摘要：我國物理教育缺乏對直覺思維的重視是歷史上一直存在的問題，而對直覺思維認知機制的模糊認識是其重要原因。基于此，我們依據布魯納的智力發展過程理論，提出了直覺思維認知機制的解釋模型。通過理論與經驗的比較，表明該模型很好地解釋了直覺思維的認知特點，并得出結論：直覺思維采取的是圖像把握的認知方式，它本質上是非邏輯的。在此基礎上，通過研究物理直覺思維的認識功能與教育功能，歸納了物理直覺思維的創造教育價值，從而為在物理教育中培養學生的創造性思維提供了有益的啟示。

關鍵詞：直覺思維；創造性思維；認知機制

直覺思維的創造性教育價值，如同物理教育研究中的其他基本問題一樣，總是隨著人們對其本質認識的深入而逐步發展的。在物理學研究和物理教育中，直覺思維及其所具有的獨特、甚至是不可取代的重要作用，日益受到人們的重視。著名物理學家愛因斯坦高屋建瓴地道出了直覺思維的創造價值：“物理學家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經驗共鳴的理解為依據的直覺，才能得到這些定律。”[1]（102）縱觀我國的物理教育，不難發現，重視對學生邏輯思維能力的培養是好的教育傳統。然而，忽視對直覺思維的培養卻也是歷史上一直存在的問題。比如，中學物理教學大綱在對學生思維能力培養的要求中就指出：“要通過概念的形成、規律的得出、模型的建立、知識的運用等，培養學生抽象和概括、分析和綜合、推理和判斷等思維能力以及科學的語言文字表達能力和口頭交流能力”。[2]可見，我國物理教育比較重視邏輯思維而忽視直覺思維。

針對我國物理教育中過分強調邏輯性的傾向，諾貝爾物理獎獲得者楊振寧教授指出：“中國的物理教學中有一個傾向，使人覺得物理就是邏輯。邏輯，沒有問題是物理的一部分，可是只有邏輯的物理是不會前進的，必須還要能夠跳躍。這種跳躍當然不是隨隨便便的跳躍，而是要依據許許多多的不斷延續下來的與實際的事物發生的聯系。由這些聯系出發才可以使一個人有膽量作出一些邏輯上還不能推演出來的這種跳躍。”[3]“直覺的下意識的推理，是所有理論物理和實驗物理的一個基本的環節。沒有這個環節，不太容易作出真正最重要的貢獻。許許多多最最重要的工作，是先經過很多思考，后來在沒有經過邏輯推演而得出來的新的想法之下產生出來的。”[3]

其實，早在1959年，美國著名教育心理學家布魯納就提出了這樣的觀點：“直覺思維、預感的訓練，是正式的學術學科和日常生活中創造性思維的很受忽視而重要的特征。機靈的預測、豐富的假說和大膽迅速地作出的試驗性結論，這些是從事任何一種工作的思想家極其珍貴的財富。”[4]（33）這充分說明，無論是物理學家還是教育心理學家，盡管他們的專業各不相同，研究視角各異，但他們卻都不約而同地對直覺思維給予高度的評價。有鑒于此，本文從現代認知心理學的已有成果出發，深入研究了直覺思維的認知機制、認識功能與教育功能，并提出了培養學生直覺思維能力的教學建議，希望能對物理教育中培養學生的創造性思維以有益的啟示。

二、直覺思維的認知機制

何謂直覺思維？一般認為，直覺思維是直接領悟的思維，是人腦對于突然出現在面前的新事物、新現象、新問題及其關系的一種迅速識別、敏銳而深入的洞察、直接的本質理解和綜合的整體判斷。對于直覺思維的認知機制，國內外心理學家和教育學家有著不同的理解。其中，一種“知識組塊說”的觀點引起了我們的深入思考。

