¿Qué son el pensamiento de imágenes y el pensamiento abstracto?
El pensamiento de imágenes y el pensamiento abstracto (lógico) son dos formas básicas de pensamiento. En el pasado, la gente los dividía en diferentes categorías, pensando que "...los científicos piensan en conceptos y los artistas piensan en imágenes. Esto es un malentendido". De hecho, el pensamiento de imágenes no es solo el pensamiento de los artistas, sino también una forma de pensamiento importante para que los científicos realicen descubrimientos y creaciones científicas. Por ejemplo, todos los modelos de imágenes en física, como el modelo de pastel de azufaifo de Thomson o el modelo del pequeño sistema solar de Rutherford, como líneas eléctricas, líneas de campo magnético y estructuras atómicas, son productos del pensamiento abstracto y de imágenes de los físicos. Einstein era un maestro con una capacidad de pensamiento lógico extremadamente profunda, pero se oponía al método lógico como único método científico. Es muy bueno utilizando la creatividad libre del pensamiento de imágenes. Los diversos experimentos idealizados que concibió son ejemplos típicos del uso del pensamiento con imágenes. Estos experimentos ideales no utilizan métodos abstractos para abandonar los fenómenos y extraer la esencia de casos específicos, sino que utilizan el pensamiento de imágenes para preservar, condensar y fortalecer esos fenómenos universales y esenciales. Por ejemplo, el establecimiento de la famosa teoría general de la relatividad de Einstein en realidad se originó a partir de una especie de imaginación libre. Un día, mientras Einstein estaba sentado en su silla en la Oficina de Patentes de Berna, de repente se le ocurrió que si una persona cayera libremente, no sentiría su propio peso. Einstein dijo que este sencillo experimento ideal "tuvo un profundo impacto en mí y me condujo a mi teoría de la gravedad".
Las características básicas del pensamiento con imágenes son:
(1) Imagen
La imagen es la característica más básica del pensamiento con imágenes. El objeto del pensamiento de imágenes es la imagen de las cosas, y la forma de pensamiento son conceptos vívidos como imagen, intuición e imaginación. Las herramientas y medios de expresión son gráficos, imágenes, esquemas y símbolos vívidos que pueden ser percibidos por los sentidos. La naturaleza de imagen del pensamiento mediante imágenes lo hace vívido, intuitivo y holístico.
Ilógico
A diferencia del pensamiento abstracto (lógico), el pensamiento de imágenes procesa la información paso a paso, de un extremo a otro y de forma lineal. En su lugar, puede llamar a muchos materiales de imagen, que se pueden combinar para formar una nueva imagen a la vez o saltar de una imagen a otra. Su proceso de procesamiento de información no es un procesamiento en serie, sino un procesamiento paralelo, que es unilateral o tridimensional. Permite al sujeto pensante captar rápidamente el problema en su conjunto. El pensamiento imaginativo es posible.
(3) Aspereza
El pensamiento de imágenes utiliza líneas gruesas para reflejar el problema, captar el problema en su conjunto y analizar el problema cualitativa o semicuantitativamente. Por lo tanto, el pensamiento de imágenes se suele utilizar para el análisis cualitativo de problemas. El pensamiento abstracto puede proporcionar relaciones cuantitativas precisas, por lo que en las actividades de pensamiento reales, el pensamiento abstracto y el pensamiento de imágenes a menudo deben combinarse hábilmente y utilizarse en colaboración.
(4) Imaginación
La imaginación es el proceso en el que el sujeto pensante utiliza imágenes existentes para formar nuevas imágenes. El pensamiento de imagen no se contenta con la reproducción de imágenes existentes, sino que está más comprometido con el procesamiento de imágenes existentes y la producción de nuevos productos de imagen. Por lo tanto, el pensamiento de imágenes tiene ventajas creativas, lo que también ilustra la verdad; las personas creativas suelen tener una gran imaginación.
