十七、建模能力
1.含義
建模能力是指從實際的事物、現(xiàn)象、過程中,抽象出一些要素建立起觀念形態(tài)的模擬物的思維能力。
模型是事物的模擬物,可以是實在的物體,如沙盤;也可以是某種圖形,如地圖;或者是由語言文字、符號、數(shù)學式等構成的表達式,如分子結構模型、化學反應式、數(shù)學方程、質點、物理公式、小說、劇本等。
人類思維發(fā)展到一定程度,對世界的知識就是走向間接,形成一系列模型來反映世界。例如物理學充滿了物理模型,差不多就是用物理模型來反映物理世界,如F=f(作用力等于反作用力);化學滿是化學模型,如Fe+CuSO4=FeSO4+Cu;就是社會科學中也有大量模型,如生產力決定生產關系、陳述句=主謂賓等?,F(xiàn)代各門學科都普遍地應用模型。
模型是“等效思維”,模型應該等于實際情況。實際的復雜情況通過簡化為模型,既方便解決問題,也能提高思維的精度。
建模是理論發(fā)展的主要途徑。建立理想化模型(理想化客體、理想化過程、理想化關系),可以把復雜的、具體的物體或過程簡化,突出主要矛盾,暴露主要性質,有利于尋找規(guī)律。一個學科的發(fā)達程度、成熟程度,往往看其模型數(shù)量,尤其是數(shù)學模型的狀況——是否建立起足夠數(shù)量的數(shù)學模型。經典科學之所以經典,主要是其建立起了較多的數(shù)學模型。
學習的重要方面就是學習建模,理解學科通用的經典模型,學習建模的思路、方法,并且在面對實際問題時,能夠運用已有的模型知識,構建起合理的具體的模型。
從考試角度說,最難的題目,都是建模的題目——數(shù)學、物理中的應用題,語文的寫作文等,都是應用模型解決問題的代表。例如:靜止在水面上的船長為L,質量為M,一個質量為m的人站立在船頭,當此人由船頭走到船尾時,不計水的阻力,船移動的距離為多少?解答這個問題,需要模型化,處理成“動量守恒”模型:設人做的是勻速運動,船后退的位移為S,從而得出:MS/t-m(L-S)/t=0,S=ML/m+M。如果不能簡化、模型化,考慮得太復雜,如人快走、慢走、或跳或跑,做不同形式的運動,解答起來幾乎不可能。
2.建模能力的分解
建模是綜合能力,是認識從感性到理性、抓本質、找規(guī)律的過程,是多種思維能力的綜合運用,需要較好的思維基礎。
(1)抽象能力。建立模型首先需要抽象,要把具體的事物抽象為若干要素、符號;這種抽象在一定程度上也是簡化,抓事物的主干與特征。例如,把社會發(fā)展抽象為生產力、生產關系、上層建筑的變化;把土壤性質抽象為物理性質、化學性質。
(2)因果關系分析能力。要能在抽象出的若干要素間找出因果規(guī)律或固定的內在關系,使它們有可能成為一體。有時建模還需要調動其他關系的分析能力,如搞清空間關系等。
(3)能對要素及其關系符號化,形成一種符號體系。例如,一個運動的物體,可以抽象出速度、加速度、質量、力、位移等因素,分別表示成V、a、M、F、S;三角形的量,可抽象出面積、底邊、高等要素,用S、L、H等表示。
(4)構建數(shù)學模型的能力。建模的結果,一般是數(shù)學化、算式化,建立數(shù)學方程,這個過程也是數(shù)學建模。數(shù)學模型是根據事物的數(shù)量特征或數(shù)量依存關系,采用數(shù)學語言,概括地或近似地表述成一種數(shù)學算式或圖形,把所研究的實際問題化為數(shù)學問題,通過對數(shù)學模型的研究,使實際問題得以解決。數(shù)學建模需要較好的數(shù)學技能。
