大学物理教学直觉思维能力之我见

一、引言

直觉思维和逻辑思维是认识论的两大重要基本过程。作为分支认识的协同认知，直觉思维是不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维形式，是以知识的整体结构为根据的直接而迅速的认识，其特点是整体的、跳跃的、猜测的、非逻辑的[1]。在人类社会的科学活动中，物理学是整个自然科学的基础，也是现代高新技术的原动力。作为一个理工科大学生，物理思维能力的高低直接决定着他的科学素养水平。但大学生主要是在感性思维的基础上再通过抽象思维的提升来形成对物理学客体的认识的。因此，直觉思维能力的高低就直接反映了学生对精确科学规律的认知程度。爱因斯坦指出：“物理学的最高使命是要得到那些普遍的基本规律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”[2]直觉思维和逻辑思维之间的关系是互补的，但是作为理工科重要基础的大学物理课程，无论是在教材编写[3-5]，还是课堂教学、成绩考核等环节，其主要侧重点都是放在逻辑思维能力的培养和考查上，而与之相关的直觉思维能力的培养却没有得到足够的重视，这不能不说是一个较大的弊端。因此，在教学活动中有意识地发掘直觉思维的典型案例，强化直觉思维能力和逻辑思维能力的互补，引导学生注重直觉思维能力的培养，对提升学生的综合素质是十分必要的。

二、大学物理教学中直觉思维能力培养的典型案例

物理学作为一门最基础的自然学科，其主要发展历程是一个继承与突破交互作用的辩证过程，既包含进化式的量的积累，又包含飞跃式的质的变革。作为高等学校理工科学生一门重要的通识性必修基础课程[6]，大学物理涵盖了力、热、电、光、原等基本物理理论和内容，是直觉思维能力提升的极好课堂。笔者在实际的授课过程中，根据物理内容的展开，结合物理学史及相应的研究资料，收集了大量的案例，有的放矢地进行直觉思维训练。比如，关于万有引力定律的发现，大多数科普文章都说，牛顿躺在苹果树下，看到苹果下落，灵机一动就得到了万有引力定律。我们在讲授万有引力定律时，强调指出，一个物理规律的形成不可能灵机一动而得到，但可以理解为牛顿躺在苹果树下，看到苹果下落，这个现象触发了他直觉思维的升华，触发了他对引力探求的灵感，从而由苹果落地这一现象联想到物体之间定会存在一种相互作用的力，而苹果亦是受到地球对它的这种力的作用而下落。以此为契机，再加上通过对前人有关天体运行情况研究的进一步分析以及充分运用微积分这一数学思想，从而建立了万有引力定律。在这里，我们强调牛顿看到苹果落地引起的这一直觉思维的升华是建立万有引力定律的先决条件或第一要素，强调直觉思维的提升是科学研究、技术发明的原动力。再比如，在讲授电流的磁效应时，1820年是一个极具直觉思维创造的典型年代。首先，在当年4月，丹麦物理学家奥斯特在为学生上课时，用一个伽伐尼电池，让电流通过很细的铂丝，铂丝下面放置了一个封闭在罩中的小磁针，当他接通电源时，却意外发现小磁针发生了偏转。严格的科学积累及当时偶发的物理现象极大地触发了奥斯特对科学研究的感性认识，他突然意识到通过这个实验有可能探究到电和磁之间的某种内在联系。于是到了晚上，他就把导线与磁针都沿子午线方向平行放置，毫不犹豫地接通了电源。经过反复实验，奥斯特终于查明电流的磁效应是沿着围绕导线的螺旋方向[7]。电和磁相统一的伟大发现就这样得到了，由此奥斯特第一次成功揭示了电和磁相互作用的辩证关系。在此基础上，毕奥、萨伐尔、安培等人又依据这一原理进一步加大了对电和磁物理图像及转换的研究，提出了著名的毕奥-萨伐尔定律、安培定律及安培分子电流假说等系列重大成果，为物理学中一个新的重大综合的发现开辟了一条宽广的道路。而这一宽广道路的开辟却又是以奥斯特感性思维的重大突破而作为第一前提的。物理学上另一个感性思维研究的典型例子是x射线的发现。1895年11月8日晚，为了防止外界对放电管的影响并不致光线外漏，同往常一样，伦琴用黑纸板把放电管完全包了起来，整个房间也是完全遮光的暗室。但这一次他在实验时，却意外发现在一米以外涂有亚铂氰化钡的荧光屏发出了微弱的荧光。这一现象使他十分惊奇，强烈的直觉思维促使他意识到这可能是一种新的从未见过的光。进一步反复实验后，伦琴确认这种现象是无法用阴极射线来解释的，是一种全新的射线，并将之命名为x射线。1901年，伦琴因x射线的发现而成为诺贝尔物理学奖的首位获得者。伦琴发现x射线是有一定偶然性的，但是，只有专心且细心的观察者，在捕捉到瞬间的“偶然发现”之后，直觉思维触发他对问题的升华，才可能利用这种偶然性做出重大成果。这种通过直觉思维升华而做出重大发现的事例很多，它为我们在大学物理教学中提高学生的直觉思维能力提供了大量的典型案例和丰富的素材资源。

