逻辑思维在创造发明中的作用

所谓创造性思维是指人脑对客观事物进行有价值的求新探索获得独创结果的思维过程。美国心理学家科勒斯涅克认为：“创造性思维是指发明或发现一种新方式，用以处理某件事情或表达某种事物的思维过程。”[1]科学发现和技术发明（简称科技创造）是一种高级的复杂的创造活动，创造性思维在这一活动中起着至关重要的作用，可以说，离开了创造性思维，科技发明与发现就无从谈起。目前，到处都在实施创新教育，而创新教育的重要任务是大力培养学生的创造性思维能力。本文试图通过分析创造性思维在科技创造中的作用，来探索创新教育该如何有针对性地培养学生的创造性思维能力。
一、创造性思维在科技创造中的作用
创造性思维实际上是一种综合性的思维，是指多种思维形式的创造性运用，其形式包括发散思维、收敛思维、直觉思维、形象思维及逻辑思维等。创造性思维在科学技术的创造中具有十分重要的作用，打开一部科学技术中就会发现，迄今为止所有的科学发现和技术发明，无一不是创造性思维的结果。创造性思维在科技创造中的作用表现在如下方面。
（一）导向作用：引导广泛寻找探索问题的各种方案
“打开一切科学的钥匙都毫无异议的是问题，我们大部分的伟大发明都应归功于如何，而生活的智慧大概就在于遇事问个为什么。”（巴尔扎克语）这句话指明了科学研究的第一步，即从问题开始。一个人要想有所发现、有所发明、有所创造，首要是要会发现问题，而是发现问题必须借助于创造性思维。爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提了出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧问题，都需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”[2]自然现象、社会生活展现在我们面前是五彩缤纷的，各种矛盾错综复杂，有此人对此熟视无睹，充耳不闻。创造者的高明之处就在于能从中发现常人感觉不到的新问题，这种高明凭借的就是创造性思维。这种创造性思维能引导创造者带着为什么去看周围的世界，在他熟知的领域仔细地观察某些现象，并敏锐地进行思考，或好奇、或发问、或怀疑、或批判、或奇思怪想，对某些问题从不同的角度去看、去想，这就是发散性思维。发现问题仅靠理性思维、正向思维、常规思维、逻辑思维是不行的，这样思路就不开阔，就受阻碍，这时，创造性思维就可以大显身手，发挥其优势。如牛顿看见苹果落地想到地球的引力从而发现万有引力定律；法拉第看见电流环绕软铁时软铁被磁化的现象想到了“由磁生电”；达尔文观察世上的生物呈千姿百态感到疑惑而探索物种起源，从而创立了进化论；杂交水稻之父袁隆平偶然见到一棵特别优异的水稻植株觉得奇怪，跟踪研究方知原来是一棵天然杂交种，后培育出高产的杂交水稻；爱迪生在发明电灯的过程中，为找到理想的灯丝材料运用发散思维，先后想到并试验过1600多种耐热材料和6000多种植物，最后终于发现用钨丝做灯丝最理想。
（二）聚焦作用：找准解决问题的主攻方向及突破口
创造性思维不仅就是发散思维。在寻找解决问题方案的初期，发散思维起着非常重要作用，但仅仅只一味地发散是不够的，是不可能深入研究下去的，那样只能浅尝辄止，就不可能重点突破。在广泛地发散思维之后，还得运用收敛思维，从众多方案中筛选出几种最佳方案进行深入探究。这时，创造性思维对发现问题来说起着聚焦的作用，即要找到主攻的方向，选准突破口，然后锁定目标，重点攻克。比如关于电的发现就是一例，早期各方面的科学家们已感受到电的各种表现形式，如雷电、摩擦生电、电流会使小磁针偏转，还发现电与化学、光学、热学、力学、生物学等有关系，于是人们从不同的角度提出了许多问题后经收敛思维和综合分析，逐渐将众多问题归结到一个中心问题：是否有某种高速度、高能量的极小微粒穿行于各种物质之中，造成各种现象，这就找到了中心的突破口。科学家们经反复推测，形成了关于原子内部结构的各种假说，假定有些微粒在原子内绕中心高速转动，当它飞出原子时便流动于各物体之间，这便可解释许多现象。后来得到实验证明，便建立了关于电的理论。这表明，创造性思维在科学创造中，在帮助选择研究的主攻方向和突破口方面发挥了积极作用。
