理实结合·分析和解决问题的一般过程

一百多年前，虽然已经有了外科手术，但许多病人仍然逃脱不了死亡的命运，原因是伤口化脓造成手术失败。英国外科医生李斯特长期试验消除化脓都没有成功。1864年，法国微生物学家巴斯德发表了关于有机液体的腐败和发酵是由于微生物活动结果的论文，使李斯特很受启发，想到伤口化脓也可能是由于微生物活动的结果。因此，经过反复实践，找到了石炭酸这种有力的防腐剂，对病人的皮肤、医生的双手、医疗器械及药棉绷带等都进行严格的杀菌消毒，保证了手术的成功。李斯特写信给巴斯德说：“请允许我趁这个机会，恭恭敬敬地向您致敬。感谢您指出微生物的存在是腐败的真正原因，……只是根据这唯一可靠的原理，才使我找出了防腐的办法”。其实，直到今天，我们除了感谢巴斯德，也应当感谢李斯特，因为是他根据巴斯德的理论，应用到防止手术化脓的问题上，作出了正确的推论;也是他根据正确的推论，确定了防腐的具体办法，才最终解决了手术化脓的问题。判断准确，论证正确，方法对头，行之有效，人们才解决了问题，获得了真理的认识。

我们学习知识，提高思维能力，发展技能和技巧，最终的目的，是为了解决实际问题。一项工程的成功，一个科学假设的被证实，一处地方的农业获得丰收，一台新机器的制造出来，都是分析和解决问题的结果。世界万事万物错综复杂，解决问题的具体道路各不相同。假设、实验、推理、论证等等，是科学研究的方法;方案、论证、设计、试验、制造等等，是解决工程技术问题的办法：调查、分析、改进、试验、定型等等，是解决产品质量问题的方法，如此等等。那末，从人们分析解决问题的具体途径和办法中，能否归纳出一般规律性的东西来呢?心理学和有关研究结果，认为大致可以分为四个阶段，即：提出问题，明确问题，提出假设，检验假设。

一、提出问题。恰当提出问题，是解决问题的出发点，也是解决问题的归宿。在科学发展的历史中，常常是由于提出了平常人认为是不成问题的问题，才获得了划时代的创造性发现。众所周知，爱因斯坦提出“物体以光速运动会发生什么现象”，提出“同时性”问题，创立了相对论。所以爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技巧而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题、却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正的进步。惯性原理，能量守何定律，都只是运用新的和独创的思想去对付已经熟知的实验和现象所得来的。”物理学家海森堡有一句名言：“提出正确的问题，往往等于解决问题的大半。”世界上的问题千千万万，一个人可能提山的问题何止千百个，就是三岁小孩提出的问题，也常常使大人瞠目结舌，不知所答。这许许多多的问题，井非每一个都有重大的意义，关键在于问题提得正确，要能提出正确的问题，就必领对事物有深入的了解，掌握事物发展过程中的矛盾，本世纪五十年代，在基本粒子研究中发现了两种新的介子：τ介子和θ介子。因为具有不同的宇称，按宇称守恒定律、它们应当是两种不同的介子;由于它们的质量、电荷、自旋等州同，又可能是同一种介子。这就是所谓“τ-θ疑难”。当时一般人认为，基本粒子普遍遵守宇称守恒定律，没有怀疑宇称守恒定律有什么例外。杨振宁、李政道分析了所有宇称守慎的实验，发现在弱相互作用下宇称守恒并没有得到实验的证实，因而正确地提出了在弱相互作用下宇称有可能不守恒的问题，经过吴健雄的实验，得到了证明，终于确立了这个假说。在学习过程中，也必须找出自己不懂的地方。提出问题，并解决这些问题，学习才能前进。孔夫子是一位有经验的教师，他深深懂得，必须善于启发学生提出问题，在《论语·子罕篇》中记载：“有鄙夫问于我。空空如也，我叩其问瞄而竭焉。”意思是说，有一个不用功的学生向孔子求教，可是什么也没想过，什么问题也提不出来，于是，孔子不是盲目地向这个学生讲解，而是从正面和反面反问学生，启发学生去思考问题，发现问题所在。要能够发现问题·恰当地提出问题，不能仅仅凭着直观感觉，而必须经过思考，对事物进行初步的分析、归纳。积累的材料越多，这种思考越深入，就越能透过事物的表面现象，抓住事物内在的矛盾，提出实质性的问题来。

