浅议思维品质及其教学意义

王溢然

(江苏省苏州中学，江苏 苏州 215000)

浅议思维品质及其教学意义

王溢然

(江苏省苏州中学，江苏 苏州 215000)

思维品质表现为许多方面,结合当前中学物理教学的特点来说,可以认为主要表现为3方面,即思维的批判性,思维的灵活性和思维的深刻性．

1 思维的批判性

对传统的科学理论不盲从,对权威的科学著作(思想、言论)不迷信,不人云亦云,勇于对被捧为金科玉律的科学规律有所怀疑,从中发现异端,揭示矛盾,进而提出新的见解,这就是思维的批判性．

近代科学奠基者之一的笛卡儿,他的科学方法的出发点就是怀疑精神．他曾这样说过:“要追求真理,我们必须把一生中所有事物都来怀疑一次．”我国著名的地质学家李四光生前也有一句名言:“不怀疑,不能见真理．”可以这么说,怀疑就是思维批判性的起点,也是发现科学真理的起点．

1.1 前辈科学家的启示

如果我们沿着前辈物理学家的足迹,回顾一下物理学的发展之路,到处可以发现由思维的批判性所引燃的火种,并在火光中诞生新的理论．

(3)中介变量测度。本文精选涵盖文化与旅游支出的文教娱乐消费数据来度量文化与旅游消费需求(Demand)，具体计算各省城镇居民和农村居民的家庭人均文教娱乐消费支出的人口加权平均值，再根据文教娱乐CPI指数做相应的平减，并取对数[26]。为了全面反映省域文化与旅游业的技术创新能力，本文选用代表技术创新商业化应用程度的各省专利申请量对数指标作为技术创新(Tech)的代理变量[27]。为测度文化与旅游产业协同集聚，本文沿用陈建军等[19]154、张虎等[28]构建的产业协同集聚指标，该指标优点在于所需区位熵数据的可得性，而且能反映两大产业的协同质量与集聚高度。

例如,奠定近代实验科学基础的伽利略,就是从怀疑亚里士多德的观点开始的．当时,人们都把亚里士多德的字句当成永世不能怀疑的至高无上的绝对真理．伽利略却认为不应该这样，他在比萨大学读书时就指出,亚里士多德生活在2000年之前,后来的世界已经发生了很大的变化;亚里士多德一生中没有离开过地中海流域,现在的人们已经能够环球航行;亚里士多德只了解世界上的一个角落,因此他不可能永远正确,不犯错误．尤其难能可贵的是伽利略能够批判地吸收亚里士多德的观点．他说:“……老实说,我赞成看亚里士多德的著作,并精心进行研究．我只是责备那些使自己完全沦为亚里士多德奴隶的人．”正是由于伽利略具有这种科学的批判精神,才促使他认真地研究了落体运动,完成了斜面实验,纠正了人们长期以来对力和运动关系的错误观点,热情地捍卫和宣传哥白尼的学说,开创了实验研究的先风,最终成为物理学的一代宗师．

水工隧洞混凝土质量通病主要表现为以下几项：蜂窝麻面、水泡、气泡、错台、裂缝、颜色不均、结合部位烂根、冷缝等质量通病。

如果缺乏怀疑精神,丧失了思维的批判性,往往会失去许多宝贵的机遇．相反,如果勇于怀疑,抓住了批判的线索,就可能取得新的成果．例如,关于霍耳效应的发现就是一个很耐人寻味的事例．

(1) 思路开阔,妙思涌泉.

