题。因此，物理学的教育中，应该包括审美能力教育。审美能力的提高能够激发学生的学习兴趣，反过来会促进直觉思维能力地提高。实际上，“图像说”也反映的美感教育在物理教学中的重要性。

（四）提高教师自身素质，正确认识直觉

以上三个方面策略能够实施的前提条件是教师在培养学生的直觉思维方面要起到领导性的榜样作用。因为学生的学习实际上是从模仿开始的，教师在课堂中刻意地运用直接思维，从而能够引导学生在遇到问题时能够首先对知识进行检索、迁移和应用。而教师的直觉思维的应用需要自身首先具备坚实的理论功底，专业的科学素养以及对日常美的发现和欣赏，大胆地尝试直觉思维，并且验证直觉思维过程的正确性。而这些都不是一日之功，需要教师通过长年的日积月累，自我体验和反省，不断提高自身的科学素养，最终实现教师的教法向学生的学法转化，真正意义实现了直觉思维的培养。

总之，直觉思维的培养要从教师的教和学生的学两方面来实施。首先，教师要善于适时搭建直觉思维的平台，学生则要勇于抓住机会锻炼和展示自己的直觉推断力，不怕犯错误，师生双方对运用直觉思维得出的结论要执宽容平和之心。其次，教师要勤于有结构地组织和呈现知识，启发学生利用类比迁移、联想等方法同化和顺应各类知识；学生则要通过建构形成知识链和知识网络，使同类知识模块化、异类知识集成化，养成运用知识组块进行思维的习惯。只有两者互相配合、融合，才能真正意义上实现直觉思维的培养，并与逻辑思维相互补充，最终达到解决物理问题的目的。