（三）桥梁作用：架通多种思维之间的立交桥，使思路畅通无阻
科技创造是一项复杂的系统工程，单靠某种思维是无法完成的。它是创造性思维综合作用的结果，在发现的不同阶段采用的思维形式不尽相同，且在同一阶段也往往是多种形式思维的综合采用，这时就靠创造性思维起穿针引线、铺路搭桥的作用，在多种思维之间构筑一座立交桥使之相互贯通，帮助完成发明创造的任务。在创造过程中，发散思维、收敛思维、形象思维、逻辑思维、灵感思维、直觉思维、类比思维等往往是综合采用的，这时是创造性思维将它们有机地组合起来。在创造过程中，有的是先发散再收敛；有的是先直觉判断再来类比推理，还需逻辑整理；有的是逻辑思维、形象思维与灵感思维混合进行，不是某种思维在单刀直入和孤军奋战，而是协同作战。总之，是创造性思维在统一调配它们。有人过分强调灵感、直觉等非理性思维，仿佛它们就等同于创造性思维，这是不全面的。尽管爱因斯坦、卢瑟福、开普勒、彭加勒、钱学森等十分推崇灵感、直觉等，但他们并不排除理性思维作用。在瞬间由直觉、灵感悟出的假设，往往是片面的、模糊的，还有待逻辑思维去完善它，得用准确的语言、公式、图形表示出来，还得将发明创造的成果物化出来。
（四）催化作用：促使创造成果尽快成熟并早日问世
科技创造一般分为准备、酝酿、明朗和证验四个阶段，在这整个过程中，创造性思维都伴随着并一直在默默无闻地起着催化的作用。准备阶段，它帮助积极地思索，使研究者的思路四面出击、八方开攻，富于批判，勇于创新，思维显得异常活跃、流畅。酝酿阶段，它促使研究向纵深方向挺进，使问题越来越集中，使探索步步逼近，催成果尽快成熟，帮研究者克难奋进，勇敢直前，逐渐使研究者大脑中孕育的宠儿达到瓜落蒂落的程度。明朗阶段，到了“万事俱备，只欠东风”的时候了，研究者在苦苦求索不见其面，千呼万唤不出来的情况下，心力交瘁，痛苦不安。有时只好轻松轻松，不料在散步、听音乐等休息之时，因某一现象而受到启示，突然接通思维的电路，闪现出火花，直觉或灵感出现了，顿悟出一个道理，一下子找到了答案，这时是灵感思维、直觉思维在伴演催生婆和助产士的角色。在证验阶段，同样是它帮助将那幼嫩的假说、猜想之类的，进行推理、论证、检验，使之修补和完善，最后一个惊人的发明或发现问世了。比如爱因斯坦因忆他取得的多项重大发现，创造性思维自始至终都在起作用。哥白尼日心说的提出、达尔文进化论的创立、牛顿力学的建立、麦克斯韦电磁理论的建立等等，都是得益于创造性思维，都是创造性思维结出的硕果。
（五）引爆作用：使酝酿许久的新思想一触即发，突然真相大白
研究者对一个问题的研究到一定程度的时候，经长时间的苦思冥想仍不得要领，便进入一种痛苦的焦虑不安的状态，大脑皮层的高度诱发势态好比一堆干柴，遇到一点火星就会爆发大火。此时，创造性思维就会发挥引爆作用，这种“火星”往往就是灵感，心有灵犀一点通，碰到偶然的机遇，会使研究者恍然大悟，迅速捕捉灵感，长期萦绕脑际的难题顷刻间迎刃而解，仿佛找到了一把金钥匙，迷宫的门被打开了，随后便穷追不舍，直到把问题弄个水落石出方肯罢休。这种事例较多，譬如阿基米德从坐进浴盆洗澡水溢出盆外受到启示，突然灵感爆发，想出了鉴别金王冠是否掺假的办法，继而不断研究，创立了浮力定律。
（六）启示作用：提供思维的范式和研究的方法以启示后人
亚里士多德认为：推一个物体的力不再去推它时，原来运动的物体便归于静止。这一观念统治历史长达两千多年，从来无人怀疑。只有伽利略勇敢地提出疑问并大胆假设：一个人推一辆小车在路上走，突然停止推车，车并不马上停止，还要再走一段路，若毫无摩擦，小车便会永远运动下去。伽利略的这一发现，由此引起了一场思想方法的革命。爱因斯坦高度评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”[3]