2. El papel del pensamiento con imágenes en la resolución de problemas físicos
Como se mencionó anteriormente, el pensamiento abstracto y el pensamiento con imágenes son dos formas básicas de pensar. Cuando las personas realizan diversas actividades, a menudo necesitan coordinar el uso de estas dos formas de pensar. Lo mismo ocurre con las actividades de resolución de problemas de física. Los expertos tienen ricas imágenes en sus cerebros. Al resolver problemas de física, siempre comienzan por crear una imagen física clara del escenario del problema. Utilice gráficos para reflejar la relación entre los estados físicos, los procesos físicos y las cantidades físicas relacionadas tanto como sea posible; sea bueno analizando, comparando, analogizando e integrando imágenes relevantes en su mente; Por tanto, los expertos tienden a tener una gran conciencia de la imagen del problema. El cerebro de una persona promedio almacena imágenes relativamente mal y no es bueno para captar problemas a partir de imágenes cuando resuelve problemas físicos. Tan pronto como entras en contacto con el problema, intentas establecer las ecuaciones de solución relevantes de inmediato, pero el resultado a menudo es prisa y desperdicio de velocidad. Entonces, ¿qué papel positivo puede desempeñar el pensamiento de imágenes en la resolución de problemas físicos?
(A) Cualitativo
Los psicólogos cognitivos se refieren colectivamente a la presentación de información en la mente como representación y creen que la representación es un factor importante que afecta la resolución de problemas. Al resolver problemas físicos, el pensamiento de imágenes es una forma importante de pensar en la formación de representaciones. Debido a la imagen y la integridad del pensamiento de imagen, el sujeto puede sentir fácilmente y directamente la esencia del problema y la clave para resolverlo, desencadenando así soluciones creativas al problema. Por ejemplo:
Ejemplo 1 Las estaciones A y B están separadas por 60 km. Una estación va a Bilibili cada 10 minutos a una velocidad de 60 km/h. Actualmente hay un automóvil que va de Bilibili a una estación a una velocidad de 60 km/h. El automóvil que viene de Bilibili se encontrará en el camino. de una estación? (Supongamos que cuando sale el autobús de Bilibili, resulta que hay un autobús que sale de la estación a)
Para este problema, podemos usar el diagrama de desplazamiento que se muestra en la Figura 1 para expresarlo intuitivamente.
Según el diagrama (punto de intersección), el automóvil conducido por Bilibili se encontrará con el automóvil conducido por la estación A. También podemos usar el diagrama que se muestra en la Figura 2 para representar que cuando el automóvil B de Bilibili acaba de salir, ya hay cinco automóviles entre A. y B, y también está el auto A que acaba de salir. En la primera mitad del viaje, el automóvil B se encontrará con 6 automóviles de la estación a. De manera similar, en la segunda mitad del viaje, el automóvil B también se encontrará con 6 automóviles de la estación a, excepto un automóvil de la estación a. En el camino nos encontramos con 11 coches de la estación A.
(2) Papel líder
Al resolver problemas físicos, esta pregunta utiliza el pensamiento de imágenes, hace asociaciones extensas con varios escenarios relacionados con el problema y presenta conjeturas significativas, que pueden aproximadamente Señale la dirección para el análisis y razonamiento del problema y evite caer en una situación ciega al resolver el problema, como por ejemplo:
Ejemplo 2. Hay una pila de láminas metálicas circulares sobre una mesa horizontal, dispuestas como se muestra en la Figura 3. La pieza inferior pesa g y tiene un área de s/2, mientras que la pieza superior adyacente pesa g/2 y tiene un área de s/2. Por analogía, el peso y el área de las láminas de metal se reducen gradualmente a la mitad hasta que se apilan. Luego, para las tres placas de metal de abajo hacia arriba, la relación de presión en la superficie superior de cada placa de metal es P1: P2. ¿Cuánta presión hay sobre el escritorio?
A primera vista, este problema parece difícil de resolver. Por lo tanto, consideramos lo siguiente de la imagen: transformar la forma de cada pieza de metal en una serie de rectángulos, numerados de abajo hacia arriba según 1, 2 y 3, como se muestra en la Figura 4. Como se puede ver en la figura, el área total de los bloques encima de 1 es igual al área de 1; el área total de los bloques encima del segundo bloque es igual al área del segundo; bloquear... y así sucesivamente. Dependiendo del significado de la pregunta, lo mismo ocurre con la gravedad. Por lo tanto, la relación de las presiones sobre las superficies superiores de las láminas metálicas 1, 2 y 3 es 1:1:1. La presión sobre la mesa es p = f/s =
(3) Papel de apoyo
Resolver problemas físicos requiere un razonamiento riguroso, y el pensamiento de imágenes puede proporcionar un fuerte apoyo para este tipo de lógica. razonamiento. Al utilizar el pensamiento de imágenes, se puede establecer una imagen física clara y vívida en la mente del sujeto, que es la base para el progreso fluido del pensamiento abstracto. Por ejemplo, haga una pregunta: "¿Puede la fuerza resultante de tres * * * puntos ser cero?"