這種觀點認為，“直覺思維的實質是運用有關知識組塊對當前問題進行分析及推理，以便迅速發現解決問題的方向或途徑的思維方式。在某種程度上說直覺是一種邏輯性推理。從組塊的產生來看，它是通過一步步推理而得到的，因此直覺的結果往往可以通過邏輯推理來驗證。從直覺的產生來看，人們以組塊作為推理的根據（組塊起著大前提的作用），推理才一蹴而就，迅速完成。”［5］“人們普遍認為直覺是一種非邏輯性加工。其實所謂的非邏輯性加工，不過是由于組塊內的推理經反復練習而熟練，并濃縮成了一個整體（組塊）。這個知識是個人心目中的‘定律’，運用這個定律進行推理似乎是一種非邏輯性加工，展開這個非邏輯性推理的過程，即是嚴密的一步步推理。”[5]

我們認為，“知識組塊說”把直覺思維看作是“一種邏輯性推理”的觀點是值得商榷的。因為這種觀點既與科學家的科研過程有較大出入，又與大多數科學家的觀點相左。包括楊振寧在內的許多著名科學家，在總結自己的研究體會后都確認，直覺思維在本質上是非邏輯的。費米發現慢中子作用的過程便是一個生動的例證。

1932年，費米和他的學生在做中子實驗時，觀察到一個非常奇特的現象：他們用一個屏蔽物希望把中子流擋住，然而他們發現，屏蔽物放的越多，后面的中子好像越多。費米后來回憶說，當時是一個他不知道的道理，促使他作了一個完全是下意識的決定。他對大家說：“我們不要用重的物質做屏蔽，而用一個非常輕的物質試一試。”[3]結果發現，后面的中子效應大大增加了。這是因為一個輕的東西放上去以后，中子的速度更慢了，反應截面變得非常之大。對于這一現象，費米思考了一個晚上之后，就完全弄懂了。

顯然，對于直覺思維認知機制的認識還有待深入。關于這個問題，美國教育心理學家布魯納的智力發展過程理論可以為我們提供一個較好的解釋模型。

布魯納認為，兒童的認知發展不是刺激與反應結合的漸次復雜化的量的連續過程，而是由結構上迥異的三個階段組成的階段性的質的過程。這三個階段是：行為把握，圖像把握，符號把握。其中，行為把握是從動作中認知的階段，圖像把握是把事物當做視覺的或聽覺的想象進行掌握。圖像把握以視覺圖像為主，以聽覺圖像為輔。圖像把握比行為把握的認知機制更復雜。在行為把握中，一個刺激只產生一個反應（認知），而在圖像把握中，對一個刺激可以同時作出兩個以上的反應；符號把握是依靠語言符號表現的認知。在符號把握中，物體所具有的諸要素已分別語言化了，可以依據語言所具有的作用認識事物諸要素間的關系，所以能夠達到邏輯把握。依據智力發展過程理論，布魯納建構了關于直覺思維的認知解釋。

首先，直覺思維多數采取圖像的認知方式。一般來說，邏輯思維相當于符號把握，而直覺思維則相當于圖像把握。在圖像把握中，可以同時浮現事物的所有因素，所以是同時把握的。如果說，行為把握受“時間順序”的束縛，同一時刻只能把握一個因素；符號把握受“邏輯順序”的束縛，只能以規定好的步驟前進；那么，圖像把握既不受“時間順序”的束縛，也不受“邏輯順序”的束縛，可以一覽無余地把握構成事物的各種要素。

其次，直覺思維的過程是非語言的認知過程。由于直覺思維大多是圖像把握或圖像之前的情緒性的感知，而圖像通常具有非語言的性質，是難于言傳的。正是因為這個特點，在直覺思維中，用語言表述其思維結果并不太困難，而用語言表述其思維的過程就極其困難。直覺思維是一閃念的思維，飛躍的思維。它是一種深層知覺的過程，是缺乏語言媒介的直接過程。所以，直覺思維是無算法的過程。所謂算法是指一步一步逼近解決目標的邏輯步驟。邏輯思維與算法之間存在著緊密的相關關系，而直覺思維原則上是無算法的過程。[6]（19）

