化学的形象思维：概念、过程和结构

陈屹 吴俊明

关键词：形象思维;科学形象思维;化学形象思维;化学形象思维过程机制;化学形象思维结构

所谓“化学的形象思维”包括化学认知、化学教学等活动中的形象思维。本文主要讨论化学形象思维的概念、过程和结构。

1基本概念的阐释

为了更好地把握化学认知中的形象思维，先要把握好形象、形象思维、科学形象思维、化学形象思维等概念，然后才能进一步展开深入的讨论。

1.1形象

一般地说，“形象”是指能引起人的思想或感情活动的具体形态或姿态。在文学理论中，“形象”特指语言形象，即以语言为手段勾画形成的艺术形象（亦称文学形象）。艺术领域的艺术形象包括形体动作、乐音节奏旋律、美术手法作品、光彩组合或声光组合图景等等。

说到“形象”人们常常会想到“抽象”。作为哲学逻辑学概念的“抽象”是通过分析与综合的途径，运用概念在人脑中再现对象的质和本质①的方法，分为质的抽象和本质的抽象。分析形成质的抽象，综合形成本质的抽象（也叫具体的抽象）。作为科学概念的“抽象”是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，而舍弃其非本质的特征的过程。具体地说，抽象就是在实践的基础上，对于丰富的感性材料通过去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的加工制作，形成概念、判断、推理等思维形式，以反映事物的本质和规律的方法。

从思维机制的角度看，“形象”有“实象”“表象”“心象”“意象”之分，它们受到的心理加工从无到有、依次增强，是从感知过渡到思维的中问环节。表象是指基于知觉在头脑内形成的感性形象，通常只反映事物的大体轮廓，是形象思维的基础材料，没有表象就没有形象思维。表象包括记忆表象和想象表象。前者指感知过的事物不在面前时在头脑中再现出来的该事物的形象。后者指对知觉形象或记忆表象进行一定的加工改造而形成的新形象。表象具有形象性、直观性和一定的概括性，不如知觉映象鲜明、完整和稳定。根据表象形成时的主要感觉通道，可以把表象分为视觉表象、听觉表象、运动表象、嗅觉表象、味觉表象、触觉表象等。“心象”是指对象不在面前时人的头脑中浮现出的知觉形象或者组织样式，与“表象”涵义相近。有人根据信息的加工深度，把心象划分为遗觉表象、记忆表象和想象。意象是由表象概括形成的理性形象，以语词为其物质形式。

1.2形象思维

形象思维是以直观形象和表象为支柱的思维过程，主要是指人们在认识世界的过程中，对事物表象進行取舍时形成的、用直观形象的表象解决问题的思维方法，是反映和认识世界的一种重要思维形式。

形象思维在对客观形象体系传递的形象信息进行感受、储存的基础上，结合主观的认识和情感进行识别（包括审美判断和科学判断等），并用一定的形式、手段和工具（包括文学语言、绘画线条色彩、音响节奏旋律及操作工具等）描述和创造形象（包括艺术形象和科学形象）。形象思维是通过“象”来构成思维流程的，其过程始终伴随着形象，有时还伴随着感情。

形象思维具有形象性、非逻辑性、想象性和整体性等特点。

人类的形象思维不仅有感受、储存、识别三个环节，而且还有创造和描述两个环节。人类的审美活动、艺术创作和科学活动都含有后两个环节的活动。

形象思维是有不同程度的：有的比较简单，只是反映同类事物中的一般的属性，只能作有限的分析、综合;有的在类比、归纳、分析、综合的基础上有一定的有限的联想;有的比较复杂，在接触大量事物的基础上，对表象进行高度的类比、归纳、分析、综合，乃至发挥充分的联想、想象并产生出新的思想。

1.3形象思维与抽象思维的区别与联系

形象思维基于客观事物外在的直观具体形象来展开思维活动，以此来形成内心世界对外界事物的感性状貌。抽象思维又称为逻辑思维，它借助于概念、判断、推理等方法，客观理性地概括、归纳并抽象出事物的本质，来反映、认识事物的本质与规律。