En tercer lugar, la forma básica de pensamiento de imágenes para resolver problemas físicos
(1 ) Imagen
Una imagen es una imagen hecha a mano alzada de algo reproducida por el cerebro humano. Puede ser una imagen conceptual resumida de varias imágenes de cosas similares, o puede ser una imagen básica de algo que ha sido modelado. Diversa información de imágenes obtenida a partir del conocimiento perceptual puede, después de la generalización y tipificación, convertirse en imágenes y almacenarse en el cerebro del sujeto para su posterior procesamiento. Las imágenes equivalen a conceptos en el pensamiento abstracto. Este es el elemento básico del pensamiento de imágenes. Einstein dijo: "En mi mecanismo de pensamiento, las palabras escritas o habladas parecen no tener ningún papel. Como elemento del pensamiento, las cosas psicológicas son símbolos e imágenes con cierta claridad, que puedo regenerar y combinar a voluntad... Esta actividad combinatoria parece ser la forma primaria de pensamiento creativo. Precede a cualquier estructura lógica establecida por palabras u otros símbolos que puedan transmitirse a otros
Para resolver el problema, el sistema de imágenes perfecto. del objeto es un factor extremadamente importante. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 5, dos bolas pequeñas con radios de 1 y 2 están colgadas en el soporte semicircular. Ahora el extremo A está fijo y el extremo B está a lo largo del borde. El soporte circular se desliza gradualmente hacia arriba, de modo que la línea 2 cambia gradualmente de un estado horizontal a un estado vertical. Lo que aparece en nuestra mente es el diagrama vectorial relacionado con el problema, como se muestra en la Figura 6, al final de la línea B. El deslizamiento. de está representado por la rotación en el sentido de las agujas del reloj del vector T2 en la figura. Se puede ver en la figura que durante este proceso, la tensión T2 de la línea delgada 1 disminuirá gradualmente y la tensión T2 de la línea delgada 2 disminuirá gradualmente. disminuye y luego aumenta. Cuando los dos alambres metálicos son perpendiculares entre sí, la tensión T2 es mínima. Cuando el alambre delgado 2 está en estado vertical, la fuerza de tracción T2 = g.
Además. Para las imágenes gráficas, las imágenes físicas también incluyen imágenes gráficas, como símbolos matemáticos, fórmulas, gráficos y otros materiales visuales que pueden ser portadores de imágenes gráficas. Por ejemplo:
Ejemplo 3 Un tren largo viaja en un. ladera con una inclinación A. Cuando el tren se detiene por completo, Parte del tren está en una colina (Figura 7) Intente encontrar el tiempo que tarda el tren en detenerse
Cuando se obtiene la fórmula anterior, si la gráfica En la mente del sujeto puede aparecer una imagen del discriminante de vibración armónica simple F-X, se puede confirmar que esta es una ecuación de vibración armónica simple con un período de De esta manera, nos damos cuenta de que el tiempo desde que el tren sube hasta la parada es igual a 1/4 del período de vibración, es decir,
(2) Percepción directa
La intuición es el uso directo de imágenes para imágenes específicas El juicio y la percepción. La intuición es comparar las imágenes específicas de cosas relevantes en el problema actual con imágenes de significado universal y típico, de modo que el sujeto pueda juzgar el patrón del problema actual y determinar rápidamente la dirección y el método del pensamiento de resolución de problemas. :
El ejemplo 4 se muestra en la Figura 8. El haz enfocado pasa a través del orificio circular de la placa protectora de luz y luego converge en la posición A, 10 cm detrás de la placa.
Si se incrusta una lente convexa en el orificio circular, el haz de luz convergerá en la posición B, 5 cm detrás de la placa, y se puede encontrar la distancia focal de la lente convexa.
En la Figura 8, si la fuente de luz se coloca en el punto B, se puede observar que formará una imagen virtual en el punto A según el camino óptico reversible. A partir de esto, podemos sentir directamente que el problema es esencialmente un problema de encontrar la distancia focal de una lente convexa con una distancia conocida al objeto U = 5 cm y una distancia a la imagen V = -10 cm. Entonces, de acuerdo con la fórmula de imagen de la lente, se puede obtener.