第三，直覺思維是對不確鑿情境的感知。直覺思維是在所研究的客觀事物細節尚未分明的情形下對整個事物的內隱的感知。它具有跨越時間和空間的性質，因此，這種內隱的感知不同于我們通常所說的感知。通常所說的感知，一般是指人腦對直接作用于感覺器官的事物個別屬性和整體屬性的反應，這種屬性通常是對事物表面的認知。而直覺思維雖然在具有生動的圖像這一點上與通常所說的感知相類似，但在掌握事物本質結構這一點上卻有根本不同。

由于直覺思維是黑箱性質的心理成分，目前對其進行研究還缺乏有效的方法。但是，我們所有的人都曾有過自己的直覺體驗，因此，用內省方法分析自己的直覺并印證直覺思維的理論是一種可以采用的策略。此外，更有必要引入科學家運用直覺思維獲得重大科學突破后的成功體驗來檢驗直覺思維的理論，從而使之趨向某種程度的客觀化。運用此種方法來印證布魯納的直覺思維認知機制解釋模型，我們發現，該模型與科學家的成功體驗非常吻合。

布魯納認為，直覺思維多數采取圖像的認知方式。對此，愛因斯坦也有基本一致的觀點，他說：“在我的思維結構中，書面的或口頭的文字似乎不起任何作用。作為思想元素的心理的東西，是一些記號和有一定明晰程度的意象，它們可以由我‘隨意地’再生和組合。……在進行可以傳達給別人的、由文字或別的記號建立起來的任何邏輯之前，上述的這些元素就我來說是視覺的，有時也是動覺的。通用的文字或其他記號只有在第二階段才能很費勁地找出來，此時上述的聯想活動已經充分建立，而且可以隨意地再生出來。”[1]（416）可以看出，理論和經驗較好地達到統一。

布魯納直覺思維理論的關鍵在于，他提出了圖像把握既不受“時間順序”的束縛，也不受“邏輯順序”的束縛，可以一覽無余地把握構成事物的各種要素的觀點。而這一觀點與楊振寧關于直覺思維的論述十分吻合。楊振寧認為：“從每一個方向來看，規律是邏輯性的。可是科學的創造不只是從每一個方向去發現與了解那個方向的規律，更重要的是，要通過想象、通過直覺（靈感），一下子同時了解每一個方向的規律。這種更高一層的了解就不只是邏輯思考所能達到的了。”[7]可見，圖像把握的同時性特點與直覺思維的整體性特點非常吻合。

按照布魯納的見解，直覺思維是在所研究的客觀事物細節尚未分明的情形下對整個事物的內隱的感知，它具有跨越時間和空間而直達事物本質的性質，愛因斯坦提出狹義相對論的過程生動地說明了這一點。

1895年，當愛因斯坦還是一個16歲的中學生時，他就提出了一個樸素的理想實驗──“追光實驗”。當一個人以光速運動時，他應該看到被“凍結”的光的波峰和波谷的圖像。然而，這個結果卻不是麥克斯韋理論應有的解。當時大多數物理學家認為牛頓力學是正確的，應該對麥克斯韋理論進行修改。愛因斯坦以他自己的直覺認為，為了保持物理學定律在邏輯上的一致性和麥克斯韋電磁理論的有效性，必須對以牛頓力學為基礎的相對論原理做出修改。經過十年的努力，愛因斯坦終于在嶄新的時空觀上建立了狹義相對論。

通過上述理論與經驗的比較，我們認為布魯納的直覺思維認知機制解釋模型是一個較好的模型。同時，由布魯納的直覺思維認知機制解釋我們可以認為，直覺思維和邏輯思維是截然不同性質的思維形式。

三、直覺思維的認知功能

為什么在物理學研究和物理教育中特別強調要重視直覺思維？其理由在于，直覺思維具有邏輯思維所不具備的獨特的認識功能。直覺思維的跳躍性、整體性和猜測性的特點，使其在物理學研究和物理教育中具有以下認知功能。