形象思维与逻辑思维既相互区别，又相互联系。它们的发生、发展有先有后：由对灵长类动物行为的观察可以推测，人类在猿人早期阶段已能由视觉引发初步的形象思维，但没有逻辑思维;婴幼儿也要经历由视觉引发初步的形象思维、没有逻辑思维的发展阶段。随着原始人类进化，或者现代人类婴幼儿年龄增长、实践与认识拓宽加深，人的逻辑思维才逐步形成和发展起来。无论是从人类思维发展历史的宏观过程来看，还是从人类个体的成长发展的相对微观过程来看，都是先有形象思维、后有逻辑思维。就人类对具体事物的认识过程来说，通常也是先有形象思维、后有逻辑思维，而后形象思维与逻辑思维交互作用，遂有复杂的思维活动。与抽象思维相比较，形象思维是更为基本、更为普遍的思维现象。我国思维科学的领军人、著名科学家钱学森在谈到形象思维和抽象思维的关系时曾经判断：“形象思维先于语言，也先于抽象思维。”

人类认识过程的形象思维阶段是要占用或长或短时问、逐步形成并且按一定方式展开的。这意味着形象思维有其过程规律、过程结构，是在一定的逻辑基础上展开的。或者说，形象思维是有其内在逻辑的，这种内在逻辑是形象思维的基础。

形象思维与逻辑思维相互渗透、相辅相成、交互作用，能够在统一的思维过程中从各自角度反映同一客观现实。逻辑思维在一定条件下对形象思维起“框架”“脉络”作用，而形象思维作为一种能动的活动，在一定条件下也可以反作用于逻辑思维。

形象思维与逻辑思维可以相互转化（例如思维导图的制作与利用）。两者既在一定条件下共居于思维过程的这个矛盾统一体中，又在一定的条件下相互转化。

形象思维的主要形式虽然是“用形象来思维”，但也不是不要抽象，只是它的抽象过程具有它自己的特点：抽取的是典型形象。形象思维不是不要逻辑，只是它往往跟形象的变化、发展规律以及结构展现有关，具有自己的逻辑特性;形象思维不是不要概念、判断、推理等抽象思维形式，只是这些形式都以形象的形式来表现。

形象思维的推理和抽象思维的推理不一样。抽象思维的推理是判断之问的本质的联系;形象思维的推理有自己的独特形式，由形象到形象，是有逻辑内涵的联想、推测、虚构、夸张、比拟、象征等等。想象是形象思维推理的基本形式。形象思维在理性概括的形式方面有着自己的特点，这是它不同于抽象思维的一个重要方面。

形象思維是在感性认识的基础上，依赖于具体形象和联想、想象等进行思维的方式，而抽象思维则是在感性认识的基础上，依赖于抽象的概念来进行判断、推理的思维方式。无论是形象思维，还是抽象思维，都是有逻辑性的思维。因为逻辑是思维的规律，而作为思维规律的逻辑正是客观世界一切客观规律的必然反映。因此，无论是形象思维，还是抽象思维，都服从逻辑和辩证法法则，基于对感性材料进行分析、比较、推理、判断。否则，便无法取舍、综合、概括材料，也便得不出思维的结果。没有逻辑规律的思维是不存在的。

1.4科学形象思维与文艺形象思维的区别与联系

科学活动和文艺活动都离不开对事物的认识。认识的一般规律是从感性认识发展到理性认识。在感性认识阶段，认识主体首先要运用感觉器官产生感觉，在头脑中形成知觉和表象、建立认识对象的形象，然后才能进行后续活动，最终形成认识成果。这种离不开形象的思维活动属于形象思维。形象思维既是获得感性认识的基本思维形式，又是获得理性认识的前提和基础。在科学认识的理性阶段，以及科学活动的其他阶段，形象思维也在积极地发挥作用。例如，参与概念形成、判断、推理等反映现实的活动，进行科学想象，佐证逻辑推理，把握研究对象的关系以至本质，形象地显示科研成果，等等。

科学活动和文艺活动都不能离开认识对象的具体形象。我国学界对形象思维的关注起于文艺理论界，对“形象思维”的研究长期集中于文艺学等领域，以至于传统的观念认为：形象思维只是进行文学艺术创作所需要的思想活动和思维方式，是文学艺术区别于科学的一种特殊手段，认定科学研究中不需要形象思维、科学不涉及形象问题。这种认识是错误的。

实际上，在科学研究中，科学家经常使用形象思维，形象思维并不仅仅属于文学家和艺术家，它也是科学家进行科学认知、发现和创造活动时的一种重要思维形式：科学研究大体包括实验、观测、机遇、设想、推理、直觉等环节。就科学实验看，它要求科学家精密观察事物在已知条件下出现的种种景象，从中找出现象之间的联系或关系。科学家在科学实验的整个过程中，都处于定向反射、有意注意的心理活动状态。研究对象在实验中的形态、特征、运动、结构、功能等等景象，必然在脑中留下鲜明、清晰、具体的映像。这里的“映像”就是形象。