FΔt=Δmv或FΔt=mΔv.(m一定时)

当时,霍耳年仅24岁,是约翰．普霍金斯大学罗兰(H.Rowland)教授的研究生．于是,他在罗兰教授的指导下,开始了实验的探索．

贝尔纳和鲁梅斯不停地“华丽转身”,不仅显示了从事不同领域工作的乐趣,也让我们充分领略到了人的智慧和潜能．虽然,许多情况下人们难以这样的“转身”,不过从这里也启示我们,太狭隘地“文理分家”,或者太片面地强调“专业对口”也是不适宜的．北京大学赵凯华教授曾说起大约发生在上世纪80 年代的一件事:一位到美国去攻读经济学的研究生,在入学一开始的课程里,教师就介绍大爆炸宇宙学、黑洞等内容．可以想象,对于当时学经济的、早已排斥了物理学的中国学生来说,都是闻所未闻并且有着巨大困难的．

根据这样的思路,霍耳做了许多次实验．起先,这些实验中均未发现有电阻增大的现象．但是,他不改初衷继续进行试验．后来,他改用薄金箔,期待以久的现象终于出现了．

图1

如图1所示,当垂直磁感线方向放在磁场中的金箔通以从左向右的电流时,在垂直于电流方向的左右两侧会产生电势差．

对照组仅选择盐酸二甲双胍治疗,取贵州天安药业生产的盐酸二甲双胍肠溶片(国药准字H52020960),每日给药3次,每次0.25g。观察组在此基础上联合应用吡格列酮治疗,取四川迪康科技药业生产的盐酸吡格列酮片(国药准字H20052156),每日给药1次,每次2片。两组均连续用药30天,观察血糖及糖化血红蛋白水平变化。

这一实验现象,后来被人们称为霍耳效应．英国著名物理学家开尔文(L.K-Lvin)曾给予霍耳高度的评价,认为霍耳的发现,简直可以和法拉第的发现相比拟．

霍耳的成功就在于他不是盲目地迷信权威,敢于从权威的著作中找寻疑点,并且能进行深入地探究，这无疑也是他所具有的思维批判性的一次胜利．

1.2 思维批判性的教学意义

思维的批判性在中学物理学习中同样有着极为重要的意义．可以这么说,在学习任何新知识面前,都需要也都应该进行一番思考:这是什么?怎么样?为什么会这样?……学习过程中的每一个设问、每一个疑团,都可以称为是一次批判性的思考,也都是一个个非常可贵的闪光点，而不断地消除(或解开)疑团,才能心悦诚服地、愉快地接受新知识,并牢固地烙在自己的脑海中．因此,主动的设问与解疑可以认为是批判性学习的一个象征．这方面,在中学物理学习中是不乏鲜例的．

例如,学习牛顿第三定律时,对两个具体物体间的作用与反作用比较容易理解和接受．关于液体对其中物体浮力的反作用,由于不易觉察它的存在,一些学生常常不那么信服,以致在分析具体问题时往往会遗漏浮力的反作用．

浮力究竟有没有反作用力?它的大小是否遵循牛顿第三定律?如果在教学中能够使学生有了这样的设问,表示已经将他们的思维引入了批判的境界,进一步就要考虑如何解开这个疑团?最好方法是自己动手做一次实验．

图2

如图2所示,在托盘秤上放半杯水,称出其视重为W1．另用弹簧秤吊起一铁块,其视重为W2．然后,把弹簧秤吊起的铁块浸入水中,可以看到:弹簧秤的示数减小为W2,而托盘秤的示数增大为W1′,并且在误差的范围内满足

W2-W2′=W1′-W1.

鲁梅斯在纽约图克塞多公园建有华丽的私人实验室,不惜重金购置许多一流的仪器设备,并常常邀请许多著名的物理学家去聚会．他在自己的实验室里从事着超声波、雷达、对时间的精确测定等方面的研究;也从事着有关生物学、脑电波等方面的研究．美国物理学家劳伦斯当年筹建184英寸(1英寸=25.4mm)的回旋加速器时,曾得到鲁梅斯很大的支持．

这就是说,对弹簧秤所减少的拉力恰好等于对托盘秤所增加的压力,这正是浮力的作用与反作用的结果．

这样,原来存在的疑问在实验事实面前消失了,学生的心中会非常舒坦,知识也更为巩固了．

又如,不少学生都看过(或知道)这样的表演:一位气功师仰卧在钉有许多大铁钉的木板上,身上再压着一块大石头,旁边的助手抡起大锤猛击石块,气功师面不改色;有时,石块都被打碎了,气功师仍是安然无恙．这时,现场都会爆发出热烈的欢呼声,拍手叫好、暗暗称奇．当然,也会有观众窃窃私语,甚至认为其中有诈．