Esto compara las características de una imagen de un objeto específico (llamada imagen) con una imagen general (llamada imagen de clase), y determina si la imagen y la imagen de clase son homogéneas en función de la similitud de la integración de características de la imagen La forma de pensamiento, llamada intuición de reconocimiento de imágenes, se manifiesta principalmente en la reidentificación de varias imágenes en condiciones de mutación, y la descomposición e identificación en formas compuestas y integrales.
Ejemplo 5: Como se muestra en la Figura 9a, a una altura h del suelo y una distancia horizontal entre la montaña y la pared vertical, se lanza una bola elástica horizontalmente hacia la pared con una velocidad inicial V0, y choca elásticamente con la pared antes de aterrizar. Intente encontrar la distancia S2 entre el punto de impacto y la pared (asumiendo que no se pierde energía cinética cuando la pelota choca con la pared).
El proceso de movimiento de la pelota en esta pregunta se puede dividir en dos segmentos, a saber, el segmento AB y el segmento BC. La trayectoria de AB es un movimiento de lanzamiento plano y BC es un movimiento de lanzamiento oblicuo hacia abajo. Después de completar la acción de lanzamiento plano, podemos obtener una trayectoria ABD completa (Figura B). Esto siempre nos ha inspirado. Girar BC 180º alrededor de la pared puede coincidir con BD. Podemos probar esto fácilmente usando la ley de colisión elástica.
Como se mencionó anteriormente, usar patrones de imágenes existentes para llenar nuevas imágenes e incorporar imágenes locales en la imagen general se llama intuición de relleno de patrones, que es de suma importancia en el pensamiento de imágenes. Como escribieron los filósofos estadounidenses Lu Shoufu y Arnheim en el libro "Visual Thinking", "Compensar cosas incompletas es una de las habilidades más básicas de la capacidad racional".
Ejemplo 6 Hay dos barcos en el río, A y B viajan en direcciones opuestas. a baja, velocidad v1, B sube, velocidad v2, velocidad V1 >: V2. Cuando los dos barcos se encontraron, había una balsa de bambú flotando río abajo justo al lado de ellos. Después de viajar por un período de tiempo, los dos barcos dieron media vuelta y regresaron al mismo tiempo, mientras que la velocidad de los dos barcos en relación con la corriente se mantuvo sin cambios. ¿Qué barco encontró primero la balsa de bambú?
Para esta pregunta, estamos pensando en otra escena similar: dos personas caminan hacia la otra en el pasillo del tren. Las dos personas caminan a diferentes velocidades y se encuentran en el borde de un determinado asiento. . Después de caminar un rato, volverán a caminar a la misma velocidad al mismo tiempo, por lo que se encontrarán en el borde de sus asientos originales. Podemos hacer una analogía entre estas dos escenas: las personas equivalen a barcos, los trenes equivalen a agua y los asientos equivalen a balsas de bambú.
Al comparar la similitud de imágenes nuevas con imágenes existentes, la forma de pensar que conecta las imágenes nuevas con los sistemas de imágenes existentes se llama intuición de similitud de imágenes. Esta intuición a menudo se basa en el problema de resolver problemas físicos. transformación.
(3) Imaginación
La imaginación es el proceso de pensamiento de combinar y transformar imágenes existentes en la mente en nuevas imágenes. Es la forma más creativa de pensar en imágenes. Einstein dijo: "La imaginación es más importante que el conocimiento, porque el conocimiento es limitado y la imaginación resume todo en el mundo, promueve el progreso y es la fuente de la evolución del conocimiento. Estrictamente hablando, la imaginación es la clave de la investigación científica. Un factor real. “La imaginación científica es una conexión directa de una serie de imágenes existentes. Al resolver problemas físicos, imagine imágenes espaciales, imágenes físicas, estados especiales e ideales, escenarios hipotéticos, etc. Todos ellos son factores extremadamente importantes en el pensamiento de resolución de problemas. Por ejemplo:
Ejemplo 7: Lanzar un puñado de canicas en todas direcciones desde una determinada altura a la misma velocidad V0. Trate de explicar, cada vez que todas las canicas están en el aire, ¿en qué superficie están todas las canicas? (Excluyendo la resistencia del aire)
Para este problema, primero imagine que si la velocidad inicial de todas las canicas es cero, caerán libremente a lo largo de la misma línea recta al mismo tiempo; Cuando se lanza, la gravedad se pierde repentinamente y las canicas se mueven en diferentes direcciones en línea recta a una velocidad uniforme. Cada canica está sobre la misma superficie esférica con un radio uniformemente creciente. Se puede imaginar que en este problema, la canica estará en una esfera con un radio r = v0t (que aumenta uniformemente con el tiempo) y el centro de la esfera estará en estado de caída libre.
