第五节  思维模型的演绎

思维模型,与此相近的词有:模式、模拟、模块、思维块、相似块、思维树、思维方法等等。通过对“思维模型”的研究,使人们加深了对“思维”与“模型”及其相互连通和无限演变的不断深化的认识。这对发展创造思维无疑是十分重要的。本节将从以下种种实例中与读者分享这其中的乐趣。

众所周知,北京天安门上有一个国徽,而国徽上画了一座天安门,按理说这座天安门上也有一个国徽,这国徽上还有一个天安门……无穷无尽。读者不妨设想,这世界上的事物,那种“看得见”与“看不见”,有限与无限,模糊与清晰,看到的和想到的,可以思议与不可思议,正如“探索无限,把握有限,寻求最优”这12个字本身也就是一个“概念型”的思维模型。

再说“航模”,一架飞机,一艘太空飞船,一艘巨轮,我们都可以把它做成一个缩小的“模型”来供展示、研究。对模拟太空的实验室研究,各种不同型体的风洞测试,船舶实验池中的人造波浪条件下的船模实验,这通常是对实物的加以缩微以便于研究,而这种“思维模式”也正是对房屋结构、桥梁结构、火箭发射塔结构等不可或缺的前期课题。2008年北京奥运会主会埸的“鸟巢”设计,“道法自然”,飞禽的筑巢给了人类的启示,而为了解决巨大主会埸的构思却成了思维模型的绝妙方案。深圳世界公园的微型景观,既是真实的,又不是原来意义上的真实,这么说来它又是假的。在深圳公园里拍的故宫和北京旅游拍下的故宫,亦几乎是毫无二致。就像“蜡像馆”里见到的蜡像亦与真人一模一样。由此可见,任何一个脑子正常的人,都绝不会怀疑研究思维模型肯定是一种非常益智之举。

地球仪、地动仪、天象馆,这些都有助于我们认识周围的世界、了解宇宙的神奇。从医学上讲,人亦是一个小宇宙,而且人的“耳朵”与“双脚板”上的穴位又与人身上的所有器官脏器相对应。从认识论上,我们讲矛盾的统一,讲否定之否定。周易讲“阴阳八卦”那不是最早的思维模型吗?阴爻、阳爻,讲乾讲坤,进而说到“天行健,君子以自强不息;地势坤,君子以厚德载物”。可见,思维模型的存在,古己有之,源远流长。

机器人是对人的模拟,尽管今曰的技术,完全有可能把机器人做得和人一模一样,然而,更普遍的意义上是令“机器人”完成“人”的某种特定的功能,所以说,它是一种功能型的模拟器。例如履带式起重机,它不是用“脚丫子”走路,它主要是把人手之延长,并且进行功率的放大。坦克车的发明,它是“既有矛又有盾”、“既能攻又能守”、既是冲锋陷阵的“勇士”又是铜墙铁壁的“堡垒”,这就已经不是一位“兵马俑式”之仕卒,而是一个实用型的思维模型。人们只要对现代化车间的机械手加以考察,即不得不惊叹不已,叹为观止!机械手不叫苦、不叫累,保证准确无误,人不能进的(如进入人的血管)它能进,人不能适应(对人体有毒有害的空间)它能适应。真乃“不似春光,胜似春光”、“观鱼胜过富春江”是也!今曰的微创手术,不用开颅、不用剖腹,既是人(医生)完成的,又是“机器人”和“计算机”在完成,是多方面的技术专家和思维科学家的共同杰作。以前有人说∶“一个只懂得化学的化学家,不是一个真正的化学家。”我们同样也可以说,一个只懂得医学的医生,亦不是一个真正的医学家。这句话对干各行各业可能都是放之四海而皆准。因为,现代科学的发展趋势是,既高度分化又高度综合。由综合而创造,这是时代的必然。

工程技术的研究,常采用类比的方法,即模拟的方法,航空、航天、航海、轮机等等的各种“教学模拟器”己经不是什么新闻。又譬如:电流、电压、电阻三者之间,欧姆定律指出,电流与电压成正比、与电阻成反比。水流、水压、水阻三者之间,亦有类似关系。热流、热压(温差)、热阻呢?亦此类同。因此,当对“液压传动系统”或“冷库隔热结构”的研究,科学家往往是做一个电的模型来进行研究,然后,再换算到相应的系统中去。

在北京故宫博物院的“钟表馆”,各式计时设计其妙无穷。从“沙漏”“水漏”到今曰我们所用的电子手表,一天24小时,对应着地球的自转一周。难怪有人戏称,原来我们每个人的手上还安装了一座天文模拟器、一个地球自转的测定仪呢!

