學(xué)科教育論文-物理教學(xué)中直覺(jué)思維及其能力培養(yǎng)策略.doc

學(xué)科教育論文-物理教學(xué)中直覺(jué)思維及其能力培養(yǎng)策略摘要：探討直覺(jué)思維的特性（整體性、三維性、突發(fā)性、隨機(jī)性）和表現(xiàn)形式（直覺(jué)、靈感），結(jié)合物理教學(xué)實(shí)踐提出培養(yǎng)直覺(jué)思維能力的方法和教學(xué)策略：1.重視結(jié)構(gòu)教學(xué)，形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)組塊思維能力；2.重視整體分析，加強(qiáng)發(fā)散思維、優(yōu)化思維的訓(xùn)練，增強(qiáng)直覺(jué)調(diào)控能力；3.鼓勵(lì)大膽猜測(cè)，打破思維定勢(shì)，提高直覺(jué)思維的敏銳性和創(chuàng)造性。關(guān)鍵詞：直覺(jué)思維；靈感；方法場(chǎng)；知識(shí)組塊；結(jié)構(gòu)教學(xué)；直覺(jué)調(diào)控在物理學(xué)研究中，直覺(jué)思維是“以物理概念和物理表象結(jié)合而成的、具有整體功能的、以知識(shí)組塊為思維材料而進(jìn)行的思維，是人腦不借助于邏輯推理而綜合運(yùn)用已有知識(shí)、表象和經(jīng)驗(yàn)知覺(jué)，以高度省略、簡(jiǎn)化、濃縮的方式洞察事物的物理實(shí)質(zhì)，并迅速作出猜測(cè)、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維”。1(104)直覺(jué)思維在探索、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律過(guò)程中起著重要作用，有利于確定物理問(wèn)題解決的方向和途徑。安培從電流磁效應(yīng)現(xiàn)象直覺(jué)到磁的成因是電流，提出了分子電流的假說(shuō)，揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)；法拉第由電能產(chǎn)生磁的現(xiàn)象，根據(jù)審美直覺(jué)提出了磁也能產(chǎn)生電的假說(shuō)，然后通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；德布羅意根據(jù)作為波動(dòng)的光具有位移性的事實(shí)，在審美直覺(jué)的驅(qū)動(dòng)下大膽地提出了實(shí)物粒子也應(yīng)具有波動(dòng)性的科學(xué)假說(shuō)，從而建立了物質(zhì)波的重要概念；愛(ài)因斯坦更是一個(gè)具有極強(qiáng)直覺(jué)能力的科學(xué)大師，他在26歲和37歲時(shí)分別創(chuàng)立的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，并不是在已有的理論體系基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯推理產(chǎn)生的，而是靠自己豐富的想象力、直覺(jué)和靈感，他說(shuō)：“真正最可貴的因素是直覺(jué)?！薄拔蚁嘈胖庇X(jué)和靈感。”2中國(guó)科學(xué)院心理研究所有關(guān)腦部活動(dòng)研究結(jié)果表明，靈感并不為少數(shù)“天才”所獨(dú)有，它是邏輯思維和非邏輯思維的有機(jī)結(jié)合。3由此看來(lái)，直覺(jué)是一種重要的創(chuàng)造性思維。為此，筆者運(yùn)用思維學(xué)理論，探討直覺(jué)思維的特性和形式，結(jié)合自己的物理教學(xué)實(shí)踐，提出物理教學(xué)中直覺(jué)思維能力的培養(yǎng)方法和教學(xué)策略。一、直覺(jué)思維的特性（一）整體性直覺(jué)思維是綜合運(yùn)用已有知識(shí)、表象、經(jīng)驗(yàn)感覺(jué)，從整體上研究物理問(wèn)題，從整體上把握物理對(duì)象和物理過(guò)程，把注意力和著力點(diǎn)放在物理問(wèn)題的整體對(duì)外效應(yīng)上。在對(duì)物理問(wèn)題作總體分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一種簡(jiǎn)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(jù)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(zhì)。1(105)（二）三維性直覺(jué)思維是一種直覺(jué)式、頓悟式的思維，它既不是物理經(jīng)驗(yàn)和命題的簡(jiǎn)單歸納和總結(jié)，也不依據(jù)形式邏輯的規(guī)則進(jìn)行思維，它沒(méi)有固定的思維程序與格式，而是跳躍式地考察物理問(wèn)題。著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)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?！?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(dòng)所不能得到的思維成果。