1  思维的内涵及基本要素

钱学森将思维分为3类^[5]：抽象（逻辑）思维，形象（直感）思维，灵感（顿悟）思维；并指出科学技术工作不能局限于抽象思维，必须兼用形象思维，甚至要得助于灵感思维；然而，科学技术人员一般不提形象思维和灵感思维，因为这两种思维具备多途径、多回路、潜意识、突然性等特点，机理和规律难以把握。因此，科学思维其实主要是指抽象（逻辑）思维。《现代汉语词典》^[6]对思维的解释为：在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程，思维是人类特有的一种精神活动，是从社会实践中产生的。可见，这里讲的思维其实是指抽象思维，其内涵可以概括为：思维是理性认识的过程，具有间接性与概括性；思维的要素包括：表象、概念等；思维的方法包括：分析、综合、推理等。

具体来说，思维的基本要素包括^[7]：

(1)表象：客观事物直接作用于感官而在头脑中产生的对事物整体的认识（即知觉），在此基础上形成的事物的具体形象，即是表象。属于感性认识，是对事物的表面现象及外部联系的反映，只是客观事物的概貌形象，具有一定的概括性，但不够精确，也被称为前概念或低级概念，是从具体感知发展到抽象概念的中间环节。

(2)概念：反映事物本质属性的观念性思维要素。对感性材料进行反复地比较、分析和综合等思维加工，抽象概括出一般的和本质的属性，并用词语表示，就形成概念，概念系统就是知识结构，不同的知识结构可以形成不同的学科。

(3)范畴：对客观事物的普遍本质的联系或关系的概括和反映。各门学科都有自己的范畴和范畴的组合序列，例如：数学中的“数”，化学中的“元素”“反应类型”“有机化合物”“无机化合物”等，物理中的“力”，生物学中的“物种”等。范畴是比“概念”更深刻、更稳定、更高一层的思维要素。

(4)规律：反映事物发展过程中的本质联系及必然趋势，具有客观性、必然性、重复性、有序性。只要具备一定条件，反映事物的本质特征和内在联系的现象就会重复出现，规律性就发生作用。如果将概念视为 “细胞”，那么范畴就是“骨骼”，规律就是“人体的运动机制”。规律可以分为：自然规律、社会规律、思维（认识）规律等。

(5)假说：根据已经掌握的知识和事实，运用想象力，通过数学的或逻辑的推理，对所认识的客观对象和过程，提出一些假定性的看法和解释，推测事物发展的可能性、规律性和必然性等，作为进一步研究或验证的出发点。科学假说要经过决定性实验或关键性科学事实检验和支持后，才能称为科学理论，例如相对论、引力波、地心说-日心说，燃素说-氧化理论等。

思维的基本要素之间的关系如图1所示。

图1  思维的基本要素之间的关系

思维的本质特征包括^[7]：

(1)思维具有自然属性和社会属性的两重性。有关思维的自然属性，钱学森认为^[5]：思维可视为一种客观现象，是物质运动；是人的中枢神经系统，特别是大脑受外界各种刺激而引起的，人的大脑具有相同的物质及结构基础，而外界的各种刺激也是客观世界变化和运动的产物。恩格斯曾经预言：“终有一天我们可以用实验的方法把思维‘归结’为脑子中的分子的和化学的运动”。脑科学研究正在为揭示大脑的结构与功能及其细胞与分子机理而努力。有关思维的社会属性，是指人类思维能力的发展和思维方式的变革，是受社会经济和科学文化发展水平制约的，特别是个人受教育和自我学习的程度及水平不仅决定着思维发展的方向和水平，而且影响和制约着人脑及其他器官的发展。思维的自然属性为人的思维能力的发展提供了物质基础及可能性，思维的社会属性（社会生活实践及学习）使人的思维能力发展的可能性变为现实。

（2）思维具有抽象性、概括性和间接性。思维的抽象性，是指思维中通过对客观事物的比较、分析、综合和概括等活动，将隐藏在事物中内在的、本质的、共性的、必然性的属性抽取出来，而舍弃掉事物表面的、非本质的、个别的、偶然性的属性，并用概念、范畴和规律等形式固定下来，以揭示和反映客观事物的内在本质和规律。思维的概括性，是指思维中把从某些具有若干相同属性（联系、关系）的事物中抽取出来的本质属性，扩大到具有这些相同事物属性的一切事物，从而形成关于这类事物的普遍概念。思维的间接性，是指思维并不限于眼前的事物，它能超出感官直接感知到的事物，反映那些没有或者不能直接作用于人类感官的事物，在直接认识的基础上经过思维加工获得更全面、更深刻、更正确的事物的本质属性、内在联系及规律性，是对事物的间接反映和认识。