船舶柴油机的扭转振动是研究船舶动力推进方面的一个重要课题。柴油机的轴系是一个“弹性体”。机器运转中,发动机输出的扭矩和艉端螺旋桨阻力形成的负荷力矩,使整根“轴”产生”象“类庥花状”的扭曲变形,而且由于动力端柴油机输出的扭矩是变化的,海况与螺旋桨之间所产生的负荷力矩也是变化的,从而构成了“既扭转又振动”,这就是“扭振”。我们的老师做了一个模型,用的是二个“一拉缶”的盖子,各在其园周上等距离的打了几个小孔,并用几根绳子连起形成一筒状结构,既可“演示扭转”又可“表演振动”,十分简明生动,引人入胜,令人终生难忘。大有郑板桥遗风:“删繁就简三秋树,领异标新二月花”。作者终身所从事的《船舶辅机及系统》的专业课教学中,通过我们自行研究、设计的许多教具模型,如:舵机的液压式远距离操纵机构,威尔泵,华盛顿泵,径向变量泵,轴向变量泵,液压模糊图、液压甲板机械思维块图,还有:逻辑阀、记忆阀、集成阀与阀堆等等。这些模型体现了:复杂问题简易化,局部问题夸大化,隐蔽问题剖示化,立体问题平面化,笨重物体轻型化,现象问题理论化,个别问题普遍化,整体问题可拆化,典型问题联想化,动静逆转形象化等等。从而使一代代的学子们不仅受到技术的训练、艺术的熏陶、哲理的贯穿和创造思维的升华,学到了机械设备的“机理”、明白了认识客观事物的“事理”和懂得为人处理的“哲理”感悟到创造思维的“原理”。现在,随着时代的进步、随着教学手段的电子化、数码化、虚拟化、多元化的理念被引入教材、引入课堂和实验室,上述的思维模型仍不失其历史的光辉,并将更上层楼。

《轮机概论》一书是大连海事大学船舶辅机教研室奉献给航海教育界一本较为成功的教材,并为我国其他大学相关专业考研的必读教材之一。该书的编写经验曾被收入《教育部理工农医教材编写经验汇编》,上海交大出版社,1985年版。该书于1981、1986、1991年由人民交通出版社3度再版,发行29600册,并荣获大连市1978—1996年度的优秀著作奖。这本书有二大特点:一是每章的后面都附有复习思考题,极大地推动了“启发式教学”的实施和“教学相长”原则的贯彻;二是在每版之前都向读者介绍了本书的“总纲”作为教学工作的“导言”,特别是第三版的“前言”,作者独具特色地写下了“航海科学中的哲理”,并以汪育才64字的哲学思维模型(即4×16字诀)使全书的思路在创造教育上的开拓,独领风骚,受到学界贤达的广泛关注。

   《轮机概论》第3版“前言”全文如下:

自从《轮机概论》初版发行以来,己经渡过了十余个春秋,历经多次再版与重印,发行二万余册。它的编写指导思想,曾经从以下三个方面进行了论述,即:一、着眼专业需要,突出重点内容;二、研究教学规律,注意详略得当;三、不断总结经验,重视知识更新。并以《我们是怎样编写〈轮机概论〉的》一文,刊登在由原教育部组织出版的《我国高等学校理工农医教材编写经验汇编》上,受到了有关方面的重视。

《轮机概论》作为一本教材,无疑地,它必须充分认识到各种教育原则和教学规律的精神实质,但又必须联系教学实际,灵活而富于创造性地加以运用。它十分重视,教学内容与教学方法的密切结合,理论思维与实际技能的培养并重。在现代教育观念的指导下,充分利用各种现代化的教学手段,优化教学环境,针对专业培养目标,有的放矢地进行教学内容的组织工作。

根据我们多年来的教学实践,在教学法方面主要按照“四个观念,一个中心”的思路来进行。所谓“四个观念”就是指:是非观,难易观,虚实观,异同观。“一个中心”就是说,我们的一切教学活动,都要围绕着“由综合而创造”这一中心来展开。上述的四个概念,可分别以“四句十六字诀”来描述:

