科學技術研究的創新思維方法

　　科學技術需要創新，創新是科學技術研究的動力和靈魂。要創新，必須有創新思維和方法。科學研究上和技術發明上的創新思維，就是思維要素的辨證組合與重新配置。以下是小編幫大家整理的科學技術研究的創新思維方法，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

　　科學技術研究的創新除了表現為運用規范性的辨證思維形式之外，還體現為收斂性與發散性、邏輯性與非邏輯性、抽象性和形象性的對立統一等辨證思維特征。在這些具有對立方向的特性之間保持張力是創造性思維的典型特征，也是創新思維方法的典型特征。

　　一、思維的收斂性與發散性

　　（一）收斂思維特性

　　使思維集中于同一方向，使思維條理化、簡明化、邏輯化、規律化，收斂思維特性又稱“聚合思維”、“求同思維”或“集中思維”特性。

　　收斂性思維志在取得成果。

　　（二）發散思維特性

　　是指從一個目標出發，沿著各種不同的途徑去思考，探求多種答案的思維特性，與收斂思維特性相對。又稱“放射思維”、“求異思維”或“擴散思維”特性。發散思維特性是創造性思維最重要的特點之一。

　　（三）思維的收斂于發散

　　只發散，不收斂，勞而無功；只收斂，不發散，沒有創造。只重視其中一個，便可能走上形而上學思維。若把兩者有機結合起來，則具有辨證思維的特點。兩者是對立的統一，具有互補性，不可偏廢。需要在兩者之間保持思維的張力，在收斂中注意發散，在發散中注意收斂。

　　二、思維的邏輯性與非邏輯性

　　（一）創造性思維的特性

　　創造是科學研究和技術發明最重要的特性之一。創造性思維不是在所有辨證思維和科學研究方法之外獨立的一種思維形式和或方法，是能夠提出創見的思維，是在思維特征方面不刻板，組合各種思維、靈活調用思維的特性。

　　創造性思維的特點是思維方向的求異性、思維結構的靈活性、思維進程的飛躍性、思維效果的整體性、思維表達的新穎性等。

　　創造性思維特別注重邏輯思維與非邏輯思維的統一、抽象思維與形象思維的辨證統一。

　　（二）創造性思維的邏輯性

　　創造性思維過程的邏輯性，是指其過程中包括演繹、類比推理、歸納等等。在邏輯思維方面，類比推理在科學發現和創造方面的作用很大。

　　類比推理是根據兩類對象之間在牟蝶方面的類似或同一，推斷它們在其他方面也可能類似或同一的邏輯思維方法。類比推理是或然性推理。類比常常是科學技術研究從已知跨越到未知的橋梁。

　　（三）創造性思維的非邏輯性

　　創造性的非邏輯的思維，是指不拘邏輯形式或沒有邏輯形式的思維，其形式主要有：聯想、想象、隱喻、靈感、直覺與頓悟等等。

　　在非邏輯思維方面，想象對于科學發現和技術發明的作用很大。直覺和頓悟在創造成果突現方面尤其突出。

　　想象，是對過去存儲在大腦中的知識、經驗、方法進行重新組合的思維活動，它可以把這種大腦中的知識、方法的暫時思維組合與現存研究對象通過某種形式關聯起來，形成新的聯想。愛因斯坦認為，想象力比知識發明更重要。想象常常出發“靈感”，做出科學發現和技術發明。

　　非邏輯思維開拓思路，邏輯思維整理思路，完成創新的理性構建。在非邏輯思維之前也有邏輯思維（如比較、分類、歸納等），為非邏輯思維做好鋪墊準備。

　　三、直覺與頓悟思維

　　直覺與頓悟思維是兩種創造性很強的非邏輯思維特性。

　　（一）直覺

　　直覺是指不以人類意志控制的特殊思維特性，它是基于人類的職業，閱歷，知識和本能存在的一種思維特性。直覺具有直接性、迅捷性、或然性等特征。

　　（二）頓悟

　　頓悟是創造性思維的一種特性和狀態，指當思考某個問題長期得不到解決時，在某種時刻突然獲得解決問題的豁然開朗的狀態。頓悟有突發性、誘發性、偶然性、極度快樂或豁然開朗之特性等等。

