摘要：探討直覺思維的特性（整體性、三維性、突發性、隨機性）和表現形式（直覺、靈感），結合物理教學實踐提出培養直覺思維能力的方法和教學策略：1.重視結構教學，形成合理的認知結構，培養組塊思維能力；2.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；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造性。

關鍵詞：直覺思維；靈感；方法場；知識組塊；結構教學；直覺調控

在物理學研究中，直覺思維是“以物理概念和物理表象結合而成的、具有整體功能的、以知識組塊為思維材料而進行的思維，是人腦不借助于邏輯推理而綜合運用已有知識、表象和經驗知覺，以高度省略、簡化、濃縮的方式洞察事物的物理實質，并迅速作出猜測、設想或突然領悟的思維”。[1](104)直覺思維在探索、發現物理規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。安培從電流磁效應現象直覺到磁的成因是電流，提出了分子電流的假說，揭示了磁現象的電本質；法拉第由電能產生磁的現象，根據審美直覺提出了磁也能產生電的假說，然后通過大量的實驗，發現了電磁感應現象；德布羅意根據作為波動的光具有位移性的事實，在審美直覺的驅動下大膽地提出了實物粒子也應具有波動性的科學假說，從而建立了物質波的重要概念；愛因斯坦更是一個具有極強直覺能力的科學大師，他在26歲和37歲時分別創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上通過邏輯推理產生的，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。”“我相信直覺和靈感。”[2]中國科學院心理研究所有關腦部活動研究結果表明，靈感并不為少數“天才”所獨有，它是邏輯思維和非邏輯思維的有機結合。[3]由此看來，直覺是一種重要的創造性思維。為此，筆者運用思維學理論，探討直覺思維的特性和形式，結合自己的物理教學實踐，提出物理教學中直覺思維能力的培養方法和教學策略。

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上。在對物理問題作總體分析的基礎上，進行一種簡約、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。[1](105)

（二）三維性

直覺思維是一種直覺式、頓悟式的思維，它既不是物理經驗和命題的簡單歸納和總結，也不依據形式邏輯的規則進行思維，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。著名科學家錢學森指出：“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。”[4]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）突發性

直覺和靈感的產生往往是突發的，靈感既可以發生在為解決物理問題進行苦思冥想時那種受主體指揮和控制的“現實思維”中，也可以發生在主體當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，靈感的出現常常是人們預料不到的；其次，直覺思維的結果可能是正確的，也可能是錯誤的，它是對物理問題的直覺的猜測，其結論的正確性要靠實驗來檢驗。當然，只有在主體積累了豐富的物理知識和經驗的基礎上，對物理學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過超常規的過量思考，才能產生直覺，顯現靈感。“過量思考是促成靈感到來的必經階段。”[5]蘋果落地人人皆知，但只有牛頓才將之與物體間的引力聯系起來，發現了萬有引力定律；在水中受到浮力作用，人人都有體驗，但只有阿基米德發現了浮力定律。

二、直覺思維的形式

（一）直覺

直覺是運用有關知識組塊和形象直感對當前問題進行敏銳的分析、推理，并能迅速發現解決問題的方向或途徑的思維形式。在物理教學中，直覺有三種表現形式。

1.直覺的判斷：指人腦對客觀存在的物理對象、物理現象、物理過程、物理系統的結構、特征、規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，主體充分發揮想象力，把大腦中的所有知識組塊和“潛知”調動起來，并進行重新組合、加工，然后與原有的信息結合，從而把一個未曾料到的關系、模型、形象構想出來。[1](109)

（二）靈感

英國著名病理學家貝弗里奇認為：“靈感是指對情況的一種突如其來的頓悟或理解。”錢學森認為，靈感是潛意識，當醞釀成熟時突然溝通涌現于意識成為靈感。[6]筆者認為，靈感是以已有的知識經驗為基礎，在意識高度集中之后產生的一種極為活躍的精神狀態，這時人的思維會對百思不得其解的問題，產生突發性飛躍和敏銳的頓悟，從而解決問題。物理學研究中引發靈感大致有兩種情形。