对这个现象产生疑问,这就是思维批判性的反映．但是,仅有疑问还不够,如何剖析这个疑问呢?其实,类似这样的气功表演完全是真实的．这里,有着气功师长期锻炼的真本领和助手的配合,同时也借助着物理原理的保证．

根据动量定理，有

与此同时,在大洋彼岸的美国青年霍耳(E.H.Hall)也萌发了这样的想法．不过,他却是“初生牛犊不畏虎”,面对权威著作的结论表示怀疑,并勇敢地决定让实验做裁判．

当力的作用时间Δt极短时,即使作用力F很大,力的冲量(FΔt)仍然很小,由此引起物体的动量变化(或速度变化)也很小,物体在冲量作用的时间Δt内发生的位移极小．如果物体(石块)的质量m足够大,则在这个过程中物体的速度变化Δv几乎等于0,物体不会发生可觉察的位移,因而对支持物也就不会产生附加的压力．这就是说,在气功师有足够的功力顶起石块时,石块越重(m越大),锤击时所产生的附加压力就越小,仿佛没有敲击一样．所以,这个表演也必须训练有素的助手配合．

图3

为了进一步消除疑团、加深认识,可以做一个模拟性的实验:取一架托盘天平,在盘子里放上比较重的物体,并记下指针的示数．另取一根有弹性的细竹条(像敲击扬琴用的琴签),在天平盘的物体上快速敲击一下(需要先练习几次),可以发现,指针继续保持在原来的位置上,几乎没有变化，说明快速敲击时,并没有对天平产生明显的附加压力(图3)．

如果要求更精彩,还可以做一次模拟表演:伸开手掌平放在桌面上,在手掌上叠放一堆薄的瓦片(为避免不平整而压痛手掌,可在手掌上下垫以厚实的毛巾),然后用另一只手抡起锤子,快速击打瓦片(锤与瓦片的接触时间要尽可能短)，可以发现瓦片被击碎了,手掌的感觉却与瓦片上没有锤击时几乎一样．同样道理,在手掌可支持的情况下,叠放的瓦片越多,快速锤击时对手掌引起的附加压力也越小．相反,如果你只在手掌上放一小块瓦片,抡起锤子猛击瓦片时,可能会把手掌都砸烂了，气功师也不敢在胸口放一小块石子，让助手用铁锤猛击的试验,千万别去充“好汉”冒险.

总结这两个事例，批判性学习过程可以表示为(如图4.)

图4

在中学物理教学中有许多类似的问题,通过这样的过程，学生的学习能力和对有关问题的认识深度无疑都会得到显著的提高．

2 思维的灵活性

2.1 思维灵活性的表现

19世纪70 年代,英国物理学家麦克斯韦完成了物理学史上的第二次大综合,无疑地被尊为电磁学研究方面的权威．英国有一位物理学家想做一个实验,研究电磁铁对电流的作用．不过,当他看到麦克斯韦在《电磁学》一书中所说的话:“在导线中流动的电流本身完全不受附近磁场或其他电流的影响”,立即被权威的结论吓回去了,轻易地放弃了他所萌发的这个十分有价值的想法．

思路开阔，妙思涌泉是思维灵活性最基本的表现,它集中地反映在善于处理具体问题的能力上．可以这么说,凡是大有作为的人,除了在专业知识上有很深的造诣外,其共性都是思维灵活,反应敏捷．不能设想,一个思想呆滞的人会在某个领域作出创造性的建树．这方面,在科学技术的发展过程中,有着许多生动的事例．

(2) 及时抛弃错误、迅速拨正航向.