　　四、移植、交叉與跨學科研究方法

　　移植和交叉學科或跨學科的研究方法，是創造性思維的兩種非常有效的研究方法。 當代科學研究和技術發明變得越來越復雜，進行移植與交叉，通過多學科或跨學科的研究，常常能獲得單一學科研究無法獲得創新成果。

　　多學科融合或通過跨學科科研問題也是當代科學和技術解決問題的創造性方法了。體現了廣泛聯系和發展的辯證法。

　　（一）移植方法

　　所謂移植，即把在其他學科中已經運用的方法或研究方式移動要研究的新領域或新學科中，加以運用或加以改造后的研究方法。移植方法的創造性很高。

　　移植方法包括：概念移植、對象移植和方法或技術移植等等。

　　（二）學科交叉方法或跨學科方法

　　當代各門科學之間的交叉性越來越大，通過學科之間的交叉往往可以獲得新的認識，帶來創新。學科交叉成為一種新的思考方式和研究方法。

　　1.所謂學科交叉方法，就是兩門以上的學科之間在面對同一研究對象時，從不同學科的角度進行對比研究的方法。借鑒其他學科的研究，思考本學科的問題和對象，融合其他斜跨的研究方法，以達到對研究對象的新認識。

　　2.所謂跨學科方法就是通過多學科的協作共同解決同一問題的方法，跨學科也是一種多學科融合的方法，也可以稱為多維融貫的方法。

　　拓展：物理科學思維能力的培養

　　物理科學思維能力是高中物理教學的核心。教會學生思維，是貫穿于整個高中物理教學全過程的重要任務。物理科學思維能力不但對學生學好物理至關重要，對學生學好其他學科亦有重要作用。

　　有些學生面對物理問題時，首先想到的是如何套公式，模仿以前做過的題求解或利用已形成經驗的物理模型，這是思維不科學的表現。其后果是相似的問題不知其區別，不能抓住問題的本質，不知物理結論的意義和成立的條件，長期下來這些學生解決問題的能力將會下降，對生題更是無從下手，這些不符合高考的發展要求，對自身的成長也是不利的。

　　1、物理科學思維

　　美國教育家杜威指出：“思維就是有意識地努力去發現我們所造成的結果之間的特定的聯接”，“思維就是探究、調查、深思、探索和鉆研，以求發現新事物或對已知事物有新的理解”。可見思維是一個有意識地探究行動和結果之間特定的聯結的問題。

　　科學思維是有意識地按照一定的程序，依據科學的規律，運用科學的方法探究行動和結果之間特定的聯結的過程。

　　物理科學思維是有意識地按照物理解決問題的程序，依據物理的概念和規律，運用物理科學方法探究行動和結果之間特定聯結的過程。

　　2、培養學生的物理科學思維能力的途徑

　　2.1加強物理科學方法學習，提高物理方法意識

　　物理科學方法就是描述物理現象、確定物理過程、實施物理實驗、總結物理規律、檢驗物理規律時所應用的各種手段與方法。

　　學習掌握物理科學方法，應首先分析教材中的科學方法因素。從物理概念和規律的形成和擴展中分析科學方法因素。當我們引入物理概念并加以定義時，或研究概念之間的定性和定量關系形成規律時，就需借助于一定的工具、一定的手段，通過一定的思維操作去觀察、去發現，這就體現為科學方法。如“電場強度”的引入，就要用觀察實驗、概括、比例等方法。從部分電路歐姆定律出發建立閉合電路的歐姆定律就要用到實驗歸納與物理演繹相結合的方法。

　　從知識點與知識點的連結處，分析科學方法因素。如分析安培力和洛倫茲力的關系時，要用到電流的微觀模型、數學推導、實驗觀測等方法。

　　理論用于指導解決實際問題時，理論本身就具有了方法的意義，因此要在運用物理概念和規律解決實際問題的過程中分析科學方法因素。如研究一個單擺擺到最低點的速率時，我們既可以用動能定理，也可以用機械能守恒定律求解。此時動能定理和機械能守恒定律等理論，實際上就成為解題方法了。

　　從物理實驗中提取科學方法因素。物理實驗中的實驗原理設計、實驗操作和實驗數據處理等每一過程都蘊含著豐富的科學方法教育因素。如驗證牛頓第二定律的實驗中，實驗原理的設計運用了控制變量法；在實驗操作中，為了減小誤差，運用了等效替代與平衡的思想方法，且采取了近似的方法；在處理實驗數據運用了圖象方法。