一是外界偶然的刺激，包括得到哲學的啟發，得到大自然或生活經驗的啟示，得到其他物理學工作者的啟示，得到相鄰學科的啟示，受到某種情景的觸發。

二是物理概念、物理表象、物理方法等在大腦內的相互作用，使得潛意識獲得足夠的“能量”，躍遷到顯意識。[1](110)

可見，直覺是在多次反復的抽象思維和形象直感的基礎上產生的，而靈感則是多次直覺的升華和結晶。直覺是創造的先導，靈感是創造活動的頓悟。

三、直覺思維能力的培養方法和教學策略

（一）重視結構教學，形成合理的認知結構，培養組塊思維能力

首先，要掌握物理學科的基本結構。布魯納提出：“結構的理解，能使學生從中提高他直覺處理問題的效果。”無結構零亂的信息難以形成直覺思維，當有秩序、有結構的信息從提供的信息中忽隱忽現時，就會活躍直覺思維。物理學科的基本結構是指物理學的基本概念、基本原理和基本方法、觀念以及它們之間的相互聯系所構成的理論框架。心理學上的格式塔學派認為：知識的整體由部分構成，但整體比部分之和的意義更大。要幫助學生理解物理概念和物理規律的內涵、外延以及它們之間的聯系，將新知識納入原有的認知結構；經常幫助學生建立起單元、章節以及全書的整體框架，使物理知識系統化，形成合理的物理學科的認知結構，積累組塊思維的材料，借此獲得直覺的判斷和聯想，進而提高直覺思維獲得正確結論的概率。如，學過動能定理后可引導學生建構如下圖所示的知識方法結構，形成動能定理的組塊材料，學生不僅理解了建立動能定理的根據、內涵和外延，而且掌握了動能定理的最佳應用方向，在解決有關“位移類”動力學問題時，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為μ。求小木塊最后落到D點時的速率。

解：對小木塊從A→B→C→D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、簡縮或躍進。因此，整個高中教學要有計劃地全面介紹、系統訓練學生的形象思維、抽象思維和直覺思維的各種方法與物理學研究方法。高中物理教材主要以知識邏輯發展為主線編寫，物理思維方法、科學研究方法和辯證哲學方法都是穿插于其間的，教師應對這些方法進行系統的總結和歸納，使學生獲得較系統的方法論知識。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；物理概念用總結歸納法；物理量定義用比值法或乘積法；發現物理規律用實驗歸納法、演繹推導法和類比推理法等；分析復雜問題用等效法、理想化方法、假設方法、模擬研究和數學方法；相似問題用類比法；臨界問題用辯證法……使學生頭腦中形成方法場，促進直覺思維的發展。教學實踐證明，知識與方法的完美結合，通過應用形成能力；物理知識、經驗、方法、思想的積累和融合是產生靈感的先決條件。

再次，要培養學生運用組塊思維的習慣。直覺思維是知識組塊與當前問題相互作用的產物。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、方法和經驗的濃縮，它作為一個整體被儲存、提取和應用。組塊思維是直覺思維的主要表現，要在學生形成知識組塊的基礎上，訓練學生運用組塊思維的習慣：重視基本問題的教學，使學生掌握基本問題的類型、物理情景以及解法和結論；注意新舊問題的比較和聯想，將新問題轉化為舊問題，將舊問題的結論和方法遷移應用于新問題；解決問題時通過理想模型的構建，提供直覺思維突變的模塊，訓練快速、正確解決問題并進行組塊思維的習慣。實踐表明，通過物理系列問題的分析，總結出它們的共性，對訓練學生的組塊思維，提高直覺遷移力是有利的。如，對動生電動勢產生機理和電磁流量計、霍爾效應、磁流體發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，加強發散思維、優化思維的訓練，增強直覺調控能力