仅凭个人的经验、习惯、感觉的思维不是科学思维，迷信所谓专家或权威的思维不是科学思维，仅依赖形式逻辑的思维也不是科学思维；经验主义、迷信或膜拜权威、唯理论（理性主义）都不属于科学思维。

2  科学思维的基石及特征

爱因斯坦曾明确指出^[8]：“西方科学的发展是以两个伟大成就为基础的，那就是：希腊哲学家发明的形式逻辑体系，以及在文艺复兴时期发现通过系统的实验可能找出因果联系。”其中，“形式逻辑”是保证科学思维的内容及形式统一的工具，“系统的实验”为科学思维提供了可靠的实验证据。可见，科学思维的基石是“逻辑体系”和“证据”，二者缺一不可；通过系统的实验获取可靠的证据，基于可靠的证据建构科学概念，基于科学概念和科学知识进行符合逻辑定律的判断和推理，才是科学思维。

科学思维需要遵循的逻辑定律包括^[9]：

（1）同一律：是保证思维确定性的逻辑定律，即在同一时间和同一关系下，对同一对象而言，思维中的每一个概念的内涵和外延，前后必须完全一致，每一个判断所肯定的是什么或所否定的是什么，前后必须完全一致！不能混淆概念、偷换概念，不能转移论题、偷换论题。

（2）不矛盾律：是保证思维不自相矛盾的逻辑定律，即在同一个思维过程中，不能同时使用处于矛盾关系或反对关系的概念、判断或思想。不能出尔反尔，不能自己打自己的嘴巴，不能前后冲突。

（3）排中律：是保证思维明确性的逻辑定律，即在同一个思维过程中，不能同时否定处于矛盾关系的2个思想。不能态度暧昧、骑墙居中、含糊其词、模棱两可，观点和主张要鲜明。

（4）充足理由律：是保证思维可论证性的逻辑定律，即在思维论证过程中，任何一个思想被确定为真，必须要有充足的理由。要求理由为真，且理由与推断之间有必然的逻辑联系；不能想当然、妄加推断，要有几分证据讲几分话，要言之有据、论之成理，要可证伪、可重复。

科学思维的特征包括^[10]：

(1)客观性和合理性：科学思维与个人的情感、兴趣和观点无关，因为它试图获得关于支配宇宙的规律的结论，而不管人类是否欣赏它。

(2)可论证性和可验证性：科学思维获得的结论必须具有普遍性，它们必须能够通过实证检验，从而在全世界都是有效的，并且可以通过直接经验（实验）加以验证。

(3)系统性和条理性：科学思维是通过有序的、可解释的程序进行的，这些程序一步一步地在其任何要素中形成一个理性的、经验的和可分析的系统。例如，一个实验必须能够被重复多次，并且总是得到相同的结果。

(4)准确性和可沟通性：无论何时得出科学结论，都必须是精确的，即明确而具体，并且必须是第三方可以理解和解释的，即是完全可传播的。

科学思维和科学家的研究工作之所以有意义，是建立在3个基本原理基础上的^[11]：（1）世界是物质的，物质是客观存在的，是可以被认识的，人类对于物质的认识是对物质的客观属性及运动规律的反映，即实体性原理，这决定了科学思维的客观性；（2）曾经出现过一次的事物，在相同的条件下必将再次出现，即齐一性原理，这决定了科学结论的可验证性、可重复性、可沟通性；（3）任何一种结果都是有一个或多个原因造成的，即因果性原理，这决定了科学思维的可论证性。

3  科学思维方法及其运用时的注意事项

科学教育中，培养和训练学生的科学思维方法需要将多种方法结合起来，避免学生陷入某种思维方法的缺陷和误区中，从而提升学生综合利用多种科学思维方法解决问题的能力。

参考文献：

[5] 钱学森.关于思维科学[J].自然杂志,1983(08):563-567+572-640

[6] 中国社会科学院语言研究所词典编辑室.现代汉语词典（修订本）[Z].北京：商务印书馆，2001:1194

[7] 张恩宏.思维与思维方式[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987:138-147

[8] 爱因斯坦.爱因斯坦文集：第一卷[M].许良英，范岱年，编译.北京：商务印书馆，1976：574//史宁中,柳海民.素质教育的根本目的与实施路径[J].教育研究,2007(8):10-14+57

[9] 戴希培.形式逻辑基本训练[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，1985:122

[10] What is Scientific Thinking? Examples & their Characteristics[EB/OL].（2021-01-08）[2022-09-03].https://whatmaster.com/scientific-thinking/

[11] 林振义.科学思维方式:结构和生成[J].科学,2013,65(3):2-5+1