　　綜上所述，我們要注意找出教材中所涉及的知識點（概念、規律、實驗、應用、習題等），以及從一個知識點縱向或橫向到另一個知識點的過渡處所包含的科學方法因素，逐漸提高學生的科學方法意識。

　　加強物理科學方法學習，還應學習常用的物理科學方法。常用的物理科學方法，包括觀察、實驗、數學方法、思維實驗、比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、理想化、類比、假說、等效、科學想象等，如表1所示。

　　綜合教材內容，適當介紹以上的物理科學方法提高學生科學方法意識，以提高分析問題的能力。備課時認真分析本節或本單元教材所涉及的科學方法，并讓學生認真總結和體會。如表2為電場一章科學方法的總結。

　　2.2培養思維的嚴謹、有理、有序，使學生有科學思維意識

　　相當部分的學生在分析物理問題時，往往“想當然”就得到結論，缺乏嚴密的邏輯推理或沒有正確的思維程序和思考習慣，使其在生題面前束手無策。因此培養學生的科學思維能力和意識尤為重要，也是學生學習物理的關鍵，可使學生具有可持續發展的潛力，為其終身發展打下基礎。

　　應按怎樣的思維程序來分析和解決物理問題呢？

　　第一、弄清基本物理事實，把握基本物理現象，明確研究對象。物理問題的提出與解決，都是在一定事實的基礎上，通過一些現象表現出來的。因此，首先要搞清所要確定物理問題的性質，是分析和解決問題的前提。

　　第二、確定所要研究問題的狀態和過程。解決物理問題的依據是物理概念與物理規律，而物理概念與規律的應用又是針對一定的物理狀態和過程的。因此，確定所要研究問題的狀態和過程，特別要抓住它們的特點，這是分析和解決的關鍵。

　　第三、恰當地選用物理規律，正確得出問題的結論。選用物理規律時要從物理問題的特點出發，看什么物理規律的適用范圍或條件與研究對象的狀態過程的特點一致，不能不做具體分析，憑直覺和想當然。選用有關的物理規律使問題得到解決后，還要審查所得的結論是否與給出的物理事實、現象有矛盾，以確保結論的正確。

　　思維鏈可概括為：物理現象→物理條件→頭腦中的物理情景→物理模型→邏輯推理→規律應用→數學處理→結論分析。

　　教學中應通過實例的分析，體現正確的思維程序，培養學生良好的思維習慣。

　　例1蜂窩煤在五樓燃燒是不是和在一樓燃燒放出的熱量一樣多？

　　此題應以Q=qm，（q為熱值）分析，結論是一樣多的。可有的同學可能從能量守恒去分析，得出不一樣多的結論，錯在盲目套用物理規律或公式，沒有真正理解其含義。

　　例2一架飛機在高空水平勻速飛行，某時刻從飛機上釋放一物體A，經過5 s又釋放一物體B，試分析在空中運動時物A、B與飛機的位置連線的特點。（不計空氣阻力）

　　這是一個判斷物體運動的問題，應遵循以下線索分析、推理。

　　2.3培養學生的獨立思考能力，在獨立思考的過程中，逐步建立科學思維意識，提高科學思維能力

　　獨立思考是科學思維能力提高的重要途徑，學習物理要重在理解，要想清道理。只是教師講解，而學生沒有經過獨立思考，就不可能真正深入地要想清其中的道理，也就不可能學會正確的思維。

　　培養學生的獨立思考能力，要先從培養閱讀能力開始，學生先要學會閱讀課本。怎樣才算會閱讀課本？學生閱讀過程中或閱讀完后要能進行概括、總結、寫出摘要；明確關鍵詞句，并能寫出對主要概念、規律及關鍵詞句的理解；明確涉及的物理方法及應用思路等，通過課本的閱讀，教師的引導，讓學生了解得出結論的過程和方法，理解事物的前因后果、來龍去脈及相互聯系。通過學習知識的過程，學會正確的思考。

　　其次要學會歸納總結。學生在學習物理的過程中，解題后要及時進行總結，從知識的理解、方法的應用、思路的建立等方面做一系統總結，在這一過程中體會如何科學地思考物理問題。

　　最后要學會規范表達。規范表達的層次反映了一個學生對知識的理解的水平及思維的科學性的水平，讓學生規范表達和解題，就會使學生的思維逐漸趨于合理和科學。

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