第一，重視過程教學，增加對物理知識理解的深度和廣度。要重視物理概念、規律和物理問題的提出、形成或發現的過程教學，解決問題時要建立物理過程示意圖，幫助學生發揮直觀想象力。分析力學和電、磁場問題要畫受力分析圖、過程展示圖，定電流、電磁感應問題要畫等效電路圖，等等，逐步積累直覺思維的經驗。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、所遵循規律”的正確理解：彈性碰撞兩小球經歷壓縮階段和恢復階段，從狀態Ⅰ變化到狀態Ⅴ，兩小球完全恢復形狀，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化為彈性勢能，恢復階段這部分彈性勢能又逐漸轉化為動能），所以碰撞前后動能相等；非彈性碰撞從狀態Ⅰ變化到狀態Ⅳ，不能完全恢復原狀，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Ⅰ變化到狀態Ⅲ，動量守恒，但絲毫不能恢復形狀，壓縮階段減少的動能不是儲存為彈性勢能，而是由于內摩擦全部轉化為內能了，因此，碰撞過程中機械能不守恒，而且動能損失最大。學生在頭腦中建立了碰撞過程動態的形象直感，對三類碰撞所遵循規律的微觀機理有深刻的認識，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出直覺判斷力。

第二，重視整體分析，增強宏觀直覺調控力。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構和本質關系，確定解決問題的總體思路和途徑，并在此基礎上進行大跨度、大步驟的整體思維，培養跳躍式思維能力。如研究對象整體化、物理過程全程化解題方法的應用，有利于增強宏觀直覺調控力。

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=θ。現有一個質量為m的小物體，從斜面上的A點無初速滑下，已知小物體與AB斜面的動摩擦因數為μ。求小物體在斜面上能夠通過的總路程。

解：從全過程出發，每當小物體在斜面上滑動時，由于摩擦發熱均要消耗機械能，使小物體的最大高度不斷降低，當在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。根據能量守恒定律可知

這是全過程直覺洞察、調控的表現。

第三，重視變式分析，增強思維發散力。在物理概念、規律教學中，引導學生多方位理解概念、規律的內涵，多角度體驗研究方法。習題教學中，經常選擇富有啟發性的問題，或者對某一問題采用多種知識途徑和方法求解，或者改變提問的角度、改變問題的條件、改變習題的類型等方式，把一個問題變化成多個問題，讓學生思考、分析，有利于培養思維的發散力。

例3.從不高的空中O點，以相等的速率朝著一切可能的方向，同時拋出若干個小球，試證：這些小球在落地前的任何時刻都處在同一個球面上。

解法一：以O點為坐標原點，在一個豎直面上建立平面直角坐標系，如圖4所示。研究該豎直平面上運動的小球在任意時刻都處在同一圓周上，命題即證。

設某個小球拋出時初速方向斜向上與軸正向的夾角為，則它在時刻的坐標為

設=，=；在任意確定時刻，、均有確定值，代入上述兩式，可得

上述兩式是圓心坐標為（0，-）、半徑為的圓的參數方程。表明圓心的位置沿軸向下以加速度作自由落體運動，而圓的半徑（=）隨時間成正比例增大。（節日的煙火，從遠處看有的像一個球的形狀，便是上述所證明的道理。）

解法二：設想各小球從O點拋出的同一時刻，從O點自由落下一物體P，以物體P為參照物，則因為平拋運動，斜上拋、斜下拋運動，豎直上拋、豎直下拋運動均可看作是初速方向的勻速直線運動和自由落體運動的合運動，以物體P為參照物，各小球自由落體分運動與參照物自身的自由落體運動抵消了，在P上觀察，各個小球向空間各個方向均作速度為的勻速直線運動，所以，任意時刻各個小球均處在以P為圓心，為半徑的球面上。

解法一數理結合推理嚴密，有利于提高學生應用數學解物理問題的能力。解法二運用假設法變換參照物，將運動合成思想、對稱思想融合在一起，方法巧妙，富有動感，表現出直覺思維的獨特性。

第四，加強優化訓練，增強直覺思維選優力。愛因斯坦認為，直覺是面對各種可能性作出正確選擇的重要能力。[2](89)通過力學教學，要使學生從整體上掌握力學主規律之間的聯系和特點（下圖表所示）。同時通過實例的分析與探究，總結出解題優選原則：解決滿足守恒定律條件的過程題選用守恒定律；解決與加速度直接有關的瞬時題選用牛頓第二定律；解決與時間直接相關的過程題選用動量定理；解決與對地位移直接相關的過程題選用動能定理；解決與相對位移直接相關的過程題選用能量守恒定律；一條規律解決不了時，再考慮其他規律和臨界條件、隱含條件以及幾何關系。