（三）突發(fā)性直覺(jué)和靈感的產(chǎn)生往往是突發(fā)的，靈感既可以發(fā)生在為解決物理問(wèn)題進(jìn)行苦思冥想時(shí)那種受主體指揮和控制的“現(xiàn)實(shí)思維”中，也可以發(fā)生在主體當(dāng)時(shí)并不在思考所要想解決的問(wèn)題，甚至在某種漫無(wú)目的、不受主體控制的“潛意識(shí)”中。（四）隨機(jī)性直覺(jué)思維的隨機(jī)性具有兩方面的含義，首先，靈感的出現(xiàn)常常是人們預(yù)料不到的；其次，直覺(jué)思維的結(jié)果可能是正確的，也可能是錯(cuò)誤的，它是對(duì)物理問(wèn)題的直覺(jué)的猜測(cè)，其結(jié)論的正確性要靠實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。當(dāng)然，只有在主體積累了豐富的物理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)物理學(xué)有濃厚的興趣和強(qiáng)烈的探究欲，具有較強(qiáng)的物理思維能力和靈活分析、解決問(wèn)題的方法，并對(duì)某一物理問(wèn)題經(jīng)過(guò)超常規(guī)的過(guò)量思考，才能產(chǎn)生直覺(jué)，顯現(xiàn)靈感?！斑^(guò)量思考是促成靈感到來(lái)的必經(jīng)階段?！?蘋(píng)果落地人人皆知，但只有牛頓才將之與物體間的引力聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律；在水中受到浮力作用，人人都有體驗(yàn)，但只有阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力定律。二、直覺(jué)思維的形式（一）直覺(jué)直覺(jué)是運(yùn)用有關(guān)知識(shí)組塊和形象直感對(duì)當(dāng)前問(wèn)題進(jìn)行敏銳的分析、推理，并能迅速發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方向或途徑的思維形式。在物理教學(xué)中，直覺(jué)有三種表現(xiàn)形式。1.直覺(jué)的判斷：指人腦對(duì)客觀存在的物理對(duì)象、物理現(xiàn)象、物理過(guò)程、物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特征、規(guī)律等的一種迅速的識(shí)別、直接的理解和整體的判斷。2.直覺(jué)的啟示：當(dāng)主體沉思于某一物理問(wèn)題而百思不得其解時(shí)，突然某一時(shí)刻，由于一個(gè)偶然的外部刺激，使他“茅塞頓開(kāi)”，直覺(jué)得出問(wèn)題的答案或解決問(wèn)題的方法或途徑。3.直覺(jué)的想象：當(dāng)研究某一物理問(wèn)題時(shí)，外界提供的信息不充分，那么，主體充分發(fā)揮想象力，把大腦中的所有知識(shí)組塊和“潛知”調(diào)動(dòng)起來(lái)，并進(jìn)行重新組合、加工，然后與原有的信息結(jié)合，從而把一個(gè)未曾料到的關(guān)系、模型、形象構(gòu)想出來(lái)。1(109)（二）靈感英國(guó)著名病理學(xué)家貝弗里奇認(rèn)為：“靈感是指對(duì)情況的一種突如其來(lái)的頓悟或理解?！卞X(qián)學(xué)森認(rèn)為，靈感是潛意識(shí)，當(dāng)醞釀成熟時(shí)突然溝通涌現(xiàn)于意識(shí)成為靈感。6筆者認(rèn)為，靈感是以已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在意識(shí)高度集中之后產(chǎn)生的一種極為活躍的精神狀態(tài)，這時(shí)人的思維會(huì)對(duì)百思不得其解的問(wèn)題，產(chǎn)生突發(fā)性飛躍和敏銳的頓悟，從而解決問(wèn)題。物理學(xué)研究中引發(fā)靈感大致有兩種情形。一是外界偶然的刺激，包括得到哲學(xué)的啟發(fā)，得到大自然或生活經(jīng)驗(yàn)的啟示，得到其他物理學(xué)工作者的啟示，得到相鄰學(xué)科的啟示，受到某種情景的觸發(fā)。二是物理概念、物理表象、物理方法等在大腦內(nèi)的相互作用，使得潛意識(shí)獲得足夠的“能量”，躍遷到顯意識(shí)。1(110)可見(jiàn)，直覺(jué)是在多次反復(fù)的抽象思維和形象直感的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，而靈感則是多次直覺(jué)的升華和結(jié)晶。直覺(jué)是創(chuàng)造的先導(dǎo)，靈感是創(chuàng)造活動(dòng)的頓悟。三、直覺(jué)思維能力的培養(yǎng)方法和教學(xué)策略（一）重視結(jié)構(gòu)教學(xué)，形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)組塊思維能力首先，要掌握物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。