处理问题时能够及时抛弃某些错误的假设(或观点),迅速拨正航向．这也是思维灵活性的十分可贵的要素．

许多科学家由于所处时代的局限性、背景各异或长期从事某项研究和受某种理论的影响,也会形成思维定势,有时甚至会很遗憾地成为原来非常活跃的思路上的绊脚石,妨碍他们做出重大的发现、取得巨大的成功．在物理学史上,由于思维灵活性出现了“暂时打顿”,最让人扼腕的事例可能就是小居里夫妇痛失三次诺贝尔奖的机遇了．

小居里夫妇,就是世界上第一个荣获两次诺贝尔奖的居里夫人的女婿和女儿．他们都是物理学家,非常聪明、努力,继承着居里夫人的工作,专注于放射性的研究,并因发现人工放射性的重大成果,荣获1935年度诺贝尔化学奖．不过,他们也曾因囿于陈见,而与三次伟大发现(即有关中子的发现,正电子的发现和铀核裂变的发现)失之交臂．

通过表2、表3分析可得，异味超标发生主要与时段（光照）、湿度、风速有关。①时段：白天基本不超标，特殊气象下白天可能超标；超标主要发生在晚间，即早、晚6点和凌晨1—2点光照强弱特定的时候。②风速：异味扩散距离与风速负相关，影响距离随风速、时间扩散。③湿度和降雨量：当湿度＞80%时，容易发生异味超标；异味发生频次概率为小雨＞中雨＞暴雨。

著名哲学家凯特林说过一段很中肯的话:“摆脱陈旧规则和解决这一问题本身一样费劲．”从小居里夫妇引出的教训,可以让我们坚信这是千真万确的．

(3) 灵活地转移研究对象.

云阳县有中职学校3所，其中国家示范中职学校1所（云阳职教中心）、市级合格中职学校1所（云阳师范学校）、民办中职学校1所（五一技校云阳分校）。3所学校发展各有侧重，各有特色，形成了错位发展、优势互补的良好发展格局。全县共有中职学生7970人，占高中阶段学生总数的24.6%；中职专任教师438人（其中双师型教师270人），生师比为18.2∶1。

思维灵活性还有一种突出的表现,就是转移研究对象的能力，能够迅速地、自然地从一类对象转变到另一类对象,甚至内容相距很远的另一类对象．在近代科学史上,贝尔纳和鲁梅斯称得上是两位很具典型性的代表人物．

① 科学家——社会活动家.

贝尔纳(J.D.Bernal,1901—1971)称得上是一位“百科全书”式的英国天才科学家,也是一位思维灵活性的代表人物．

1918年,贝尔纳进入剑桥大学,先后学习数学、化学、地质学、矿物学和物理学．他说:“在那里一切人类财富都展现在我的面前．在这思想的天地中,我无所偏爱,我所看到的一切都使我如痴如醉．”大学毕业后,应著名物理学家布拉格(W.H.Bragg)邀请进入“戴维——法拉第研究实验室”从事晶体学研究,不到5年已成为有影响的实验晶体学家．1927年受聘在剑桥大学任教,继续着晶体学的研究．1932年已成为将X射线晶体学用于研究生物分子的先驱之一,次年,又首先获得单晶蛋白质的X射线照片,并最先研究出烟草花叶病毒的结构等,短短几年就在科学界崭露头角．

采用SPSS 18.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，两个样本均数比较采用t检验，多于两组样本均数的比较，采用方差分析（ANOVA）；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

贝尔纳从1938年起直到退休,一直在伦敦大学伯克贝克学院做研究工作．他继续着对晶体学的研究,创建了X射线晶体学,所做的研究几乎涉及晶体学的全部领域;他还把物理学和化学带进生物学,并把它作为生物学研究的重要工具,研究了氨基酸、维生素、荷尔蒙、蛋白质和病毒等生物有机物质,都取得了骄人的成绩； 他还继承和发展了老师布拉格的事业,将对有机结构的研究扩展到生物大分子结构的研究,为分子物理学的发展作出了突出的贡献．……贝尔纳以他丰富的知识和琳琅满目的研究成果,自然地赢得了学术权威的地位．

贝尔纳还有一个显著的特点:常常能敏锐地提出一个问题、抛出一个思想,在自己涉足一番后,就留给别人去完成最后的成果．他为许许多多年轻人确定合适的研究方向,经过他指导的学生或同事,有多人后来获得了诺贝尔奖．贝尔纳的同事和学生都坚信,按照贝尔纳的创造天赋,他可能不止获一次诺贝尔奖．虽然这一天始终没有来到,可全世界有许多其原始思想源于贝尔纳论文的成果．