教學實踐表明，學生一旦領悟上述力學規律和解題規律性的本質，將表現出很強的針對實際問題運用組塊思維優化選擇規律解題的直覺判斷力。

（三）鼓勵大膽猜測，打破思維定勢，提高直覺思維的敏銳性和創造性

1.鼓勵學生大膽猜測

牛頓說過，沒有大膽的猜測就不可能有偉大的發現。猜測是一種合情推理，屬于綜合程度較高的直覺認識過程。布魯納說：“應該給學生一定的訓練，使之認清猜想的合理性。”[8]

第一，類比猜測。在物理學的發展過程中，類比明顯地起著啟示、探索、開路和創新的作用，許多新概念、新規律、新理論的提出借助于類比猜測。如類比水波、聲波猜測光波的性質；盧瑟福將原子結構與太陽系模型類比，猜測原子的核式結構模型，等等。同樣，在物理教學中，可以通過類比引導學生猜測。如萬有引力定律F=Gm1m2/r2和庫侖定律F=kQ1Q2/r2表達形式完全相同，因此，可讓學生猜測，萬有引力場與庫侖力場所具有的一些相同性質：重力場中因為重力做功與路徑無關，所以可以引入重力勢能的概念，物體在重力場中運動，如果只有重力做功，那么動能與重力勢能可以相互轉化，但總機械能守恒。電場中因為電場力做功也有與路徑無關的特點，所以，也可引入電勢能的概念，如果只有電場力做功，那么，動能與電勢能可以相互轉化，但它們的總和不變（即兩種場都具有能的性質）。在電場的教學中，精心設計教學過程，類比重力場讓學生猜測電場所具有的性質，實踐表明，對培養學生的直覺猜測、類比遷移能力是很有效的。有學生通過類比探索發現，浮力做功也有與路徑無關的特點，他引入了浮力勢能的概念，直覺地建立了包括浮力勢能在內的“類機械能守恒定律：物體在液體中運動，如果不考慮液體的阻力，只有重力和浮力做功，那么，動能、重力勢能和浮力勢能之間可以相互轉化，但它們的總和保持不變”。浮力勢能概念本身并不重要，但學生這種類比能力和直覺創新精神是值得贊揚的。

第二，審美猜測。從物理學的內容結構上看，以物質結構和運動為研究對象的物理學理論體系，呈現了異乎尋常的“對稱、和諧、簡潔、多樣統一”等形式美。[1](163)如運用“對稱性”解題，簡潔明快，直覺猜測、對稱美感蘊涵其中。在物理學中，物理模型、物體的運動、場的分布、電路和光路等，往往具有對稱的特點。這些都能促成直覺顯現，突破常規，開拓思路，使問題迅速而簡捷地得到解決，有時甚至一眼看穿得到答案。

例5.如圖5所示，一條長為l的細線上端固定，下端拴一個質量為m的帶電小球，置于方向水平、大小為E的勻強電場中。已知當細線離開豎直位置為角時，小球處于平衡狀態。求小球帶何種電荷，帶電量為多少？如果使細線的偏角由增大到，然后將小球由靜止釋放，則角多大時，才能使細線到達豎直位置時小球速度剛好為零？

學生利用三力平衡特點很容易求出小球帶正電，電量為q=mg tan /E。但利用功能關系求時感到比較困難。應提示學生注意單擺運動對稱特點，促成直覺顯現，一下看出的大小。因為小球由A點靜止釋放后，將以O點為平衡位置振動（O點是重力場與電場合場的最低點）。根據振動的對稱性，小球在速度為零的兩振幅位置A和A′時，偏離平衡位置的角度相等，所以=2。