布魯納提出：“結(jié)構(gòu)的理解，能使學(xué)生從中提高他直覺(jué)處理問(wèn)題的效果?！睙o(wú)結(jié)構(gòu)零亂的信息難以形成直覺(jué)思維，當(dāng)有秩序、有結(jié)構(gòu)的信息從提供的信息中忽隱忽現(xiàn)時(shí)，就會(huì)活躍直覺(jué)思維。物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)是指物理學(xué)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(lián)系所構(gòu)成的理論框架。心理學(xué)上的格式塔學(xué)派認(rèn)為：知識(shí)的整體由部分構(gòu)成，但整體比部分之和的意義更大。要幫助學(xué)生理解物理概念和物理規(guī)律的內(nèi)涵、外延以及它們之間的聯(lián)系，將新知識(shí)納入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)；經(jīng)常幫助學(xué)生建立起單元、章節(jié)以及全書(shū)的整體框架，使物理知識(shí)系統(tǒng)化，形成合理的物理學(xué)科的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，積累組塊思維的材料，借此獲得直覺(jué)的判斷和聯(lián)想，進(jìn)而提高直覺(jué)思維獲得正確結(jié)論的概率。如，學(xué)過(guò)動(dòng)能定理后可引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)如下圖所示的知識(shí)方法結(jié)構(gòu)，形成動(dòng)能定理的組塊材料，學(xué)生不僅理解了建立動(dòng)能定理的根據(jù)、內(nèi)涵和外延，而且掌握了動(dòng)能定理的最佳應(yīng)用方向，在解決有關(guān)“位移類(lèi)”動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，能憑直覺(jué)選用動(dòng)能定理，作出簡(jiǎn)捷的解答。例1.如圖1所示，一小木塊以初速?gòu)腁點(diǎn)進(jìn)入粗糙水平軌道AB段，然后沿光滑豎直半圓軌道BC段運(yùn)動(dòng)，最后落到D點(diǎn)。已知AB=s，半圓軌道半徑為R，小木塊與AB段之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。求小木塊最后落到D點(diǎn)時(shí)的速率。解：對(duì)小木塊從ABCD全過(guò)程，因AB段粗糙機(jī)械能不守恒，而動(dòng)能定理適用，列式為：，。其次，要全面訓(xùn)練物理思維方法和物理研究方法。直覺(jué)思維是一種瞬間思維，它是形象思維與抽象思維的凝結(jié)、簡(jiǎn)縮或躍進(jìn)。因此，整個(gè)高中教學(xué)要有計(jì)劃地全面介紹、系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的形象思維、抽象思維和直覺(jué)思維的各種方法與物理學(xué)研究方法。高中物理教材主要以知識(shí)邏輯發(fā)展為主線編寫(xiě)，物理思維方法、科學(xué)研究方法和辯證哲學(xué)方法都是穿插于其間的，教師應(yīng)對(duì)這些方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和歸納，使學(xué)生獲得較系統(tǒng)的方法論知識(shí)。如研究物理事實(shí)用實(shí)驗(yàn)觀察法；物理研究對(duì)象用抽象模型法；物理概念用總結(jié)歸納法；物理量定義用比值法或乘積法；發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律用實(shí)驗(yàn)歸納法、演繹推導(dǎo)法和類(lèi)比推理法等；分析復(fù)雜問(wèn)題用等效法、理想化方法、假設(shè)方法、模擬研究和數(shù)學(xué)方法；相似問(wèn)題用類(lèi)比法；臨界問(wèn)題用辯證法使學(xué)生頭腦中形成方法場(chǎng)，促進(jìn)直覺(jué)思維的發(fā)展。教學(xué)實(shí)踐證明，知識(shí)與方法的完美結(jié)合，通過(guò)應(yīng)用形成能力；物理知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、方法、思想的積累和融合是產(chǎn)生靈感的先決條件。再次，要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用組塊思維的習(xí)慣。直覺(jué)思維是知識(shí)組塊與當(dāng)前問(wèn)題相互作用的產(chǎn)物。知識(shí)組塊既可以是一個(gè)知識(shí)單元，還可以是一個(gè)問(wèn)題類(lèi)型或一個(gè)問(wèn)題模式，但更多的情況是知識(shí)、方法和經(jīng)驗(yàn)的濃縮，它作為一個(gè)整體被儲(chǔ)存、提取和應(yīng)用。