（一）創造功能

直覺思維是物理研究中的重要因素，它既不同于邏輯思維，也不同于形象思維和辯證思維，它是一種重要的創造性思維方法。在經典物理時代，從特殊到一般，是人們得出理性認識的主要過程，而歸納法是常被采用的一種科學方法。與培根重視歸納法不同的是，愛因斯坦卻更加重視直覺。他說：“從特殊到一般的道路是直覺性的，而從一般到特殊的道路則是邏輯性的”。[1]（490）由此，愛因斯坦提出了科學形成和發展的兩條途徑：一是無意識方面，即通過非邏輯的直覺和想象；二是有意識方面，即通過邏輯思維。（而且是先運用直覺思維，然后才是邏輯思維。）比如，20世紀的杰出物理學家狄拉克，就是在沒有任何實驗證據的情況下，僅僅基于他對物理美的直覺欣賞，進而天才地在1928年寫出了具有里程碑意義的狄拉克方程。該方程的奧妙雖然當時立刻被人們所認識，可是其中狄拉克憑直覺引入的“負能”現象卻是大家絕對不能接受的。然而，狄拉克不顧玻爾、海森堡、泡利等著名物理學家的冷嘲熱諷，于1931年又大膽地憑直覺提出了“反粒子”來解釋負能現象。這個理論更不能為人們所接受，因而流傳了許多半是羨慕半是嘲諷的故事。直到1932年安德森發現了電子的反粒子，人們才深刻地領會了狄拉克直覺思維的悠遠高深。

（二）選擇功能

直覺思維是面對各種可能性做出正確選擇的重要能力。因為在科學認識活動中，科學家常常會面臨各種可能做出抉擇的局面。特別是在各種可能結果出現的概率差不多，一時難以分出高低的情況下，科學家就會處于一種所謂“布里丹的驢子”的困境：一頭驢子站在兩個同樣大小的干草堆連線的中點處，如果它日復一日地無法決定吃哪一堆干草，那么最后只會餓死。當然，實際上驢子是不至于如此的。但是當科學家處于這種情景的時候，能否做出正確的決定，這主要取決于他的直覺思維能力。[8]

（三）聯系功能

直覺思維具有聯系事物的功能。當人們研究某一物理問題時，外界提供的信息常常是不充分的，有很多空白點，僅憑邏輯思維根本無法窺探事物的本質，此時，直覺思維不受“邏輯順序”束縛的特點便可發揮作用。直覺思維的特點在于其思維的觸角可以伸出非常遠，往往在還沒有看清楚一個事物的時候就抓住了它的精神，然后再想辦法把中間的路徑聯系起來。雖然并不能保證每一次都能把中間的路徑聯系起來，但如果不去伸出直覺思維的觸角，就永遠也走不遠。愛因斯坦曾高度評價物理直覺思維聯系事物的重要意義，他指出：“在法拉第—麥克斯韋這一對和伽利略—牛頓這一對之間有非常值得注意的內在相似性──每一對中的第一位都直覺地抓住了事物的直接聯系，而第二位則嚴格地用公式把這些聯系表述了出來，并且定量地應用了它們。”[1]（102）這很好地說明了物理直覺思維的聯系功能。

（四）預見功能

物理學家在科學創造過程中，當邏輯思維還不能起作用的時候，首先要對研究對象做出判斷，提出自己獨立的見解，做出科學的預見。這種預見是在經驗和實踐的基礎上，依靠科學洞察力和想象而來。即使在邏輯思維起作用的時候，直覺思維也還是非常重要的。深與遠是直覺思維最為重要的特色。這是因為，在新的領域內，由于研究對象的復雜和深奧，人們已不能隨意構造實驗去發現或建立方程、規律，也不能隨時隨意用實驗驗證理論的正確性，而必須借助于越來越復雜的數學，尤其是借助于科學家的直覺去推進科學的發展。

四、直覺思維的教育功能

在物理教育中，直覺思維不僅具有獨特的認識功能，而且在培養學生創造性思維品質方面也具有獨特的教育功能。

思維是能力的核心，而思維品質是判斷思維能力高低的主要指標。物理學研究中的思維品質則是人們在研究和學習物理過程中逐漸形成和發展起來的個體思維特征，主要包括思維的深刻性、思維的靈活性、思維的批判性、思維的獨創性和思維的敏捷性。這樣，物理教育中直覺思維的教育功能就有如下幾個方面。