一、是非观:“非此即彼,亦此亦彼,由此及彼,永无止境。”例如,在讲授“主机”时,我们不仅要指出主、辅(副)机之间的区别,或者是主机,或者不是主机。同时还应指出二者之间的“亦此亦彼”性,它既是“主机”又可能还是具有多种功能的他种机械,并以此“借题发挥”,以求举一反三。

二、难易观:“人所易言,我寡言之,人所难言,我易言之。”例如,在组织教学内容以及进行各种教学活动时,都要恰如其分地把握住“难”点,讲到适当的“难”度,要不断提出高而可攀的要求,做到“既不太难,又不是不难”,这实际上是一种教学艺术。

三、虚实观:“虚者实之,实者虚之,虚实结合,辩证思维。”这里指的是:理论与实践,抽象与具体,归纳与演绎,一般与个别这样一些范畴,使深奥的理论,力求讲得通俗易懂、深入浅出。从一些普通的现象和事实中,能指出其发展的规律性。从而使人们认识能力的提高,始终沿著科学思维的轨迹在前进。

四、异同观:“异中求同,同中求异,综观异同,其意无穷。”古往今来,一切有识之士都无不在“异同观”上大做文章。试比较“二冲程柴油机”和“四冲程柴油机”,“锚机”与“舵机”,“泵”与“制冷机”等等,这些二元的,以及三元的、多元的它们之间的异与同。不难设想,随着认识的深化,它将使人们的逻辑思维、形象思维、灵感思维都会获得质的飞跃。

众所周知,由综合而创造,这似乎并不能算是一个新的命题。但是,在迎接21世纪即将到来之际,从船舶的“人工操纵”到“无人机舱”,从航海到航天,从自然科学到社会科学,从大量边缘科学和交叉科学的不断涌现中,它再一次雄辩地证明了这一论断的无比生命力。

《轮机概论》的教学实践表明,以简明扼要、喜闻乐见的形式,对教学内容和教学思路加以引介,可能是很有实用价值的。那就是:“主辅电,油水气;抓系统,功能析;思可靠,节能计;工具书,切莫弃。”主辅电油水气是指本门课程的研究对象,有主机,辅(副)机,电气工程和电子设备,燃油、滑油,海水、淡水,压缩空气、水蒸汽。抓系统功能析是指学习本门课程的着眼点问题,在研究各种机电设备时,要注意抓住典型系统的功能分析来进行。现代价值工程理论是这一思路的理论基础。思可靠节能计(设汁与策略)是指可靠性与经济性(节能)乃是本门课程研究的核心。工具书切莫弃是指在教学中要注意培养学生阅读参考书、文献资料、工具书的习惯,不要死抱着“一本书”,要提倡比较宽广的视野,同时具有合理的、足够丰富的专业知识结构

概言之,《轮机概论》乃是根据系统工程的观点,以思维科学为指导,对干船舶机电设备,从“管理、使用、保养、维修”出发。围绕着安全、可靠、高效、节能等方面进行了综合论述,以求使轮机技术的软科学化获得其应有的开发。

谨以此书奉献给有志于轮机技术的开拓者们,以期抛砖引玉。

弹指一挥间,《轮机概论》自1981年问世以来,已历经28个春秋,今日仍然受到人们的关注,可见技术是可能过时的,而创造精神必将永存!

学习、研究“思维模型”是古往今来的大话题,也是一个具有世界意义的大课题。美国总统尼克松写的回忆录就叫做《1999不战而胜》。有人说《孙子兵法》中的一句话“不战而屈人之兵”就够一个堂堂大国的元首琢磨一辈子了。

《三十六计》条条锦囊至宝。我们也不妨可以把它看作是一些具有智慧光辉的“思维模型”。按照本书的构思,作者在此暂不展开,仅列出标题如下:《瞒天过海》、《围魏救赵》、《借刀杀人》、《以逸待劳》、《趁火打劫》、《声东击西》、《无中生有》、《暗渡陈仓》、《隔岸观火》、《笑里藏刀》、《李代桃僵》、《顺手牵羊》、《打草惊蛇》、《借尸还魂》、《调虎离山》、《欲擒故纵》、《抛砖引玉》、《擒贼擒王》、《釜底抽薪》、《混水摸鱼》、《金蝉脱壳》、《关门捉贼》、《远交近攻》、《假道伐虢》、《偷梁换柱》、《指桑骂槐》。《假痴不癫》、《上屋抽梯》、《树上开花》、《反客为主》、《美人计》、《空城计》、《反间计》、《苦肉汁》、《连环计》、《走为上》,以上计谋,若非等闲之辈,恐非轻而易举。