組塊思維是直覺(jué)思維的主要表現(xiàn)，要在學(xué)生形成知識(shí)組塊的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用組塊思維的習(xí)慣：重視基本問(wèn)題的教學(xué)，使學(xué)生掌握基本問(wèn)題的類(lèi)型、物理情景以及解法和結(jié)論；注意新舊問(wèn)題的比較和聯(lián)想，將新問(wèn)題轉(zhuǎn)化為舊問(wèn)題，將舊問(wèn)題的結(jié)論和方法遷移應(yīng)用于新問(wèn)題；解決問(wèn)題時(shí)通過(guò)理想模型的構(gòu)建，提供直覺(jué)思維突變的模塊，訓(xùn)練快速、正確解決問(wèn)題并進(jìn)行組塊思維的習(xí)慣。實(shí)踐表明，通過(guò)物理系列問(wèn)題的分析，總結(jié)出它們的共性，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的組塊思維，提高直覺(jué)遷移力是有利的。如，對(duì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生機(jī)理和電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)、磁流體發(fā)電機(jī)等問(wèn)題的原理放在一起分析作比較，歸納出它們的共同點(diǎn)，等等。（二）重視整體分析，加強(qiáng)發(fā)散思維、優(yōu)化思維的訓(xùn)練，增強(qiáng)直覺(jué)調(diào)控能力第一，重視過(guò)程教學(xué)，增加對(duì)物理知識(shí)理解的深度和廣度。要重視物理概念、規(guī)律和物理問(wèn)題的提出、形成或發(fā)現(xiàn)的過(guò)程教學(xué)，解決問(wèn)題時(shí)要建立物理過(guò)程示意圖，幫助學(xué)生發(fā)揮直觀想象力。分析力學(xué)和電、磁場(chǎng)問(wèn)題要畫(huà)受力分析圖、過(guò)程展示圖，定電流、電磁感應(yīng)問(wèn)題要畫(huà)等效電路圖，等等，逐步積累直覺(jué)思維的經(jīng)驗(yàn)。如，對(duì)碰撞過(guò)程的微觀展示與分析，如圖2所示，7有助于學(xué)生對(duì)“彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞定義、所遵循規(guī)律”的正確理解：彈性碰撞兩小球經(jīng)歷壓縮階段和恢復(fù)階段，從狀態(tài)變化到狀態(tài)，兩小球完全恢復(fù)形狀，碰撞過(guò)程中不僅動(dòng)量守恒，而且機(jī)械能守恒（壓縮階段有部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，恢復(fù)階段這部分彈性勢(shì)能又逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能），所以碰撞前后動(dòng)能相等；非彈性碰撞從狀態(tài)變化到狀態(tài)，不能完全恢復(fù)原狀，碰撞過(guò)程中只有動(dòng)量守恒；完全非彈性碰撞只有壓縮階段，從狀態(tài)變化到狀態(tài)，動(dòng)量守恒，但絲毫不能恢復(fù)形狀，壓縮階段減少的動(dòng)能不是儲(chǔ)存為彈性勢(shì)能，而是由于內(nèi)摩擦全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能了，因此，碰撞過(guò)程中機(jī)械能不守恒，而且動(dòng)能損失最大。學(xué)生在頭腦中建立了碰撞過(guò)程動(dòng)態(tài)的形象直感，對(duì)三類(lèi)碰撞所遵循規(guī)律的微觀機(jī)理有深刻的認(rèn)識(shí)，形成碰撞模型的知識(shí)組塊，在分析其他類(lèi)碰撞問(wèn)題時(shí)必然表現(xiàn)出直覺(jué)判斷力。第二，重視整體分析，增強(qiáng)宏觀直覺(jué)調(diào)控力。在解決物理問(wèn)題時(shí)，從宏觀上對(duì)問(wèn)題作整體分析，抓住物理問(wèn)題的框架結(jié)構(gòu)和本質(zhì)關(guān)系，確定解決問(wèn)題的總體思路和途徑，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大跨度、大步驟的整體思維，培養(yǎng)跳躍式思維能力。如研究對(duì)象整體化、物理過(guò)程全程化解題方法的應(yīng)用，有利于增強(qiáng)宏觀直覺(jué)調(diào)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=。現(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的小物體，從斜面上的A點(diǎn)無(wú)初速滑下，已知小物體與AB斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為。求小物體在斜面上能夠通過(guò)的總路程。解：從全過(guò)程出發(fā)，每當(dāng)小物體在斜面上滑動(dòng)時(shí)，由于摩擦發(fā)熱均要消耗機(jī)械能，使小物體的最大高度不斷降低，當(dāng)在B點(diǎn)以下光滑圓弧軌道上滑動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒，小物體左右振動(dòng)最大高度不再降低。根據(jù)能量守恒定