何晉中 晏廷飛

摘? ? 要：思考問題是人們的重要心理活動(dòng)，對(duì)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題都有重要作用。思考問題的目的指向是為了更好地解決問題。物理學(xué)上分析問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、形成規(guī)律等科學(xué)研究方法對(duì)人們思考問題有重要啟示，可以將其稱為物理學(xué)思考問題的“四大發(fā)明”。

關(guān)鍵詞：物理學(xué);思考問題;分析問題;提出假說;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;形成規(guī)律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）5-0057-4

物理學(xué)的發(fā)展對(duì)人類文明的貢獻(xiàn)是巨大的，物理理論的發(fā)展促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，將人類帶入現(xiàn)代工業(yè)文明和信息化時(shí)代，為人類創(chuàng)造豐富的物質(zhì)文明。比如，沒有物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，就不可能有發(fā)電機(jī)，也就談不上現(xiàn)代工業(yè)文明。更重要的是物理學(xué)的研究過程為人類積累豐富的科學(xué)研究的方法和思考問題的策略。無論是物理還是其他領(lǐng)域，當(dāng)遇到各種問題時(shí)，首要就是要思考問題，物理上思考問題有其獨(dú)特的思維方法，例如構(gòu)建質(zhì)點(diǎn)模型時(shí)，采用抓住主要因素忽略次要因素的思維方法。物理上思考問題的方法對(duì)其他學(xué)科領(lǐng)域的研究和生活實(shí)際問題的解決有重要的啟示。具體而言，主要有分析問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、形成規(guī)律四種，暫且將其稱為物理學(xué)思考問題的“四大發(fā)明”。下面從上述四個(gè)方面探討物理學(xué)對(duì)人類思考問題的啟示。

1? ? 對(duì)思考問題的思考

思考是人的重要心理活動(dòng)，是人發(fā)現(xiàn)問題、解決問題必不可少的重要環(huán)節(jié)。對(duì)社會(huì)而言，有了思考社會(huì)才能不斷進(jìn)步，人們才能不斷優(yōu)化問題解決的方案，不斷解決遇到的新問題;對(duì)個(gè)人而言，有了思考人的智慧才能不斷增長(zhǎng)，才能為社會(huì)貢獻(xiàn)更大的力量，人生才有意義。

1.1? ? 什么是思考問題

按照現(xiàn)代漢語詞典的解釋，問題包含四種含義：“①要求回答或解釋的題目。②須要研究討論并加以解決的矛盾、疑難。③關(guān)鍵;重要之點(diǎn)。④事故或麻煩?！盵1]而思考是指人對(duì)于某一個(gè)或多個(gè)對(duì)象進(jìn)行分析、綜合、推理、判斷的心理活動(dòng)過程。“思考是能夠幫助我們闡述或解決問題、做出決定、了解欲望的所有心理活動(dòng);思考是探尋答案，獲取意義?！盵2]思考問題可以認(rèn)為是對(duì)題目、矛盾、疑難、關(guān)鍵之處、事故或麻煩等進(jìn)行分析、推理，并給出解決方案，縮減現(xiàn)實(shí)情況與期望情形之間的差異的心理活動(dòng)過程。

1.2? ? 思考問題在解決問題中的地位

在人生的成長(zhǎng)歷程中，總要面對(duì)各種困惑，總會(huì)遇到各種需要解決的問題。只有學(xué)會(huì)思考，才能在面對(duì)不同情形時(shí)，分析問題、解決問題，理性做出決策。

發(fā)現(xiàn)問題后，通過思考問題，提出問題解決的具體方案，實(shí)現(xiàn)問題解決，然后在反思問題解決的思考過程中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問題，在這樣的循環(huán)思考中往往會(huì)使得問題解決方案得到優(yōu)化?？梢?，思考問題是解決問題過程中的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)，起到承前啟后的重要作用，只有透徹地思考問題才能發(fā)現(xiàn)并解決問題。思考問題是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的紐帶，只有思考問題才能解決已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的問題;思考問題是發(fā)現(xiàn)新問題的根本前提，要發(fā)現(xiàn)（新）問題需要對(duì)問題進(jìn)行深入思考，將問題的脈絡(luò)理清;在解決問題過程中，又會(huì)促進(jìn)對(duì)問題的反思，從而可能導(dǎo)致問題解決者思考問題解決的其他可能方案、合理性等，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)新的有價(jià)值的問題。