创造性思维使科学发现和技术发明获得成功，其意义不仅仅在成果本身，更在于它给后人留下的方法论启示，为后人提供了有价值的成功的范例，这些典型的范例对于培养更多的优秀人才是十分生动的教材。正如拉普拉斯早就指出的那样：“认识一位巨人的研究方法对于科学的进步……并不比发现本身更少用处。科学研究的方法经常是极富兴趣的部分。”[4]
所有的科学发现和技术发明无一不是创造性思维的结果，但创造性思维在发明过程中的作用每次又不完全一样，是丰富多彩的，其中一些典型的范例是极富借鉴价值的，对青年科技工作者很有启发，对于推动科学技术的迅猛发展，完成更多重大的科学发现和技术发明，乃至推动整个社会的文明进步，都是有示范作用的。前苏联科学家萨奇可夫说得好：“科学发现的意义，不仅在于它提供了新信息，提示了对象的新属性新规律，而且首先在于提出解决研究课题的方式……加强着科学思维和科学活动的装备，发展着科学方法的基础。”[5]
二、创新教育要有针对性地培养学生的创造性思维能力
创新教育的就是任务主是要培养学生的创造性思维能力。创造性思维能力主要包括发散思维、收敛思维、灵感思维、直觉思维、形象思维和想象等。
（一）发散思维能力的培养
发散思维就是让思想自由驰骋，对信息进行分析和组合，产生出大量可能的答案、设想或方案。培养发散思维能力包括三个方面：一是培养思维的广阔性。要培养学生全面地看问题，善于从各种不同的角度来思考某一个问题。在教学中，教师要发散性地提问，广泛听取学生发言，尽可能征求多种答案，采取集体讨论的方式，提倡民主、平等，对学生的发言教师不宜过早评价，尤其是对即使是提问或答问离奇甚至错误的同学不能打击其积极性和好奇心，更不能讽刺、挖苦。二是训练思维的灵活性。要使学生勤于思考，善于发问，思维要敏捷、机灵，思路要开阔，转换角度快而灵活，不拘泥、不死板。三是提高思维的变通性。思考问题、解决问题不要一个模式，要灵活变通。提倡一题多解，寻求多种答案。教师的教学方法要多样化，经常随时变换。学生的学习方法也要多样，灵活自如，交替使用，提高教与学的效率。四是倡导思维的独特性。要鼓励学生不迷信权威，不从众，不人云亦云，不亦步亦趋，不唯书，不唯上，不唯师，只唯实，要引导学生敢于标新立异，勇于大胆创新，富于批判精神，追求新奇。对于那些善于奇思怪想的学生，教师要给予鼓励和正确引导，因势利导，培养其创造性的个性品质和思维特征。学校也要多开展有一些有助于培养学生发散思维能力的活动，比如向学生公开征求合理化建议，让学生参与提出各种教育教学改革方案，开展同一主题的作文、绘画、演讲、小制作、办小报、社会调查及方案设计等活动，并奖励优秀者，激发学生的创新热情。
（二）收敛思维能力的培养
收敛思维就是从不同的方面和角度，将思维集中指向某一中心点，从而使问题得到解决，即从若干种方案中选出最佳方案。培养学生的收敛思维能力主要有以下几点：一是训练分类能力。告诉学生按不同的标准作多种划分。二是训练鉴赏能力。引导学生学习鉴别、分析、比较、欣赏某些事物，并逐步提高自身的鉴别与欣赏的能力。三是训练判断能力。要培养学生的主体意识，要养成独立思考、独立判断和自己下结论的好习惯。四是训练选择能力。收敛思维实际就是作比较、鉴别和选择，一定要使学生学会选择，选择在学习、生活及今后的工作中用途很广。收敛思维的过程实际就是排除、选择的过程。要让学生参与某些评选活动，让学生当评委，学会精益求精、优中选优，会在各种方案、作品、答案中选出最佳者，让学生当好小主人。
（三）灵感思维能力的培养