联系人：臧建成医生：13261797099（微信同号）；办公室王一岚：010-58122956，13167579442

更为难能可贵的是,他不仅做科学研究,还非常重视对社会问题的研究,深入探讨科学功能和社会结构的关系,强调科学教育和普及工作,进行了大量的有关科学组织规划与管理以及科学技术史的研究．同时,他身体力行积极参与各种社会活动和政治活动,在许多科学家和政治团体中充当着领袖人物,热心致力于科学为民所用的和平事业,完全称得上是一位优秀的社会活动家．二战时,曾担任军队的科学顾问,成为在战争中运用运筹学方法的先躯之一,并直接参与盟军的诺曼底登陆计划,设计了利用气球进行空中摄影的方法,为取得诺曼底海滩资料提供了帮助．二战后,频繁地在世界各地进行和平宣传活动,曾担任英国科学者协会主席、世界科学者协会副主席、世界和平理事会执行委员会主席等重要职务．

Comparative experimental study on working performance of three kinds of sweetpotato transplants

贝尔纳的一生中,一直不停地在转换角色——从物理学家到化学家、从晶体学家到生物学家、从教授到行政管理员、从科学家到社会活动家,……而且在他所参与的各个研究领域中都取得可喜的成就．可以这么说,思维的灵活性在贝尔纳身上已经发挥到了极致,为后人树起了一根需要加倍努力才能超越的标杆.

② 银行家——物理学家.

鲁梅斯(A.L.Loomis,1887—1958)也是一位传奇色彩特别浓厚的人物．

白天,他是一位亿万富翁的银行家,活跃于华尔街从事金融事务,沉浸于一堆貌似枯燥的数据中,感受着世界各处的汇率波动．夜晚及星期天,他是一位物理学家,埋头于自己的物理实验室,专心致志享受着物理世界奇妙的乐趣．研究对象的转移,在鲁梅斯身上表现得淋漓尽致．

在医疗、社保、文化生活等方面加强社会保障，重点推进贫困地区医疗卫生事业发展，完善新农合制度，积极构建农村养老保险体系，推进农村集中供养和救助体系建设，增加覆盖人群。建立完善的农户授信机制和灵活的小额贷款模式[8]。加强农村法制建设，加大农村普法力度。提高教育的普及度，“治贫先治愚”，避免学龄儿童因各种原因辍学。建立科技培训体系，加强互联网知识培训，切实增强贫困群众自我发展的素质和脱贫能力。

鲁梅斯也参与美国制造第一颗原子弹、代号为曼哈顿工程的组织管理，他既能周旋于美国当时的军政要人之间,也常常慷慨资助许多物理学朋友．有一件小小的趣事： 在上世纪40 年代,美国经济大萧条时期,当时凡向《物理学评论》杂志提供文章者,都会收到一个按页计费的清单和一张便条，申明编辑和他的机构无力付款,有关费用将由一位匿名的美国物理学界朋友支付，后来得知这个神秘的幕后人就是鲁梅斯．

鲁梅斯也是20世纪颇有影响的物理学家之一．在二次大战末期,劳伦斯在谈到鲁梅斯对雷达研究的贡献时说:“我完全相信,如果没有鲁梅斯,雷达将会发展得非常缓慢．”

那时,电子还没有被发现,对金属导体的导电机理是不清楚的．霍耳设想,如果情况不像麦克斯韦所说的,在导线中的电流本身能被磁场吸引,那么由于电流被拉向导线的一侧,会造成电阻的增大．

科学的发展虽然分支似乎越来越多、越来越细致,但不同学科的交叉也越来越广、越来越紧密．可以预料,未来的创造型人才必须要求具备更为宽广、丰富的知识基础，他们不仅要知道奥赛罗、红楼梦,也要知道宇宙大爆炸、黑洞;不仅会欣赏毕加索、徐悲鸿,也会欣赏爱因斯坦、霍金．美国著名科学家拉比这样说过:“只有把科学和人文科学融为一体,我们才能期望达到与我们的时代和我们这一代人相称的智慧的顶点．”