二、明确问题。明确问题，就是发现矛盾，是提出问题之后，经过进一步分析，找出主要矛盾，抓住问题的实质和关键的过程。从思维过程来说，也是根据观察、分析、推理，作出初步判断的过程。只有问题的实质抓得准，判断正确，才能为解决问题创造成功的条件。一个医生，从病人发烧、咳嗽、鼻塞、咽肿等现象，可以判断患的是感冒;一个车工从车刀发热、工件表面不光、产生振动，可以判断车刀已经磨钝，一个学生从一个圆的方程和一条直线方程求它的交点的题目，可以判断这是一道解析几何题目，如此等等。这种判明问题实质，抓住主要矛盾的过程，对于简单的问题，可以直接作出判断，而对于复杂的问题，则要经过反复思考，深入探索，才能比较准确地判明。十八世纪中叶，法国昂热附近有一座长达102米的桥，相当坚固，可是，有一次当一队法国士兵踏着军乐的旋律齐步通过这座桥，突然发生了莫明其妙的振动，整座大桥顷刻崩塌，死了226人，为什么呢?经过研究，发现主要原因是士兵的步伐正好与桥的自振频率相同，引起了共振所造成的。发现了这个主要矛盾，就使以后建造桥梁必须计算其自振频率。1940年11月7日，美国西雅图附近横跨塔科马海峡一座漂亮的大桥，在很少车辆通过的情况下，仅仅因为一场八级大风，就在一小时之内崩塌殆尽，这又是什么原因呢?经过研究，终于判明是由于“卡门涡街”的作用。原来，在1912年，著名的力学家冯·卡门早就发现，在流动的水槽中，國柱本后面的水流总是不断摆动，卡门从理论上证明，圆往后水流只有形成两排交叉的祸旋时才是稳定的，这一流体力学的重大发现，被称为“卡门涡街”。西雅图大桥正是由于这种作用而破坏的。于是，在以后桥梁设计及其他建筑设计中，“卡门涡街”成为必须考虑的重要因素。杰出的科学家和有经验的工程师，当他们运用丰富的知识和科学的思维能力，对科研和工程问题提出关键性见解时，常常使问题的解决变得十分容易，这就是科学的巨大作用。1977年诺贝尔奖金获得·各去得森说：“一个科学家在十秒钟里回答的问题，可以用来偿还他二十年中所得的工资。”安得逊的学生约瑟夫森发现约恋大逊结的效应，就是在老师启发性思想指导下获得的成果。

学习的目的，在于积累知识，发展智力，以培养迅速抓住客观事物本质的能力。在学习过程中，这种能力也有巨大的作用。善于学习的人，在学习一章新知识的时候，首先是全力抓住这部分新知识的实质，找出其中的关键所在，而不是首先着眼于一些细节问题和具体方法技巧。

三、提出假设。提出假设，这是明确问题之后，提出解决问题的原则、途径、计划、方法的过程。从事科学研究、要确定实验方案，设计实验装置，安排实验步骤。从事一项工程，要论证工程路线，制订施工过程，选择材料和设备，确定施工组织。为一个病人治病，要确定治疗原则，开出医药处方，安排疗程和措施，等等。这个过程常常是解决问题过程中工作量最大，要求也十分细致具体的任务。问题越复杂，要求人们考虑得越细致。由于计划不周、方法不当，有时“一着不慎，满盘皆输”，导致整个工作的失败。鲁班的传说中有一则改事：某地建造一座石桥，鲁班路过工地，对所准备的石块一一经过测量，然后亲自动手凿了一块石头，送给一位妇人当猪槽，并说这块“猪槽石”将来大有用处。果然，大石桥将要落成之时，发现少了一块桥面的石头，人们想起那块“猪槽石”，抬过来一量，恰好合适，都不禁十分钦佩鲁班的高明。其实，鲁班高明之处，不过在于他比别人考虑得更周密、计算得更精确。