再举一个“读者出版集团期刊方阵”的例子,《读者》《读者·原创版》《读者·乡土人文版》《读者欣赏》《读者·海外版》《读者大字版》《老年博览》《飞碟探索》《故事作文》《妈妈画刊》《读者》(盲文版)、《读者》(维文版)……还有各种各样的“合订本”等,每月发行量数以千万计,遍及海内外,广连老中青,人间处处有读者。一个欠发达地区的甘肃兰州,一群普普通通的文化人,他们的视角,他们的思维,他们的魅力,他们的创造,竟是如此不可思议的巨大无比!我想,一切的思维科学家在此都不能不发出长时间的慨叹,啊!伟哉《读者》!愿我们的每一位读者,都能成长为一位不愧于伟大时代的创造者。

美国作家托马斯·弗里德曼的新著《世界是平的》的问世,引起全球轰动。它鼓舞着人们在这个“平面”世界上去站立起来,没有人会挡住你,没有人能挡住你。你将完全有可能让世界瞩目,为新世纪奉献出你的热和光。这一点对于全世界的亿万网友来说,可能更是身临其境,感受良深。另一本书是〔美〕珍妮特·沃斯和〔新西兰〕戈登·德莱顿合著的《学习的革命》,作者声称,世界正在经历一次关键的转折,我们生活在一埸会改变我们生活、思想、沟通、成功方式的变革中,本书将为你制定变革年代的终身学习计划。书中写道:“全球电脑网络的发展将成为塑造这个星球上生活的决定性因素。”“未来的雇员将做机器人不能做的工作,这就是说他们的工作需要高度的智力。”“当今世界我们每个人都可以获得人类所有的知识、智慧和美的遗产。这样的时代在人类历史中是首次出现。”“你的工作埸所和你关于教育的观念将被改变,也许被改变得几乎面目全非。(比尔·盖茨)”,“人类历史越来越成为教育与灾难之间的赛跑。”“学校是过去50年来始终没有太大改变的地方之一。”“今天一根头发丝般细的光纤能在不到1秒的时间里将《大不列颠百科全书》二十九卷的全部内容从波士顿传到巴尔的摩。”“学校如不飞速改变,就会全面崩渍。”“世界上最不寻常的未开垦疆域是我们两耳之间的空间。”书中还有许多的“思维模型”的卡通图。书中强调,人间“唯一愚蠢的问题,是你不问问题。”还有“今天你如果不生活在未来,那么,明天将生活在过去。”让我们迎着朝阳去高唱“太阳每天都是新的”的心灵赞歌吧。

人生思考题

1、假如你读过《学习的革命》一书,你也能写出一本类似的“人生论著”吗?

2、有人说研究“思维模型”是一种“点石成金术”,请君不妨一试。

3、“有文凭、无文化”现象是一种教肓的悲哀,你以为如何?

4、有人著书立说:《世界是平的》,其创见何在?

5、对《三十六计》,也可说“学而时习之,不亦乐乎”,不学、不习,何得其乐?

6、谈谈“愚蠢是怎样‘炼’成的”?

7、论“太阳每天都是新的”。

8、关于“机理、事理、哲理”之我见。

9、请试作前无古人的模型。                                                                                10、请问用6根火柴棍能造出多少个三角形?                                                                                                                                            11、试用《模型论》对大庙里的菩萨加以述评。

12、从一幅“春意盎然,流水潺潺,鸟语花香”的假壁画,试看“以假乱真”。的智慧所在。

13、为什么说“技术之争”往住是“哲理之争”?

14、谈谈“机器人、机械手、模拟器”与“螺丝刀”的联想。

15、试创作一篇“关于‘模型’的旅游曰记”那样的“科幻式微型小说”,并一定要向媒体(或上网)发表。

16、怎样解读乐山大佛——世界既是天然的,又是人造的。

17、从“人造肥与人工肥”的联想。

18、谁说科学家就不能有艺术家的气质与精神风貌?

19、从“狗咬人”到“人咬狗”,谈逆向思维的科学思维观。

20、论异想天开和标新立异。

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