（一）有助于學生思維深刻性的培養

思維的深刻性反映了思維活動的深度、廣度和難度。它表現為善于深入地思考物理問題，把握物理事物的本質和規律；善于開展系統的、全面的物理思維活動；善于從整體上認識物理事物，掌握物理知識。思維的深刻性是思維品質的基礎，其發展水平的高低必然會影響到其他思維品質的發展。[9]而直覺思維則在一定程度上反映了思維深刻性的本質。人們借助于直覺思維的高級表現形式──科學洞察力，往往能透過事物的現象而直達事物的本質。

（二）有助于學生思維靈活性的培養

思維的靈活性是指思維活動的靈活程度，能夠根據客觀情況的變化而變化，能夠從不同角度、不同方面去思考問題。直覺思維是以整個知識為背景的直接而迅速的認識，它的跳躍性、猜測性的特點，使其可以不經過詳盡的邏輯推理，不經過分析的演繹步驟而提出一個假設或法則等去試圖解決問題，當問題不能解決時，又可以提出新的假設，從而表現出它的靈活性。

（三）有助于學生思維批判性的培養

思維的批判性是指在進行思維時，善于發現問題，提出質疑，不人云亦云，不盲從附和。因此，即使是學生理解科學知識的內容，同樣也離不開思維的批判性。比如，現行教材中的許多物理量是通過比值法來定義的，如R=U/I，學生憑直覺提出質疑──為什么要用兩個物理量相比來定義一個新的物理量？這就是思維的批判性。進一步，教師可以告訴學生：比較的關鍵是選取相同的標準。因為只有選取相同的標準，才能使比較的結果有意義。所以，比值定義法采用兩個物理量相比，就是在比較時選取相同標準。不講清楚這一點，學生就不可能明白比值定義法的意義。而重要的是，物理直覺思維在這里起到了思維批判性的先導作用。

（四）有助于學生思維獨創性的培養

思維的獨創性表現為善于獨立思考，善于創造性地發現問題和解決問題。而物理直覺思維在思維獨創性方面的突出表現形式之一就是直覺的想象，它通常是一種創造性想象。它按照一定的目的、任務，不依賴現成的描述，而在頭腦中獨立創造新形象。創造性想象具有獨特性、新穎性和發散性的特點。正如愛因斯坦所說：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。嚴格地說，想象力是科學研究中的實在因素。”[1]（284）比如，高中物理的楞次定律學生就難以理解，一個學生憑直覺把感應電流的磁場的磁力線想象成彎曲為一個“磁力線彈簧”。這樣，當磁鐵插入或拔出線圈時，感應電流組成的“磁力線彈簧”總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。這正是思維獨創性品質的表現。

（五）有助于學生思維敏捷性的培養

思維的敏捷性，是指思維過程的迅速程度。在處理和解決問題的過程中，能夠積極思維，正確判斷并迅速地得出結論。

物理學習中思維的敏捷性是指在學習物理知識時，快速、準確地領會所學內容，在頭腦中予以內化；在運用物理知識解決問題時，迅速、準確地將物理信息輸入頭腦中，利用原有的認知結構，找出問題的關鍵所在從而正確地解決問題。由于直覺思維是從物理現象直達結論的思維，它具有跨越時空的特性，不需要從頭至尾一步步地推理，從而大大縮短了思維的過程。因此，是否具有直覺思維，往往是一個人思維敏捷性的標志。

五、培養學生直覺思維能力的教學建議

首先，賦予直覺思維以合理的地位。

為了培養學生的物理直覺思維能力，在物理教學中必須推崇直覺思維。教師應當告訴學生，在科學創造過程中，邏輯思維和直覺思維是同等重要的，不能厚此薄彼。通過創造自由民主的課堂教學氣氛，鼓勵學生大膽地推測，引導學生深化直覺思維而不去追究推測的理由。因為只有學生具有直覺的自信和勇氣，才會發展自己的直覺思維。[6]（20）教師還應當通過物理學史的介紹，使學生相信科學創造過程中直覺思維普遍存在的客觀性，為學生主動養成直覺思維的習慣奠定心理基礎。