在科学的发展史中，有无数事例说明，独特而巧妙的实验方法，是科学研究课题获得成功的重要关键。地球的质量有多大?我们能否找到一杆“秤”来称量地球?牛顿的万有引力定律，开降了一条理想的道路。按牛顿定律：两个物体间引力F=gm1m2/d2，即f与两个物体的质量m1、m2以及引力常数g成正比，与两个物体距离d的平方成反比。在离地心6400公里远的地球表面，吸引一公斤物体的力是一公斤，于是，只要知道引力常数g，就可以推算出地球的质量。称量地球重量的关键在于测量引力常数g，但是，物体间万有引力太小，很难测出，直到卡文迪许，才想出了一个巧妙的办法，他用一根细丝，横着悬吊着一个哑铃状手柄的中心，再在哑铃两头的小球附近，放置两个已知质量的大球，由于两个大球对两个哑铃小球的吸引，使哑铃要产生微小的扭转，然后，测量产生这样大小的扭转需要多大的力，就可以算出g值了。卡文迪许就是用这种办法最先给地球“过秤”的。直到1928年，美国物理学家海尔根据这种办法，测量出g较精确的数值是6.678×10^{-8}达因·厘米2/克2，由此算出地球的质量大约为5.983x10^{21}吨。光的速度有多大?这又是物理上的一个难题，伽利略曾经试图测量过，他和助手分别站在两个山头上，他将遮盖灯光的板子拿开一下，助手看到闪光后马上同样回答一个闪光，记下到看到回答讯号所需时间，然后加大距离再测，假定助手动作时间不变，那么，两次测量的时间变化就是距离增加所引起的了。伽利略这个想法是正确的，但是方法太粗糙了。直到1849年，法国科学家斐索按照伽利略的想法重新设计了一套装置，他让闪光通过八公里距离由反射镜反射回来，又在光线通过的路径上放了一个高速旋转的齿轮。一个闪光从两齿之间通过后，被反射回来时将被下一个齿挡住，观察者就看不到闪光，当齿轮转速提高，返回的光线恰好穿过下一个齿隙，闪光又能被观察到了。只要测出齿轮的转速，就能求出转过两个齿隙所需时间，而这恰好是光线通过十六公里所需时间。由于这种测量方法切实可行，终于测出光线在空气中的速度大约每秒三十万公里。

四、检验假设。检验假设。这是分析解决问题的最后一步。当人们通过提出问题、明确问题、提出假设的过程，最后又经过实践检验得到证实或解决，那末，分析解决问题就获得了成功。“事莫明于有效，论莫定于有证”，说的正是最后的实践效果是检验真理的唯一标准。前面所说桥梁崩塌的原因和防止，τ-θ疑难的解决，地球质量的大小，光的速度的测量等等，最后都在实践中得到了证明。如果没有检验假设的过程并得到证明，那末，假设将永远只能是假设而已。检验假设而得到的真理性认识或解决问题的成功，也必须有重复性才能确立。当人们知道金刚石不过是一种碳的同素异形体，设法把普通的碳转变为昂贵的金刚石的课题就吸引了许多物理学家、化学家、工程师为之奋斗。1893年，法国著名的化学家穆瓦桑宣称，他把石墨熔化在熔融的生铁中，由于高温和生铁冷却时收缩的压力，石墨转化为金刚石微粒，其中有一颗几乎达一毫米长。尽管相当一段时期内人们认为穆瓦桑真的制得了人造金刚石，但此后再没有第二个人重复他的实验得到过成功。因此，至今也不能认为穆瓦桑的成果是真实的。

在学习过程中，我们应当通过验证性实验和实习等环节，取得真理性认识，学习检验假设的方法，同时，要分清所学到的内容，有哪些是尚未被证实的假设，有哪些是只在一定范围内被证实而在另外一些范围内是尚未被证实的，才能懂得真理的相对性，在运用知识去分析解决问题时，也才能减少谬误和差错。

分析和解决问题的这四个一般阶毁，在整个过程中并不是彼此孤立和一成不变的。在科学上许多著名发现确立以前，常常在生活中早已被实践所证实并被广泛应用了。在吉尔勃脱进行磁针试验，发现磁倾角之前，磁针早已在中国用作指南针。在琴纳发现种牛痘可以预防天花，已经早在挤奶女工身上和君士坦丁堡人痘嫁接中得到应用。在红外线医疗特性被发现以前，吹玻璃的工人早已应用熔炉的辐射治疗烧伤。今天，针灸和针刺麻醉原理并没有完全弄清，然而它已经为中国人民应用了许多世纪。在分析和解决问题的过程中，也并不是依次由已知推向未知、由分析、假设而得到验证的简单过程。人们在解决问题过程中，由于不能成功而返回去重新分析，修改计划，改变方法的情况，是经常出现的。因而，六O六药品的研究成功，才出现了六O五次的失败。但是，就一般情况来说，就一个局部过程来说，分析和解决问题的一般过程仍然可以给我们提供一种科学工作方法的通常模式。