1.3? ? 思考問題的目的指向是問題解決

思考問題的目的指向是為了解決問題，為了更好地解決問題或者解決更多的問題。解決問題可以分為三個(gè)層面：首先是知識(shí)層面。當(dāng)面對(duì)一個(gè)問題時(shí)，如果問題解決者具備與待解決問題相關(guān)的豐富的知識(shí)，則利用已經(jīng)具備的知識(shí)可以輕松解決問題。相對(duì)而言，這類問題解決難度較低。例如，爭(zhēng)論火熱的轉(zhuǎn)基因食品問題，如果爭(zhēng)論者具備轉(zhuǎn)基因的相關(guān)豐富知識(shí)，則無需進(jìn)行爭(zhēng)論，問題的答案自明。其次是思維層面。當(dāng)面對(duì)的問題相對(duì)復(fù)雜，而問題解決者知識(shí)儲(chǔ)備不夠，或者需要解決的是一些未知的待探索領(lǐng)域時(shí)，可以從思維的層面來分析、思考問題，從而達(dá)到解決問題的目的。還是以轉(zhuǎn)基因問題為例，普通大眾也好，新聞媒體從業(yè)人員也罷，顯然不具備足夠的與轉(zhuǎn)基因相關(guān)的知識(shí)，但是大眾可以思考：轉(zhuǎn)基因在美國(guó)普及了嗎？美國(guó)的公司向我國(guó)輸入轉(zhuǎn)基因食品種子是為了造福我國(guó)人民嗎？轉(zhuǎn)基因公司過去有過什么劣跡嗎？向我國(guó)輸入轉(zhuǎn)基因是純商業(yè)行為嗎？……通過這些問題的思考，自然可以明白我們是否需要接受國(guó)外轉(zhuǎn)基因食品的輸入。再次是價(jià)值觀層面。當(dāng)問題復(fù)雜且涉及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和重大戰(zhàn)略決策時(shí)，就需要從價(jià)值觀的角度去思考問題，對(duì)問題的解決做出指引。還是以轉(zhuǎn)基因食品為例，習(xí)近平總書記關(guān)于農(nóng)業(yè)和轉(zhuǎn)基因的指示就是從價(jià)值判斷的角度為我們給出答案。習(xí)近平總書記在參加十二屆全國(guó)人大四次會(huì)議一些代表團(tuán)審議時(shí)就農(nóng)業(yè)和糧食方面的問題做了重要講話，指出“農(nóng)業(yè)穩(wěn)則天下安”。關(guān)于轉(zhuǎn)基因習(xí)總書記在2013年12月23日中央農(nóng)村工作會(huì)議上的講話時(shí)指出：“一是確保安全，二是要自主創(chuàng)新。也就是說，在研究上要大膽，在推廣上要慎重。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化推廣，要嚴(yán)格按照國(guó)家制定的技術(shù)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行，穩(wěn)打穩(wěn)扎，確保不出閃失，涉及安全的因素都要考慮到。要大膽創(chuàng)新研究，占領(lǐng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)制高點(diǎn)，不能把轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)都讓外國(guó)大公司占領(lǐng)了?！边@些講話、指示沒有從專業(yè)知識(shí)或思維分析的角度解決問題，而是從價(jià)值判斷的高度指明了“把飯碗牢牢端在自己手上”。

2? ? 物理學(xué)思考問題的“四大發(fā)明”

物理學(xué)的一個(gè)顯著特征是高度量化，甚至在一些錯(cuò)綜復(fù)雜的領(lǐng)域里，問題具有多樣性和復(fù)雜性，也可以對(duì)問題進(jìn)行分解、分類去處理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、測(cè)量、嚴(yán)密推理達(dá)到極高的精度。同時(shí)，也常常從定性或半定量的方法入手，用等效性、對(duì)稱性、守恒性等思想方法，抓住問題的本質(zhì)，把許多看似不同的事物，通過抽象化的方法統(tǒng)一起來，簡(jiǎn)化事物的多樣性和復(fù)雜性，用極簡(jiǎn)的公式（規(guī)律）進(jìn)行解釋，從而達(dá)到探索事物的普遍性、預(yù)測(cè)事物發(fā)展的未來。例如，從奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”的效應(yīng)后，法拉第重做了奧斯特等實(shí)驗(yàn)，并對(duì)這一問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以前的實(shí)驗(yàn)分為兩類：一類是電流對(duì)磁體的作用，另一類是電流對(duì)電流的作用。法拉第根據(jù)對(duì)稱性的思考，推想出還可能存在磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，并在日記中明確寫下“磁能轉(zhuǎn)化成電”的重要假說（1822年）。為了驗(yàn)證這一假說，法拉第進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年之久的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，終于在1831年8月29日發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象，并于當(dāng)年11月24日寫出正式報(bào)告，正式定名“磁生電”現(xiàn)象為“電磁感應(yīng)”。物理學(xué)上分析問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、形成規(guī)律對(duì)其他領(lǐng)域思考問題、最終解決問題有很好的啟示。