三、在大学物理教学中提升学生直觉思维能力的几点做法

（一）学好物理知识的结构体系是提升直觉思维能力的先决条件。直觉思维不是凭空臆造出来的，要想通过直觉思维对某个问题做出迅速而准确的判断，必须对该学科的知识结构有较深入的理解和掌握。以大学物理为例，其知识体系就是以力、热、电、光、原为代表的不同种的物质运动形式，而每一种运动形式都由其满足自身规律的基本物理理论所约束，这些理论用一条主线所串联，形成了自身的框架体系和结构。这个体系掌握了，架构清楚了，基础知识就厚实了，直觉思维能力的底蕴也就夯实了。大量的科学实践告诉我们：没有厚实知识结构的感性思维只能是空中楼阁。（二）用典型直觉思维做引导，激发自信，勇于探索。发现和创造源自探索，探索就得依靠直觉思维。而直觉思维的形成首先要有对科学的兴趣和迷恋，有强烈的探求欲和自信心，以及对科学问题打破砂锅问到底的钻研精神。因此，在大学物理教学中，一定要充分注意培养学生的求知欲和自信心，同时适当介绍物理学进一步发展的趋势以及还有哪些尚待解决的理论和应用问题[8-9]，以破除学生对科学研究的神秘感，使之建立起强烈的自信心、好奇心和探求欲，并使他们充分认识到只要勤于观察和实验、敢于提出问题、善于从细枝末节和蛛丝马迹中找出问题并判断解决这些问题的方法和途径，持之以恒，就有可能有所发现、有所创造、有所建树。（三）有计划地训练学生自觉运用直觉思维。在教学中培养学生的直觉思维能力，首先要在教学计划中有意识、有目的地安排相关内容，把直觉思维能力培养作为学生综合素质训练的一个重要组成部分。同时在实际的教学过程中，要注意运用启发式教学，善于把有待于探索的问题展现在学生面前，进而根据学生的知识水平选择恰当的内容，有计划地训练学生从整体出发，相信直觉和灵感，充分运用感性思维的特点，突破思维定势和逻辑规则的束缚，从而使思维过程实现突破和跃变；要鼓励学生敢于提出各种问题，勇于充分表达自己的观点，在与同学和教师的讨论中促使感性思维升华，最终得出合理而正确的结果，从而达到全面提高学生科学素养之目的。

四、结语

大学物理由于其课程地位的基础性和科学理论的完备性，为我们在课堂教学中提高学生的直觉思维能力提供了极好的教学场所和丰富的教学内容。在大学物理教学中有意识、有计划地努力提高学生的直觉思维能力，这对健全学生的科学素养体系，培养学生善于发现问题、敢于解决问题的良好科学习惯，全面提高大学物理教学质量，都起着十分重要的作用。

参考文献：

[1]阎金铎.物理教学论[M].南宁：广西教育出版社，2001：20.

[2]许良英，李宝恒，赵中立，等.爱因斯坦文集[M].北京：商务印书馆，1977：102.

[3]马文蔚，周雨青，解希顺.物理学：第六版[M].北京：高等教育出版社，2014：336-337.

[4]程守洙，江之永.普通物理学：第六版[M].北京：高等教育出版社，2006：180-186.

[5]赵近芳，王登龙.大学物理学：第5版[M].北京：北京邮电大学出版社，2017：43.

[6]教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会，物理基础课程教学指导分委员会.理工科类大学物理课程教学基本要求[M].北京：高等教育出版社，2011：1.

[7]李艳平，申先甲.物理学史教程[M].北京：科学出版社，2003：189.

[8]杨俊才.光谱技术国防应用[J].物理与工程，2015，（6）.

[9]孙昌璞，李勇，张芃.探测和操纵量子世界中的个体———2012年诺贝尔物理学奖科学贡献评述[J].现代物理知识，2012，（6）.

作者:郑文珍 单位:衢州学院