其次，有結構地呈現教材。

要使學生形成物理直覺思維能力，很重要的一點就是要有結構地呈現教材。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。”[4]（70）無結構的零亂的信息是難以形成直覺思維的，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。例如，阿基米德定律的表述為“浸入液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體受到的重力”。按照力的三要素來呈現阿基米德定律的結構，不難發現，定律只有浮力的方向和大小而沒有作用點，此時，教師可以鼓勵學生運用直覺思維來作出推測。這樣，學生就可以從教材賦予的信息的狹隘性中解放出來，向著同這種信息相關的直覺思維的境界展翅飛翔。

第三，使學生在頭腦中建立豐富的物理圖像。

在有結構地呈現教材之后，教師在指導工作中還要注意防止過早的語言化，因為直覺思維的本性是圖像性的，它的過程是非語言性的。[6]（21）像的特點就是一時間浮現出事物的各種要素。強化對各種要素的同時性（共時性）的掌握，有助于活躍學生頭腦中的物理圖像，從而有助于活躍物理直覺思維。比如，像“交流電在導線中傳輸時電子是如何運動”的問題，就能很好地使學生在頭腦中形成典型的物理圖景，從而有助于發展物理直覺思維。

第四，鼓勵有組織的推測。

直覺思維是組合部分信息（幾個線索），利用一閃念感知事物結構全貌的思維。直覺思維的這種進程，正因為不是邏輯地一步一步向前的算法，所以不宜指導。然而，從部分信息進行推測，達到對事物全貌的感知，這既是直覺思維的特點，同時又是非常重要的。例如，可以做一個實驗：在一個試管內加入一些沙子后把它豎直放入水中，當加入的沙子較少時，試管在水中會翻倒；當加入的沙子較多時，則試管在水中就不會翻倒。然后組織學生利用給定的部分信息，進行有組織的推測──試管在水中翻倒與不翻倒的本質是什么？這樣的問題就能較好地開拓學生的物理直覺思維。

第五，利用原始物理問題培養學生的直覺思維。

為了更好地培養學生的物理直覺思維能力，非常重要的一個問題是訓練材料的選取。因為只有向學生提供與物理學家研究物理相類似的問題，才有可能使學生產生直覺的體驗。比如，1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長桿走鋼絲跨越長江三峽。這樣的問題我們稱之為原始物理問題。科克倫如何使用手中的長桿？其物理原理是什么？解決這樣的問題正是直覺思維大顯身手的舞臺。相反，目前物理教學中廣泛采用的物理習題卻很難為直覺思維提供這樣的舞臺。這是因為，每一道習題都是從原始物理問題抽象而來，已經把原始物理問題的一些次要細節、非本質的聯系舍去，也就是說，直覺思維的過程已經被習題編制人員“越俎代庖”地完成了。因此，在一定意義上說，我國學生直覺思維能力的匱乏正是“題海戰術”的直接后果，這應當引起我們的深思。

［1］愛因斯坦.愛因斯坦文集［M］.許良英，李保恒，趙中立，譯.北京：商務印書館，1977.

［2］中華人民共和國教育部.全日制普通高級中學物理教學大綱［S］.北京：人民教育出版社，2002.

［3］楊振寧.楊振寧文集［M］.上海：華東師范大學出版社，1998.534—535.

［4］布魯納.教育過程［M］.邵瑞珍，譯.北京：文化教育出版社，1982.

［5］劉電芝，張慶林.試論直覺的心理機制［J］.教育研究，1988，（1）：48—51.

［6］鐘啟泉，黃志成.美國教學論流派［M］.西安：陜西人民出版社，1993.

［7］高策.走在時代前面的科學家──楊振寧［Z］.太原：山西科學技術出版社，1999.425.

［8］朱雄.物理教育展望［M］.上海：華東師范大學出版社，2002.89.

［9］田世昆，胡衛平.物理思維論［M］.南寧：廣西教育出版社，1996.16.