2.1? ? 分析問題

物理上遇到具體問題時(shí)，首先要分析問題。分析問題主要包括兩個(gè)方面，第一是分析問題的價(jià)值，該問題是否具有一定的普遍性;第二是該問題與哪些因素有關(guān)。如果問題具有價(jià)值，就需要進(jìn)一步找到影響問題解決的主要因素，為后面猜想可能存在的一般規(guī)律、通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律、用實(shí)踐檢驗(yàn)規(guī)律、完善規(guī)律等環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。例如，在力學(xué)中分析問題時(shí)常采用隔離法。隔離法是指對(duì)物理問題中的單個(gè)物體或單個(gè)過程進(jìn)行分析、研究的方法。把要分析的物體從相關(guān)的物體體系中隔離出來，作為研究對(duì)象，將其所處環(huán)境作理想化處理，只分析該研究對(duì)象以外的物體對(duì)該對(duì)象的作用力，不考慮研究對(duì)象對(duì)其他物體的作用力，從而能夠更好地剔除分析問題時(shí)的干擾因素，抓住本質(zhì)因素，為學(xué)生通過實(shí)踐掌握“隔離法從整體到局部的思維特點(diǎn)、運(yùn)用分析問題時(shí)的適用情況、運(yùn)用隔離法時(shí)的步驟”等一般性規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

物理上分析問題的思維方式對(duì)人們思考一般性問題有很好的啟發(fā)。遇到問題，先思考問題的價(jià)值，思考問題是否有普遍性，再分析與哪些因素有關(guān)。如果問題有價(jià)值及普遍性，那么才算是一個(gè)真問題，才有花費(fèi)時(shí)間、精力解決的必要性。分析問題與哪些因素有關(guān)是為提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說、形成普遍性規(guī)律奠定基礎(chǔ)，最終為解決更多的普遍性問題提供指導(dǎo)與借鑒。

2.2? ? 提出假說

恩格斯說：“只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假說。”人的意識(shí)有主觀能動(dòng)性，在認(rèn)識(shí)世界的過程中，人們通過思維提出各種假說。由于認(rèn)識(shí)都是建立在假說的基礎(chǔ)上的，可以說自然科學(xué)的進(jìn)步就是不斷提出更好的假說的過程。假說是物理上進(jìn)行科學(xué)研究的一種重要的方法。物理學(xué)理論的發(fā)展史可以說就是假說的形成、發(fā)展和假說之間的競(jìng)爭(zhēng)、更迭的歷史。例如，在研究磁現(xiàn)象時(shí)，安培通過分子電流假說將電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相統(tǒng)一。再比如，關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型從湯姆孫的葡萄干布丁模型到盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)，再到波爾模型的爭(zhēng)論、更迭，科學(xué)家們通過假說讓人們的認(rèn)知逐漸逼近客觀真理。人類對(duì)自然界客觀規(guī)律的認(rèn)知還只是冰山一角，對(duì)很多領(lǐng)域還處于無知或者一知半解狀態(tài)。通過假說可以將人們的認(rèn)識(shí)從已知推向未知，進(jìn)一步將未知變?yōu)橐阎?。不僅是物理學(xué)的研究如此，科學(xué)假說還可以被借鑒到其他學(xué)科的科學(xué)研究之中。

