物理学习中的直觉思维方法及其培养

直觉思维作为一种认识过程和思维方式，与形象思维、灵感有着密切的关系，但有本质差异，直觉有赖于形象，但直觉思维凭借的并不仅仅是事物的形象；直觉思维包括科学创造中的灵感状态，而灵感并不能概括所有的直觉思维。纵观科学家的发明创造史，直觉思维存在下面三种突出的表现：直觉的判别、直觉的想象和直觉的启发。直觉的判别是指人脑对客观存在的实体、现象、词语符号及其关系的一种迅速的识别、直接的理解和综合的判断，这种理解和判断不是分析性的，而是直接对整个形势作出的把握和概括性的决策。如 1904 年汤姆生提出“电子浸浮于均匀正电球中”的原子模型后，卢瑟福与盖革一起做了α粒子散射实验，对实验中“大多数α粒子散射角度很小，只有少数偏角很大，甚至有个别α粒子被金箔反弹回去”的现象，盖章总试图以汤姆生模型加以牵强附会的解释，而卢瑟福则敏锐地意识到α粒子大角度散射的重要性，而尚去寻找理论依据的前提下，他当即催促其学生马斯登重做这种“愚蠢的实验”，进一步的实验确认后，卢瑟福果然决断：只有承认原子有核，才能解释α粒子大角度散射实验，就这样，崭新的、为原子物理学和核物理学的发展奠定了最重要基础的原子核式结构模型，便应运诞生了。在科学中上，当科学家处在科学发展的转折点上，需要对整个科学的发展作出决定时，这种直觉的判断更能显示出它的重大意义。
     2．直觉的想象当人们研究某一问题时，外界提供的信息不充分，具有许多空白点，那么，直觉的想象力就可以把人脑中的“潜知”充分调动起来，进行崭新的组合，从而把一个未曾料到的关系、模型构想出来，这里所谓的“潜知”，是指人们从童年开始就从经验中获得，由于时间的变迁而下沉到意识深处的信息。1927年诺贝尔物理学奖金得主威尔逊的成功，就是一个极好的说明，青年时期，威尔逊曾到过英国本内维斯峰天文台消闲数周，山上云雾飘渺的奇景，给他留下了深刻的印象，后来，当卡文迪许实验室主任汤姆生向他提出需要一种能显现电子路径的仪器时，凭借着对大自然之瑰丽壮美的无比喜爱，他马上想到了天文台观察到的云雾，几经努力，威尔逊终于制造出“对于科学的进展的价值是无法估量的”（汤姆生语）云室。
     3．直觉的启发当研究者沉思于某一课题而许久不得其解时，突然在某一时刻，由于某一偶然的突发事件的出现，在他思考的问题之外猛然传来一个信息，有时竟会“茅塞顿开”，这就称为直觉的启发。历史上，阿基米德为了检验希洛王的金冠中是否掺了假，他在浴缸中顿悟起“排水法”，并进而发现了浮力的规律，在科学史上有不少类似的例子。既然物理学的普遍定律很多是通过直觉思维获得的，那么，在物理教学中应该重视对学生直觉思维能力的培养。在物理教学中怎样才能培养学生的直觉思维能力呢？1．建立扎实、广阔的知识基础。事实证明，具有广泛的目的相邻或相距较远的知识结构，将会更有条件使人跨越或涉足科学的无人区。1973年诺贝尔物理学奖金得主贾埃弗，具有机械工程、电气工程、军事工程、哲学、政务等一系列正规的知识背景，所以，一当他迷上物理后，便大胆而果断地“让隧道效应与超导现象幸福地联姻”，发现了超导体中电子的隧道效应，并从理论上预言了超导电流通过隧道阻挡层的可能性，从现代科学发展的分化、渗透、综合一体化的趋势看，未来需要通才教育，不只是重视物理学科的学习，要广泛地涉猎多门学科，自然科学、社会科学……，建立起创造性直觉思维应备的完整的知识基础。
     2．建立知识结构，提高直觉产生概率合理的知识结构，有助于学生的思维，由单维型向多维型转变，形成一种网络思维：多条思维的交叉甚至冲突，并藉此获得直觉的判断或联想，优秀的学生在解决物理疑难时，并不急于试用什么思路、方法去寻求解，而是在读题后，先画出描绘物理过程的示意图，然后睹图凝思，就会对解题的要领和途径作出迅速而正确的选择，尽管这时他对解题的具体细节可能还不清楚，显然，在这种直觉思维的背后，示意图作为一种知识结构发挥着“突出实质、显示关键”的重要作用。物理学习中，应经常建立起单元、章节以至全书的整体结构框架，经常将所研讨的习题归类，总结出一般规律和特殊方法，在此基础上，直觉思维能力才会健康成长。
     3．培养勤思善论的良好习惯。如果没有思维的敏捷、灵活和迅速，他们的创造性直觉思维能力是难以提高的，在物理学习中，进行当场、定时、公开、竞争式的各类测试训练，是培养灵敏思维、快速决策的可行措施，在这种过程中，要大胆地对题目可能的答案迅速作出反应，提出猜测。很多教师不喜欢思维跳跃、直觉判断的学生，而偏爱循规蹈矩、渐进思索的学生，这无形中挫伤了学生科学创造的自信心。“具有许多思想的人，应当有胆量把它们大声说出来，”演讲与辩论，不仅能理顺自己的思路，澄清判断中的错误，而且更容易激发自己的直觉思维，在物理学史上，量子力学的最基本原理，即著名的测不准关系，正是由于海森堡与薛定谔、海森堡与玻尔之间进行了长期的、激烈的争论后，在海森堡的脑海中骤然腾现出的创造性思想。
     4．加强物理学史学习，培养科学的思维方法和优良的思维品质。了解物理学家发明、发现的历史真相，知道他们成功的经验和失败的教训，学习到科学家严谨的科学作风、持之以恒的精神和自然科学研究方法，并认识到科学创造过程中直觉思维的普遍存在性，为主动养成直觉思维的习惯奠定心理基础。在现代物理学中，玻尔从设身处地研究金属的电子论，到领悟出原子结构的量子化模型、思索了近四年时间；德布罗意从开始思考光的波粒二象性，到 1923年蓦然意识到应将光的波粒二象性推广到到一切物质微粒中去，耗费了十余年的心血；从1923年产生希望的萌芽，到1932年发现中子的存在，查德威克经历了苦苦九年的寻找……，学习物理史，以科学家坚韧不拔、奋力拚搏的创造精神培养持之以恒的优良思维品质，这是发展直觉思维的必要步骤。
     5．培养科学美感。在物理新理论的建立和选择中，科学家对美的考虑，往往决定着理论的取舍，这就是人们常说的以美取真。在中学物理教材中，这方面的素材很多。例如，古人认为连续、对称的变化才是和谐完美的，所以当人们发现了电流的磁效应后，便普遍直觉到磁生电的必然性，因此便产生了法拉第电磁感应定律，若学生对物理知识的美感产生了共鸣，就有可能使他在物理学习和探索中产生可贵的直觉思维，正由于科学美感影响着人们的直觉思维，所以，科学美学应用为一种科学的世界观和方法论纳入我们的物理教学中来。应该指出，虽然直觉思维具有非逻辑的特征，但它一定是人们在对问题进行了大量的实际探索和逻辑推论之后产生的，而且，由直觉思维得到的东西还必须经过实践检验才能成为真理。