2.2 思维灵活性的教学意义

(1)物流企业可以引入竞争机制，对应每一个实货盘在选择相应的承运运输时，向几家入围运输公司同时进行选择，经过初选淘汰和中选几家对比，最后各项性价比优异者成为最终的承包商。这种类似的方法可以为物流企业构建最优管控体系。

爱因斯坦这样说过:“在科学上,每一条道路都应该走一走,即使发现一条走不通的道路,也是对科学的一大贡献．”科学大师的话对我们的教学同样很有启示，反映在中学物理的教学过程中,就是应该激励学生研究问题时多作各种可能的设想,尝试多种方向．

例如,通常我们都把地面看成是静止的平面(地平面),在许多具体问题的处理中,我们也可以让地面“动”起来,或者让地面“弯曲起来”.

当我们乘坐高铁向北京前进时,以列车为参考系,就把“我到北京去变成北京向我扑来”了;当我们把地面弯曲成半径为R(地球半径)的大桥时,同样可以从

资金使用效率低下是很多国企都面临的问题。国企应该建立银行账户管理制度，归并现有银行账户，严格核准账户的开立。

观察节日的焰火,如果让地面竖直向下以加速度a=g做匀加速运动,就很容易解释焰火微粒呈现出美丽圆球状的原因．

我院与财务咨询公司、餐饮行业财务总监合作，指导学生报税。通过学校教师与企业财务总监共同开发实验实训指导书教材，由聘请的企业人员定期参与指导，提高工作实践能力。

体育课上,从离地高h处、以初速度v0斜上方推出一个铅球,确定最远条件时,如果让地面以a=g向上做匀加速运动,经时间t后可列出两个方程

x2+y2=(v0t)2，

也就是说,在这样的条件下,霍耳电阻不是一种连续变化,而是会呈现出量子化的分布规律,并且它不以材料性质、器件的尺寸而转移,完全是由基本物理常数h(普朗克常数)和e(电子电荷量)确定的量,有着极高的精确性和重复性．

其交点就是铅球的落地点,然后再对它进行配方求极值,会显得更为方便．类似这样的具体事例很多……．

在教学中,无论是应用物理规律时不同方法的归纳整理,还是对具体问题的“一题多解”,都可以认为是培养和发展学生思维灵活性的一个重要方面,有关的具体问题不胜枚举．这种经历很有好处,使学生习惯于当一条思路碰壁时,能够迅速地换用另一条思路;一种方法行不通时,迅速换用另一种方法．许多解决问题的方法,到达成功彼岸的途径,往往不是唯一的,真所谓“条条大道通罗马”．

3 思维的深刻性

思维的深刻性主要表现为能够寻根刨底,不满足于既成的经验和已有的认识,不断地深入挖掘,扩大收获．

在科学上没有顶峰,也没有一成不变的绝对真理．许多物理现象会被不断地得到充实、完善,许多科学真理会不断地得到发展、更新,正是依赖于科学家们思维的深刻性和持之以恒的不断探索所结出的硕果．

3.1 物理学史上的一个典型事例——霍耳效应老树开花

1879年发现霍耳效应后,许多物理学家围绕这一现象又作了多方面的研究,很快又发现了4个伴生现象[注1]．至此,对有关霍耳效应的研究,科学界普遍认为已经彻底解决,似乎不可能再对它作出什么惊人之举了．

化学农药问世以来，对它的质疑从《寂静的春天》引发的反思和环保浪潮之后，可以说就没有停息过。近日，孟山都被指认隐瞒除草剂危害，致使曾在美国旧金山约翰逊说罹患淋巴瘤。不久前，美国加州旧金山方面有陪审团裁决，孟山都被判赔偿患癌园丁2.89亿美元，约合19.8亿元人民币。虽然孟山都表示不认同裁决，但此事还是把孟山都再一次抛到风口浪尖。