假說對(duì)科學(xué)問題研究起綱領(lǐng)性的引導(dǎo)作用。首先，假說引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。利用科學(xué)假說，研究者（問題解決者）在尋找現(xiàn)象間的因果關(guān)系、事物內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其起源和演化的規(guī)律時(shí)能更好地按照要求有目的、有計(jì)劃地設(shè)計(jì)和實(shí)施系列實(shí)驗(yàn)。其次，假說引導(dǎo)理論的構(gòu)建。當(dāng)科學(xué)假說能夠被觀察和實(shí)驗(yàn)支持，假說就會(huì)發(fā)展成為構(gòu)建相關(guān)科學(xué)理論的基礎(chǔ)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)理論的定義或者補(bǔ)充。利用假說的研究方法，人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和改造就可以沿著“經(jīng)驗(yàn)事實(shí)—假說—新經(jīng)驗(yàn)事實(shí)—新假說—新理論……”路徑不斷深入、發(fā)展。

2.3? ? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，更是物理學(xué)的魅力所在;實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的內(nèi)容，更是物理學(xué)研究的重要方法。物理學(xué)上往往需要進(jìn)行定量或半定量的研究后歸納得出規(guī)律，這就需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在尊重客觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上經(jīng)過分析、綜合等思維推理過程得出結(jié)論——科學(xué)規(guī)律。物理學(xué)上每個(gè)物理規(guī)律的得出都離不開實(shí)驗(yàn)，例如，牛頓第一定律、阿基米德原理等都是通過觀察實(shí)驗(yàn)、分析推理最終得出的科學(xué)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也是物理學(xué)家思考問題的重要方法。物理學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，往往先提出自己的觀點(diǎn)，然后通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)。即通過實(shí)驗(yàn)可以對(duì)一些理論、觀點(diǎn)進(jìn)行證實(shí)或證偽。例如，前面所述的盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)大角散射與湯姆孫提出的關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的葡萄干布丁模型不符的事實(shí)，從而否定了該模型。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)人類思考問題的啟示在于處理問題時(shí)要有求證的意識(shí)，要有實(shí)事求是的思想。在遇到問題后，首先提出問題解決方案，然后試點(diǎn)，試點(diǎn)過程中發(fā)現(xiàn)新問題，提出修正方案，再試點(diǎn)，經(jīng)過不斷試點(diǎn)后完善方案，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成可供借鑒的問題解決策略進(jìn)行推廣輻射。例如，我們?cè)谶M(jìn)行青藏鐵路、港珠澳大橋等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中遇到一些難題，沒有可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，都采用過提出方案小范圍試點(diǎn)，在實(shí)踐中不斷完善，待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行后再正式實(shí)施、大范圍推廣的策略。

2.4? ? 形成規(guī)律

物理規(guī)律是物理學(xué)大廈的重要支柱，它是某一類物理現(xiàn)象、物理過程的本質(zhì)進(jìn)行相互聯(lián)系在人的頭腦中的反映。它是人們對(duì)觀察到的物理現(xiàn)象、物理過程進(jìn)行深入思考，探究其本質(zhì)聯(lián)系，并總結(jié)、升華的結(jié)果，用語言文字或數(shù)學(xué)公式簡(jiǎn)潔地表述出來，它是物理上進(jìn)行科學(xué)研究的重要內(nèi)容，也是物理上對(duì)問題進(jìn)行思考的重要方法。例如，行星運(yùn)動(dòng)、潮起潮落、物體下落等自然現(xiàn)象，都能用萬有引力定律解釋。又如，利用歐姆定律，結(jié)合串、并聯(lián)電路中電流、電壓的實(shí)驗(yàn)關(guān)系，通過數(shù)學(xué)知識(shí)可以抽象出串、并聯(lián)電路總電阻的計(jì)算公式。規(guī)律的總結(jié)，是為了將具體、形象的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)抽象形成一般的可供借鑒的解決問題的知識(shí)，其目的是為了解決問題?！爸挥姓莆樟宋锢硪?guī)律，才能遵循這些規(guī)律去分析、處理千變?nèi)f化的物理問題。”[3]物理學(xué)上思考問題一定會(huì)經(jīng)歷從個(gè)別到一般性的規(guī)律，找到與具體問題相對(duì)應(yīng)的普遍性規(guī)律。面對(duì)問題找普遍性規(guī)律是物理上研究問題的重要方法。