Cuarto, cómo cultivar la capacidad de pensar en imágenes
La ciencia moderna muestra que el cerebro humano se puede dividir en dos hemisferios: el hemisferio izquierdo es responsable del funcionamiento y procesamiento de lenguaje y números lógicos, y el hemisferio derecho es responsable del funcionamiento y procesamiento del lenguaje y los números lógicos. El hemisferio es responsable del reconocimiento perceptivo de la música, el arte y el espacio. Desde una perspectiva de pensamiento, el hemisferio izquierdo es responsable del pensamiento abstracto y el hemisferio derecho es responsable del pensamiento de imágenes. Las actividades del pensamiento humano a menudo se logran mediante la "resonancia" de las funciones del cerebro izquierdo y derecho. El propósito fundamental de la educación es desarrollar al máximo las funciones cerebrales de los estudiantes. La capacidad mencionada aquí debe incluir tanto la capacidad de pensamiento abstracto como la capacidad de pensar en imágenes. En la pasada enseñanza de física en la escuela secundaria, dábamos gran importancia al cultivo de conceptos básicos, leyes básicas y habilidades de razonamiento lógico, lo cual es completamente correcto. Sin embargo, deberíamos ver que, en términos relativos, no prestamos suficiente atención al cultivo de la capacidad de pensar en imágenes. Esto no sólo hace que la estructura de pensamiento de los estudiantes sea imperfecta, sino que también hace que el pensamiento abstracto carezca de un fuerte "apoyo" de imágenes, por lo que esto también es cierto hasta cierto punto.
(1) Aumentar la reserva de imágenes
La epistemología marxista cree que el pensamiento humano (es decir, el conocimiento racional) se basa en el conocimiento perceptual, al igual que el pensamiento abstracto, y también el pensamiento de imágenes. Las imágenes vívidas como pensamiento visual no surgen de la nada en la mente del sujeto. Tiene sus raíces en cosas reales. Sin conocimiento perceptual, el pensamiento de imágenes se convertirá en agua sin fuente y en un árbol sin raíces. Por lo tanto, se debe prestar atención a presentar a los estudiantes experimentos y materiales perceptivos ricos.
(2) Fortalecer el entrenamiento de la imaginación
La imaginación es la forma más significativa de pensamiento de imágenes y los estudiantes deben fortalecer conscientemente el entrenamiento. Por ejemplo, después de enseñar sobre la gravedad, los estudiantes pueden imaginar la escena "si la gravedad pierde repentinamente"; después de enseñar sobre la fricción, se les puede pedir a los estudiantes que imaginen "un mundo sin fricción", después de enseñar sobre el movimiento circular y la gravedad; imaginar "qué pasaría si" La Tierra dejara de girar repentinamente" o "Si la velocidad de rotación de la Tierra aumentara"; etc.
(3) Preste atención al análisis cualitativo
El pensamiento de imagen es captar el conjunto, el esquema y la dirección del problema. Prestar atención al análisis cualitativo del problema ayudará a cultivar el. capacidad de pensar en imágenes. Al plantear preguntas, se debe guiar a los estudiantes para que construyan imágenes típicas y especulen sobre la tendencia de los cambios corporales a través de su percepción de la información de la pregunta. Al mismo tiempo, tienen que dibujar diagramas esquemáticos, diagramas de tensión, diagramas de trayectoria óptica y diagramas de circuitos en papel para permitir a los estudiantes establecer imágenes físicas claras en sus mentes y luego usar leyes físicas para realizar razonamientos y cálculos para sacar conclusiones cuantitativas. .
(4) Promover la combinación de números y formas
A la hora de resolver problemas físicos, debemos abogar por el uso combinado de números y formas, ser buenos convirtiendo información textual en información gráfica, y utilizar imágenes para expresar las leyes de los cambios físicos. Revelar la correspondencia entre números y formas, y utilizar imágenes como una herramienta intuitiva para resolver problemas físicos abstractos.