物理思维及其过程浅析
——《高中物理思维方法集解》随笔系列
山东平原一中魏德田
目前，关于科学思维的讨论和探究，正在持续、蓬勃的发展着。同样地，作为科学思维的重要分支——物理思维，也获得了许多重大成果和不小进步。
本文，拟就物理思维及其过程等，谈一些粗略、浅陋的看法，以求抛砖引玉，求教于大方之家。
一、物理思维的形式
1.物理思维的对象
高中物理乃至大学物理的解题实践告诉我们，物理习题当中包含着四种重要信息——思维对象。
有哪四种思维对象呢？
是指形象对象、逻辑对象、数理对象合成系统对象等四种思维对象。
首先，形象对象，包括摄影、图形、示图和图像等；其次，逻辑对象包括物理定义式、表达式，物理概念（字母型）和物理规律等；再次，数理对象包括幂、方根、方程、方程组、不等式、数列等；最后，系统对象包括各种思维（或解题）方法、思路、策略和技巧等。
2.物理思维的形式
对应地，我们可把物理思维分为四种形式，亦即形象思维，逻辑思维、数理思维和系统思维等。
形象思维，或称感性思维，虽然与观察、感觉等密切相关，但它具有思维的基本特征——间接性和概括性，是针对图形类表象进行的思维活动。形象思维的结果，使我们获取一份简洁而清晰的“草图”——形象情景。
逻辑思维，又称抽象思维。与物理概念、物理规律等，密切相关。鲜明反映出物理知识的强大功能，体现出物理概念和物理规律的重要应用。是物理思维的内容核心和必需支柱。经逻辑思维层次，我们可以构造出一组破解习题的物理定义式、公式、几何条件等组成的“逻辑方案”
数理思维，很明显体现出数学知识在物理中的不可或缺的重要应用。现代科技实践说明，数学是解决问题的工具，而物理才是自然科学的尖端。经数理思维层次，我们可利用数学工具，求出定解习题的习题答案，亦即“数理成果”。
系统思维，首先具有多角度、全方位、分层次的主要整体特性，其次具有灵活、明确性和熟练、敏捷性，以及发散性、创造性、试错性和探索性等等。系统思维是物理思维的最高层次，我们可努力造诣到气象非凡、出神入化的“系统境界”。
系统思维，更能展现出物理思维的最新成果，预示着物理思维的进一步修正、完善和更大发展。
3.物理思维的品质
物理思维与其他的科学思维一样，除具有间接性和概括性以外，还具有下面五个品质（或属性）：⑴逻辑性和形象性；⑵有序性和创新性；⑶深刻性和广阔性；⑷批判性和独立性；⑸敏捷性和灵活性。（讨论从略）
二、物理思维的过程
1.物理思维的过程及其两重性
物理乃至数学、化学、生物等学科的思维，皆有与生俱来的特点，即物理思维的两重性，亦即它本身就有并行不悖的分合思维和加工思维形式。
先说加工思维。加工思维，对形象思维、逻辑思维、数理思维和系统思维而言，不管哪种思维形式，皆包括比较-鉴别（分类）、抽象-概括、推演-总结和应变（修正）-决断等环节。
再说分合思维。分合思维，即分析-综合思维，加工思维的基础，不可或缺。分析-综合思维，对应形象思维、逻辑思维、数理思维和系统思维等层次，包括拆解-组合思维、分析-综合思维、分解-合成思维和发散-收敛思维等。
分合思维与加工思维的关系，恰如图—1所示。
2．物理思维的工作机制
既已明确物理思维的过程，那么相应地，对物理习题解决过程，就有物理思维的工作机制，如图—2所示。
至于精细的工作机制示意图，则如图—3所示：
此图不但体现纵轴y方向的四个思维层次，并且也体现出个思维层次的（角度）旋向和矢径（横向）的不同情况。如在逻辑思维层次，不但有当前习题所需要的假如有动能、动能定理和牛二定律等物理概念和物理规律，而且还可以在（横向）联想到重力势能、势能关系、牛三定律、机械能守恒和功能原理等等，也可以在（角度）联想到分子势能、分子动能和内能和热力学第一定律，动量、动量变化、动量定理和动量守恒以及原子能、核反应规律等等。以实现相互比较、区分、印证或借鉴等等。
考虑到物理思维过程与解题过程的相互需要和对应关系，进而又有如图—4的比较完整的示意图。
三、物理思维与感觉、记忆的关系
当然，与任何系统一样，在人类大脑当中，物理思维系统也不是孤立的。物理思维系统与感觉系统、记忆系统等存在着必然的相互联系和协调功能。如图—5所示。
“上块”表示记忆系统，“中块”表示思维系统，“下块”则表示感觉系统等相互对应及各种不同情况。
其中，逻辑感觉或称逻辑知觉，数理感觉或称数理实觉，而系统情感或称系统虚觉（虚拟感觉）；不同层次的分合思维，即各种对应的分析-综合；不同层次的加工思维，即包括着对应的比较-鉴别、抽象-综合、推演-总结和应变（修正）-决断等等。
四、物理思维层次与大脑功能分区的联系
现代自然科学的研究成果表明，物理思维“四分过程”的层次递进，与大脑功能分区彼此之间的联系，存在类似性或类同性。
关于人类大脑的左、右半球，以及大脑的功能分区，常见如图—6所示。
人类大脑的左、右半球，以及大脑的功能分区，常见的还有另外的分法，如图—7所示.
总之，像以上两图所示，人类的大脑功能分区大同小异。左脑为抽象-学术脑，右脑为创造-艺术脑。
创造脑，显然与形象思维密切相关，人们常说的灵感思维即基于形象思维之上，或者说创造脑我们可理解为“形象脑”，“想象”是形象思维的较高级形式。
艺术脑绝对与记忆密切相关，主持记忆功能，而系统思维就存在或依赖于艺术脑之中。亦即艺术脑我们可理解为“系统脑”。
抽象脑，显然与逻辑（抽象）思维密切相关。亦即抽象脑我们可理解为“逻辑脑”。
学术脑注重推理、分析，显然与数学、高等数学、高等代数、空间解析几何等密切相关。亦即学术脑我们可理解为“数理脑”。
由此，我们即可把图—7稍加改动，立马变成如图—8的形式。
至此，聪明的读者早已看出，人类大脑，恰如我们设想的具有形象思维、逻辑思维、数理思维和系统思维等功能，我们倡导的物理思维过程的“四分法”或“四分模型”，还是十分可取的，或者说它具有深刻的科学意义和长远的历史价值。
【参考书目】
1.《新编心理学（修订本）》陈录生、马剑侠主编北京师范大学出版社2002年8月第2版
2.《科学思维与科学方法论》王小燕编著华南理工大学出版社2006年8月1日第1版
3.《高中物理思维方法集解》魏德田编著天津科学技术出版社2016年8月第1版
4.《关于思维问题的讨论》魏静、魏德田、边克良撰写《中国校外教育》2007年第12期
2017-10-18-15:17于南开风湖里（完稿）
图—3：物理思维的精细工作机制
图—1：分合思维和加工思维的关系
图—2：物理思维的工作机制
图—4：物理思维与习题解决的关系
图—5：物理思维与感觉、记忆的关系
图—6：左、右半脑的功能区域的划分之一
图—7：左、右半脑的功能区域的划分之二
图—8：大脑左、右半脑的功能区域之间的联系
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