创造者对某一既定目标久攻不克之时，偶然受到某种启示而顿开茅塞，从而找到解开关键性问题症结的新思路，使既定目标最终实现，这种思维就是灵感思维。有的人将灵感说得很神秘，仿佛灵感是天生的，是不能培养的。其实，灵感并不是天上掉下来的，也不是头脑中固有的，而是后天刻苦钻研、勤奋思考的结果，偶然之中存在着必然。正如周恩来同志所说的那样：“灵感式”的科学发现是“长期积累，偶而得之”。培养灵感思维能力，一是要求学生刻苦学习，奠定坚实的基础，广泛涉猎，蓄势待发，厚积薄发；二是要求学生学会观察，兴趣要广泛，好奇心要强烈；三是要求学生多思、勤思、善思、巧思；四是要求学生善于联想，要有丰富的想象力；五是要增强敏感性，要以有准备的头脑去观察周围的事物，思考感兴趣的问题，要善于抓住某些奇异现象，努力寻找事物间的相似之处，一旦灵感触发要马上抓住，不失时机地解决长期困惑的问题。此外，还要为培养学生的创造能力提供一些有利条件，要多组织问题讨论、集思广益，教师要多用问题教学法、发现教学法等，要让学生既会在讨论中发现问题、受到启发，又会单独沉思，还会在休息、轻松时抓住思想火花，掌握灵感思维方法。
（四）直觉思维的培养
直觉是指并没经过一步一步的分析和推理，迅速而直接对问题的答案和事物的本质规律作出猜测和判断的思维。直觉是建立在对某种事物长期观察、深入探索和有丰富经验积累之上的。培养学生的直觉思维能力确实较难，需要长期努力，逐步积累，循序渐进，但只要有意识地训练和培养，日积月累，学生也能慢慢养成习惯。直觉思维实际上是逻辑思维的简化和浓缩。因此，要加强逻辑思维能力的培养，且这是多种创造性思维能力的基础和关键之所在，整个科技创造都离不开逻辑思维。奠定好知识基础，积累较丰富的经验，遇事爱动脑筋，学会快速思考，并鼓励学生大胆猜想，对较熟悉的事物直接作判断等，应如此训练其直觉思维能力。直觉与灵感联系密切，有时也需要媒介触发，也可将两者的培养训练结合起来，在教学及其他活动中加强这方面的训练，就会慢慢见到效果。
（五）类比思维能力的培养
类比思维就是从两个或两个以上事物的某些共有、相同或相似的属性，抓住事物的特征和本质属性。我们认识某一事物，就要将它与别的事物作比较，找出共同点和不同点，即类化和个别化，这时靠的就是类比思维能力。类比思维对于创造十分重要。哲学家培根说：“类比思维对于创造十分重要。哲学家培根说：“类似联想支配发明。”科学家贝弗里奇说：“独创常常在于发现两个或两个以上研究对象或设想之间的联系或相似之处。”[6]在文学艺术等创作方面，也一刻都少不了类比思维。因此，我们必须高度重视培养学生的类比思维能力。培养学生的类比思维能力并不难，实际上从幼儿教育就已开始了，在语文、数学、物理、化学、生物、外语等各科教学中，我们几乎每天都在从事这方面的工作，只是有意识地培养训练不够，综合训练不够，将其与创新能力的培养结合起来不够，今后要重点加强这些方面的工作，还可开设发明创造课、思维训练课及创造性的制作比赛等，使学生的类比思维能力迅速提高。
（六）形象思维能力的培养
形象思维就是运用形象材料和表象，通过对表象的加工改造进行思维。形象思维有很多时候表现为创造性思维，如对形象的重新排列组合、类比、联想、想象等均富创造性。形象思维在文艺创造、科技创造及工程设计等方面都发挥着创造性的作用。形象思维能力的培养在基础教育阶段对少年儿童培养显得尤为重要。培养和训练形象思维能力，主要措施包括：一是培养观察力。通过绘画、写作、实验、活动课、观察日记等，丰富表象积累，大力培养学生的观察力。二是培养想象力。在绘画、阅读、写作、历史、音乐、物理、化学、地理等课程教学中，培养学生的再造想象、科学想象和创造想象的能力。三是培养空间想象力。在立体几何、工程图学、地理学、绘画课及阅读与写作课中重点突出空间想象力的培养。四是培养表达能力。在写作、阅读等教学中努力培养学生的文字表达和口头表达能力，要力求形象、生动、幽默，在音乐、美术、活动课及计算机应用等课程教学中，培养学生的构图、声乐及实物制作表达能力。
虽然说创造性思维是人类的高级思维，但我国的一系列研究表明，早在儿童晚期（10、11岁）就已具有初步发展水平，其发展的关键期则在青少年期，尤其是在初中阶段，高中阶段已发展成熟，大中学生在创造性思维上没有明显差异。[7]这就要求我们在中小学，尤其是在小学中高年级和初中阶段要大力开展培养学生的创造性思维能力的工作，不能错过这一黄金时期，等到了大学甚至研究生教育阶段再来补创造性教育的火，那就晚了，不仅不合时宜，而且收效甚微。