(5)設計能力。是對事物構想和構建的能力,是一種通向實物創(chuàng)造的建模能力,如設計園林、樓宇、道路、機械等。設計能力取決于多種能力,如想像能力、結構功能的構建能力、外形或形象構建能力、材料與工藝等組合運用能力等,是一種綜合程度很高的能力。設計大家,既是藝術家,也是科學家或工程師。
十八、觀察能力
1.含義
是指對事物的反應、感知、注意等思維能力。
觀察是一種感性的認識活動,是人通過感官而進行的直接認識外界的活動。它記錄和報道事實,使人獲得了關于外部世界的經驗認識。觀察在本源上說,是人類獲得一切知識的首要步驟、重要途徑,也是一切創(chuàng)造發(fā)明的必要條件。許多科學上的發(fā)明和創(chuàng)造,都是某位科學家敏銳、細致、準確、深刻的觀察的結果。科學的發(fā)明發(fā)現(xiàn),很多來源于觀察,從個性中發(fā)現(xiàn)了共性,從共性中看到了特質,然后才產生了某種理論創(chuàng)想。例如,我們經常講的牛頓觀察蘋果落地,猜想有萬有引力;瓦特觀察到壺蓋的震動,開始研制蒸汽機;高斯觀察1+2+3+4+……+98+99+100的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)頭尾相加總得101,得出101×50=5050的簡易算法,給歷史留下一段佳話。觀察能力是了不起的能力,福爾摩斯之所以能夠很快地破那么多案子,敏銳的觀察力是其中的決定因素。
學習需要觀察能力,這不僅是一些學科中專門要求的(如化學觀察、生物觀察),而且在政治、語文、歷史、地理和美術等學科的學習中,也離不開觀察,都需要自覺地去觀察自然、觀察社會、觀察生活。閱讀、做題都需要較好的觀察能力,如觀察題目中的圖、表、數(shù)字,尋找其特點,揭示其奧秘。下面一組數(shù)列1、9、17、25、( )、41,括號中填什么?觀察發(fā)現(xiàn),這是一個等差數(shù)列,后邊的數(shù)比前面的數(shù)多8,所以括號中應填33。
人都有眼睛耳朵,所以觀察是容易的。但是,并不能因此說觀察能力就是簡單的。其實,觀察能力是極為重要和高級的能力,善于觀察、觀察到關鍵之點對任何人都不容易。對于要成為思想家、科學家的個體說,觀察能力是關鍵能力。只有那些善于觀察的人,才能成名成家、有所建樹,否則,知識再多、學問再大,也僅僅是個學者,不能成為思想家、科學家。例如,達爾文觀察生物界和生物化石,提出了“生物進化”的理論;弗萊明觀察菌株變化,發(fā)現(xiàn)了青霉素。相對應的,無數(shù)的人都看到過類似的人和事,但他們并沒有觀察到最關鍵的地方,也沒有感觸,所以他們不能創(chuàng)建理論,也不會發(fā)明偉大的技術。
2.觀察能力的分解
(1)特征的觀察能力。即對現(xiàn)象的特征進行觀察的能力。例如,老中醫(yī)觀察人的舌苔、切脈,音樂老師聽學生演奏的聲音,學生觀察試題中的幾何特征、空間結構等。梅花香自苦寒來,于無聲處聽驚雷,高超的觀察能力是難得的,“明察秋毫”是構成名家大家絕活的一部分。
(2)變化的觀察能力。即對事物的變化的觀察能力,能夠發(fā)現(xiàn)事物的細微變化。例如,觀察到戰(zhàn)場局面變化、市場行情變化。這種變化的觀察能力十分重要,因為世界是不斷變化的,而且變化都是從量的積累開始的。能夠防微杜漸,必須眼明手快善抓變化的苗頭。很多領袖人物,對于社會的重要變化觀察力敏銳,具有前瞻性,成為他們?yōu)楸娙诵欧囊E。
(3)關系的觀察能力。即對事物關系的觀察能力,能夠看出事物的相關性,對其關系有初步認識;對于各種關系的微妙處,具備捕捉能力。例如,新到一個單位,能觀察到人際關系;走一遍立交橋,能明白幾條道路關系等。