20世纪80年代，在我国，思维科学家逐步取代文艺理论家，成为形象思维的主要研究者，他们在钱学森先生的倡议及指导下，以充分利用前科学知识为目标，以开展科学的语言学和模式识别研究为基础，初步建立起“形象思维学”。与此同时，教育学家将形象思维理论运用到教学方式方法改革、智力及创新能力开发研究上，创造了我国素质教育研究的重要成就。

为了深入了解科学形象思维，防止把科学形象思维跟文艺形象思维混淆，必须了解它们的异同。

科学形象思维是运用于科学知识创新和传播过程中的形象思维。文艺形象思维是文学领域形象思维和艺术领域形象思维的合称。科学形象思维和文艺形象思维是形象思维发挥作用的两个重要类型，都是人类重要的思维方式。

科学形象思维的思维要素是对象的形态或者图形、模型和运动图景，以及它们反映的概念、关系、理论及知识内涵，其基本“原料”是各种感官从实际中获得的有关视觉、听觉、嗅觉以及触觉、冷热觉等形象信息。各种感官获得的形象信息输入人脑后，经过加工可以形成鲜明、生动的直观形象。由于形象思维具有粗略性特点、可能难以满足科学研究中的精确要求，在实验和观察中常常需要辅以精确的科学观测工具。而文艺形象思维一般不需要特别的观测工具，并且可能因为突出了重要的、常被疏忽的细节而显得比较精细、深入。

文学艺术创作中的形象思维，是文学家或艺术家在创作过程中始终伴随着形象、情感以及联想和想象，通过事物的个别特征去把握一般从而创作出文学美、艺术美的思维方式。形象思维能力的强弱往往决定一个人的审美水平。文学和艺术的形象思维借助于形象反映生活，运用典型化和想象的方法塑造艺术形象、表达作者的思想感情。文艺形象思维离不开想象和联想。文艺形象思维的过程，既是在收集素材基础上选择、改造、加工具体的能够表现社会生活本质规律的感性因素的过程，同时又是认识、综合、概括社会生活本质规律，或者反映自然景色的过程，既是从个别到一般的概括过程，同时又是通过想象、联想等从一般到个别的显现过程。文艺形象思维的结果，不是抽象的结论，而是鲜明具体的艺术形象;不是靠逻辑力量证明现实，而是靠艺术的力量显现现实。

科学形象思维和文艺形象思维都是认识的深化活动，都是认识的高级阶段。但是，从思维的过程和机制来看，科学的形象思维是不同于文艺创作中的形象思维的：科学的形象思维是科学研究对象的形态、结构、性质、功能、运动等的特征和图像在科学家脑中的映像活动，要求完完全全地、忠实地再现事物的客体形态，不容许科学家有任何像文学艺术家在文艺创作中的那种虚构、夸张的典型化。科学形象思维从一开始便隐含着抽象思维，并逐渐导向抽象思维，在形象思维中寻找理性认识，以抽象思维的某些理性认识为轴线，对各种科学现象和数据，以外推、比较、类比等方式，描述事物之问的内在联系，寻找普遍性的结论。科学形象思维以理性思维统率形象思维，从而组合成科学的群体景象（图像）。同时，在对事物的理性认识牵动下，形象思维逐渐向抽象思维演化，最后形成科学的原理。这时，科学的群体景象（图像）退居幕后，隐蔽起来，被抽象的、理性的、简洁的表达形式所代替，以原理、定律，公式等形式出现在人们面前。此外，情感常常被作为文艺形象思维的一个重要因素，而科学形象思维则力求排除情感的干扰。

1.5科学形象思维与科学抽象思维、直觉思维的区别与联系

自然科学的成果是概念，因为科学认识的成果是通过制定概念来总结和概括的。概念是抽象思维的产物，其形成需要抽象思维。这意味着抽象思维对于科学的形成和发展至关重要。

在科学研究与科学教育中，科学形象思维虽然是一种不可或缺的思维形式，但在思维过程中绝非是单一的孤立的思维，而是与抽象思维、直觉思维互相渗透，辩证地结合在思维过程之中。它们互相补充，互相促进，才使科学研究与教育硕果累累。就此，钱学森先生说过：“科学技术不都是抽象思维、（不）都是推理”，“要那么样，科学根本没有办法发展。这个（问题）爱因斯坦讲得很清楚，他说，科学发展不能尽靠推理，还有直感。那直感就是形象思维”。