在物理教學中，考察物理問題、物理對象、物理過程、物理規律、物理理論的美學特點，對學生進行審美教育，使學生具有鑒賞科學美的能力，引導學生進行合理的猜測。直覺往往受思維主體的審美情感所支配。愛因斯坦認為理論前提的簡單性應當是評價理論價值的重要標準。數學家阿達瑪認為，科學美感這種特殊的美感，是我們必須信任的向導。貝弗里奇也認為，有相當部分的科學思維并無足夠可靠的知識作為有效推理的依據，而勢必只能憑借鑒賞力的作用來作出判斷。可以說，由美感產生的直覺是最高層次的直覺。什么是科學美？科學美就是人類對自然的情感，人類認識自然的一種境界，人類改造自然的一種進程。對學生來說，科學美的因素對他們思維活動的影響是潛在的、不被覺察的，但這種審美情感卻是驅動學生直覺思維的一股強大力量。例如，有個物體，其比熱、質量、初溫分別為（c1、m1、T1）、（c2、m2、T2）……（cn、mn、Tn）。若將這些物體放在一個絕熱的容器中，試求它們混合后共同的末溫（設備物體的狀態保持不變）。學生如果已知當只有兩個物體相混合時，T=（c1m1T1+c2m2T2）/（c1m1+c2m2），他們也許會很自然地猜想到個物體相混合的結果是T=（c1m1T1+c2m2T2+…+cnmnTn）/（c1m1+c2m2+…+cnmn），而學生之所以會進行類比，原因就在于他們有這樣一個心理傾向：希望相似的問題應當有相似的結果。這種愿望的產生正是追求和諧性的具體體現。[9]

2.采用多種教學方法，開展多種課外創新活動

在課堂教學中，針對學生的實際情況和具體教學內容，選擇便于學生探索問題和發表見解的教學方法，如探索發現法、討論法等。探索發現法是通過學生探究、以再發現的方式，培養學生的觀察能力、實驗能力、思維能力、問題解決能力和探究能力等，它的運用有利于學生在教師的指導下，大膽猜測、提出問題、探索解決問題的途徑。討論法是由教師根據教學需要提出問題，由學生事先準備，課堂上進行討論，再由教師總結的一種教學方法，它的運用有利于學生通過深入思考，在有充分準備的基礎上，發表自己的看法和見解。[9]另外，通過豐富多彩的課外活動（小實驗、小論文、物理游戲、參觀工廠和科技館等）和勞技教育活動課（開展學習創造學理論和方法，小制作、小發明提案構思征文比賽和創新、發明實物展覽、評獎等活動），培養學生的實踐能力，直覺能力和創造性物化能力。我校通過改革物理課堂教學方法，拓展勞技教育創新途徑，指導學生搞創造發明，已有121項學生發明作品獲省級以上獎，12項發明獲國家專利。實踐證明，通過知識教學，注重直覺思維、創造性思維能力的培養和物理學科學研究方法、思維方法的訓練，不僅能有效地提高學生的創新意識、創新能力，而且有力地促進學生科學學習觀的形成，從根本上掌握物理學科的特點和遵循認知、思維規律的科學學習方法，提高認知水平、學習能力、思維品質和科學素養。

最后應當指出，由于直覺思維具有隨機性和偶然性，直覺思維的結果可能正確，也可能錯誤。因此，無論是課內還是課外，均要創設良好的學生主動學習、積極參與的教學活動氛圍，建立平等的師生關系，采用民主型的教學方式，鼓勵學生獨立思考、大膽猜測。倘若猜錯了，切不可訓斥，應當引導和啟發；如果猜對了，則應充分肯定、表揚；對具有創見性的想法和創新成果，則要大力表彰。這樣才能不斷激勵和提高學生的直覺思維能力。

［1］閻金鐸，等.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.

［2］鐘啟泉.物理教育展望［M］.上海：華東師范大學出版社，2002.88，89.

［3］劉英楠.我們的靈感從哪里來［Ｎ］.北京晨報，20030723（24）.

［4］錢學森.思維學引論［M］.上海：上海人民出版社，1986.141.

［5］劉愛倫.思維心理學［M］.上海：上海教育出版社，2002.280.

［6］陳新夏，等.思維學引論［M］.長沙：湖南人民出版社，1988.328.

［7］閻金鐸，等.中學物理教材教法［M］.北京：北京師范大學出版社，1998.31.

［8］朱鐵成.物理教學思維學［M］.長春：吉林科學技術出版社.1996.171.

［9］胡衛平.物理直覺思維能力的培養［J］.物理教學，2002，（9）：10—13.