形成規(guī)律對(duì)人們思考問題的啟示在于，啟發(fā)人們?cè)谌粘Ｉ钪幸⒁鈱Ⅱ?yàn)證假說的感性經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行升華，上升到理論的高度，形成新假說、新理論，才能更好地被他人借鑒，才有推廣價(jià)值。當(dāng)把經(jīng)驗(yàn)升華后，經(jīng)驗(yàn)就會(huì)成為人們解決實(shí)際問題的一般性知識(shí)，甚至成為人們認(rèn)識(shí)客觀世界的方法論。例如，當(dāng)人們?cè)诠こ碳夹g(shù)中遇到困難時(shí)，先通過實(shí)驗(yàn)積累經(jīng)驗(yàn)，獲得成功后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，升華經(jīng)驗(yàn)為理論并推廣。

3? ? 結(jié)束語

歷史上阿基米德判斷皇冠是否為真金與曹沖稱象的情境出奇相似，且他們都是為了解決面臨的實(shí)際問題。然而，曹沖稱象只是解決一個(gè)問題，而阿基米德在解決實(shí)際問題之后將經(jīng)驗(yàn)升華成理論，形成了物理學(xué)上的浮力定律。曹沖雖然聰慧，但與浮力定理的發(fā)現(xiàn)失之交臂，可以說是“千古遺憾”。他不能將稱象的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)展成為能夠指導(dǎo)解決更多問題的一般性理論，有很多因素，比如曹沖年幼，思維還處在發(fā)展期，不成熟，其稱象的方法也許只是一時(shí)靈感。而阿基米德是物理學(xué)家、哲學(xué)家，具備物理學(xué)上思考問題的系統(tǒng)方法和素養(yǎng)，具備物理學(xué)上思考問題的策略和遷移能力。曹沖和阿基米德對(duì)所面對(duì)的問題所追求的目標(biāo)可能不同，曹沖可能就是“一事一議”，僅立足于解決當(dāng)下的問題，而阿基米德作為科學(xué)家，有探究本質(zhì)、尋找一般性規(guī)律的欲望。但是，最根本的原因在于，曹沖對(duì)科學(xué)研究，對(duì)物理學(xué)研究而言是一個(gè)“素人”，不具有物理學(xué)上系統(tǒng)的思考問題的素養(yǎng)，也就不具備建立分析問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、形成規(guī)律的思考問題的方法。曹沖稱象是建立在只要船的吃水線一樣，船上物體的重量就一樣，是一個(gè)等效替換，只是一個(gè)等效思想。他建立了一個(gè)等效的假說，沒有證明假說是否正確，缺少實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，更沒有把問題抽象成一般問題，然后找到普遍規(guī)律。曹沖沒把物理學(xué)思考問題的“四大發(fā)明”依次用一次，不能發(fā)現(xiàn)浮力定律，這說明系統(tǒng)掌握思考問題的“四大發(fā)明”很重要。

物理學(xué)上科學(xué)研究的方法很多，比如觀察法、比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、理想化方法、類比法、數(shù)學(xué)方法等，這些方法能夠?qū)θ藗兯伎紗栴}提供啟示，可以遷移到其他學(xué)科的研究和生活中實(shí)際問題的解決中，但這些方法是微觀層面的具體方法。本文所述思考問題的“四大發(fā)明”：分析問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、形成規(guī)律，是在問題解決過程中更宏觀的思考問題的方法，每一種方法都對(duì)應(yīng)多種微觀物理方法，更能夠提綱挈領(lǐng)地對(duì)人們思考問題提供啟示。將物理上思考問題的思維方法遷移到其他領(lǐng)域的問題解決中，遇到問題時(shí)按照“先分析問題，提出理論假設(shè)，然后做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)，并推廣到一般”，最終解決問題。物理學(xué)的思考研究方法已經(jīng)成為普遍的思考研究方法，例如，我國(guó)進(jìn)行改革開放設(shè)立經(jīng)濟(jì)特區(qū)，進(jìn)行先行先試，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并推廣;最近幾年設(shè)立的自貿(mào)區(qū)，前段時(shí)間支持深圳建設(shè)中國(guó)特色社會(huì)主義先行示范區(qū)，以及新一輪高考改革以浙江、上海先行試點(diǎn)后在具備條件的省份逐漸推開，無一不是這樣的思維方式。這些改革措施所反映出的思考問題的思路與物理學(xué)上思考問題的方式高度一致，這也足以證明在物理教學(xué)中注重思考問題的方法教學(xué)是非常重要的。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 羅琬華）