然而,在100后,德国物理学家冯．克利青通过对这一古老的发现作了更深层次的研究后,出乎意料地向人们展示了老树开出鲜花的奇妙景象．

冯．克利青把金属氧化物半导体场效应晶体管(MosFET)放在磁感应强度为18T的强磁场和1.5K的超低温下,发现了MosFET管霍耳电阻的分布规律

我们知道,在通常情况的霍耳效应中,霍耳电阻与电流之间呈现线性关系．在强磁场中霍耳电阻呈现的量子化效应完全是一种人们没有想到的新现象,称为量子霍耳效应．它被认为是20世纪凝聚态物理的一项辉煌成就,冯．克利青也因这一重大贡献荣获1985年度诺贝尔物理学奖．

此后,沿着这条思路,科学家又取得许多新的成果．例如,1982年,美籍华裔物理学家崔琦和施特默(美国)、劳克林(德国),进一步在更强的磁场(20T)和更低的温度(0.1K)下,发现了分数量子霍耳效应——观测到霍耳电阻更精细的台阶结构,并共同荣获1998年诺贝尔物理学家奖．

进入21世纪后,从量子霍耳效应引发的研究进一步深入,尤其可喜的是华人科学家的成果斐然．由美国斯坦福大学张首晟教授与其母校复旦大学合作开展的“量子自旋霍耳效应”的研究,已为实验所证实,并被美国《科学》杂志评为2007年十大科学进展之一．由清华大学薛其坤院士领衔、包括清华大学、中国科学院物理所和美国斯坦福大学等单位共同组成的合作团队,在反常霍耳效应的研究中取得重大突破,已经引起国际上的广泛关注，等等．

如果回顾一下量子霍耳效应,我们可以发现,实际上,有关霍耳电阻曲线的阶梯性,在1978年已有多起文献记载,可是并没有引起人们足够的重视,只有冯．克利青敏锐地意识到它的意义并作了不懈的努力,才使得被认为已经研究透彻的霍耳效应重又焕发出新的活力,犹如“老树开花”．因此,量子霍耳效应的发现也可以说是冯·克利青超人的思维深刻性的巨大成功,而在冯．克利青的发现后所涌现的崭新成果,无疑又是思维深刻性的一次次展示．

3.2 思维深刻性的根基——冰冻三尺非一日之寒

大家都熟知这样的故事:德国著名数学家高斯在孩提时,有一次上算术课,教师出了一道算术题,要求孩子们计算1+2+3+…+98+99+100=?结果教师刚把题目说完,高斯就举起小手回答:5050．

无独有偶，发生在我国著名数学家苏步青教授身上也有一个小故事．据说,苏步青年少时,有人曾考问他一道智力题:甲、乙两人相距100m相对而行,他们的速度分别为3m/s和2m/s．有一条小狗,以速度8m/s同时往返于甲、乙两人之间．那么,当甲、乙两人相遇时,小狗一共跑了多少路程?这个人刚把问题说完,苏步青脱口而出:160m．

高斯和苏步青为什么能够这样快就得出正确的结果呢?这就在于他们都抓住了问题的“要领”——高斯看出了这列数对应的头、尾两数之和都等于101;苏步青能够从小狗与甲、乙两人的运动中,迅速地抓住运动的等时性这一隐蔽的内涵,即小狗的运动时间与甲、乙两人从起步到相遇的运动时间相同．

在分析研究问题时,要求能够迅速地抓住“要领”,势必需要对问题洞察得比较深刻,这就是思维深刻性的表现．像高斯和苏步青这样在儿童少年时就崭露头角,显然都是智商极高的表现,属于“人中之龙”,通常在人群中是不多见的．

对于绝大多数的人们而言,思维的深刻性主要源于坚实的知识基础、丰富的实践经历以及持之以恒的不断学习、更新．这样,面对问题时才能知道其困难在哪里?有几条可行的途径?前人(或他人)已经做了哪些工作?受到过什么样的挫折?等等．冰冻三尺非一日之寒,思维深刻性同样不是一蹴而就的．

图4

著名美国科学史家和科学哲学家库恩(T.S.Kuhn)说过:“看一张气泡室照片,学生看到的是混乱而曲折的线条,物理学家看到的是熟悉的亚核事件的记录(图4)．只有有了许多次这样的视觉印象之后,学生才成为科学家世界的一个居民,……”．库恩的话,道出了隐藏在“聪明”后面思维深刻性的真相．

1978年《人民文学》第1期刊登了作家徐迟的报告文学“哥德巴赫猜想”,后来经大报转载后,曾经在国内轰动一时,激励了无数的中国人．

“哥德巴赫猜想”是一个世界数学难题,我国数学家陈景润为了摘取这朵皇冠上的明珠,同样从打好基础开始．他首先精深地钻研了华罗庚的《堆垒素数论》和大厚本儿的《数论导引》．接着,他继续做了有关数论研究的许多外围工作,对世界上有关数论方面30多道难题中,攻了了6～7道难题,推进了它们的解决——仅是这些成果,他的贡献就已经很大了．为了能直接阅读外国资料和文献,借鉴国外的经验和成就,他除了在中学和大学学习了英语和俄语外,还自学了德语、法语、日语、意大利语和西班牙语,努力吸收和消化前人的智慧和果实．陈景润做了这许多工作后,具备了深刻认识这个难题的条件,才勇敢地向哥德巴赫猜想挺进,终于攀登到了当今世界最前沿的“1+2”的景界．

纵观人类的科学文明史,无论是做出伟大发现的科学家或有杰出成果的发明家,他们在获得对未知世界的深刻认识或突破某项核心技术的过程中,往往都经历过艰苦的摸索、失败的锤炼和精心的准备,都有着宽广坚实的基础,才能最终把握住客观世界深刻的真谛,到达光辉的顶点．

3.3 思维深刻性的教学意义

思维的深刻性与思维的灵活性一样,同样依赖于人的能动性的培养和训练．中学阶段的学生,正是充满着对未知世界的憧憬和好奇的年华,也是形成思维个性的一个黄金契机．如果在教学中能够引导学生对学习和生活实践中的许多问题勤思考,不满足于表面的结论,有寻根刨底的强烈欲望,同时注意认真总结和不断积累,就会使他们的思维逐渐提升并进入善于思考、深入思考的境界．久而久之,解决问题时也就容易抓住事物的本质特征,深刻地洞察其中所蕴含的奥秘,迅速找到突破口．

图5

在中学物理教学中,有许多问题可以引导学生去深入地分析和思考的．例如，对于图5中常见的双线摆,它在垂直于纸面的方向来回做小振幅振动时,大多数学生都能熟练地根据它等效于一个摆长为l′=lsinα的单摆,得到振动周期为

在写出这个周期算式时,如果能引导学生主动地想到探究其中的原因,说明他们已经超越了表面的结论,迈出了可喜的一步．如果能继续通过实验或理论的分析,验证这个结果,说明学生的认识进入了较深刻的境界．

图6

图6是常见的用半偏法测量电流表内电阻的电路图．教学中,如果能引导学生主动地思考:这个实验的测量原理是什么?为什么要求两电阻箱的值满足条件R≫R′?这里的测量误差主要由什么因素决定的?如果由于条件限制,只有一个电阻箱时,能否用半偏法测量呢?……产生这样的思考并进而通过讨论解决问题,学生的认识就进一步升华了．

类似的事例很多，可见,思维的深刻性并非天生,它也是从学生时代起步的.

1 王溢然，束炳如.中学生物理思维方法丛书(共13册)[M]．合肥： 中国科学技术大学出版社，2016．

注1 霍耳效应的四个伴生现象: ① 范廷好森(Fttinghausen)效应:由于自由电子速度的不一致,将使大于和小于平均速度的电子聚集在不同的地方,引起温差电动势．② 能斯脱(Nernst)效应:引线与金属薄片接触处由于电阻不同,电流通过时产生不同的焦耳热,引起温差电动势． ③ 里纪——勒杜克(Right-Leduc)效应:由能斯脱效应产生的电流也会引起附加电动势．④ 不等位电势差:当金属薄片通以电流时,薄片中垂直电流的各个截面的电势逐渐降低．若霍耳电势的引出线的位置不对称时,也会引起附加电势差．

2016-11-08)