科学思维的基本类型除了科学形象思维、科学抽象思维之外，还有科学直觉思维。科学直觉思维是人脑综合运用已有知识、表象等经验，达到理解、领悟后，以高度压缩、简化、快捷方式洞察事物，做出判断、设想，以顿悟、灵感呈现结果，而无需经历逻辑推理和形象演化。

科学形象思维、科学抽象思维和科学直觉思维是科学思维的三种基本形式。

2化学认知中的形象及形象思维

化学是研究物质（实物材料）的组成、结构、性质、变化以及制取等问题的科学，在化学活动中必定要接触到各种各样的形象：不但有实物材料的宏观形象，还有它们的微观形象;不但有实物材料的外显表观形象，还有它们的内隐组成结构形象;不但有实物材料的物理状态形象，还有它们的化学变化形象;不但有实物材料的各种形象，还有研究工具及研究过程的静态与动态形象……在客观世界中不存在没有自身形象的实物材料，不存在没有自身具体形象的化学现象，这个事实决定了形象思维对于化学认知的必然性和普遍性。

2.1化学认知中的形象及其主要类型

人类对水、火、空气等的认识，对各种金属、矿物或岩石的认识，对各种元素及其化合物的认识，都离不开形象和形象思维;人类对各种化学过程、化学方法以及实验仪器和工具的发明、制造、认识与掌握，也都离不开形象和形象思维;从分子原子的发现、各种元素的发现、各种物质的发现，到质量守恒定律、化合价、分子结构、同分异构体、原子结构、氧化与还原、价键理论、元素周期律、化学反应理论等等概念、规律和原理的发现、应用，化学科学历史中的每一个重要发展、进步，都跟形象有联系，都离不开形象思维。如果说形象思维一直伴随着化学科学的形成和发展，没有形象思维就没有化学科学，这是毫无夸张的。

物质本身具有的、在一定条件下总会呈现的（相对稳定的）各种表现（即物质的性质、变化等等），是物质形象的重要内容。认识、研究物质的性质需要进行形象思维。然而，化学中物质的形象并不限于其性质，组成、结构、制取乃至于实际应用情况等也可能成为物质形象的组成部分。可见，化学中的“形象”是比较宽泛的，涵盖了物质的相对稳定的各种表现及其内、外联系情况，含有思维加工成分，不仅是直观形象。这就导致化学中的形象思维内容特别丰富，形式比较多样。

总体上看，化学认知中的形象主要是实物材料的静态形象和动态变化形象。具体地说，化学认知中的形象包括下列类型：

（1）个别物质（实物材料）的外部形象及其属类的一般形象（一些物质往往有自己独特的某种形象，例如结晶形状，这些独特形象曾经或者至今仍然用于物质的鉴定、鉴别等）;

（2）个别物质（实物材料）的性质表现及其属类相应性质一般表现的形象;

（3）个别物质（实物材料）在组成、结构、制取及实际应用等方面的表现及其属类相应表现的通常形象;

（4）呈现上述各种表现时的条件、情境，应用的实验仪器、生产设备、工具方法、过程工序、实际情景现象及其一般特点的形象;

（5）上述各类的图像、模型、视频，等等。

化学认知中关注的形象聚焦于实物材料的化学形象，实物材料的化学形象包括上述各项中跟化学有直接关联的部分。

2.2化学认知中的形象思维及其主要类型

在化学认知活动中，认知主体要认识或识别物质、通过观察确定物质的变化和性质以及形成对物质或者物质变化的综合性认识，要构思实验活动、回忆实验现象等等，都必须开展形象思维活动。化学认知中的形象思维有其独特的内容、类型和过程机制。

化学形象思维是运用于化学研究和化学教育中的形象思维，或者说，是运用于化学知识的创新和传播过程中的形象思维，其内容和类型主要是：

（1）关于物质状态的形象思维;

（2）关于物质性质、变化的形象思维;

（3）关于物质组成结构的形象思维;

（4）关于物质应用的形象思维;

（5）关于物质制取的形象思维，等等。

3化学形象思维的过程机制

弄清化学形象思维的过程机制，不但可以加深化学形象思维的了解，还利于理性地、有效地开展化学形象思维活动。所以，化学形象思维过程机制是一个十分重要的研究课题。

在分析、概括个体化学形象思维过程基础上，可以确定化学形象思维的过程大体是：

首先，通过观察、感觉、知觉等活动，初步建立认知对象的静态表象和动态表象。

其次，通过回忆（搜索）、类比（比对）、联想、想象等思维方式识别认知对象，建立跟有关语词的联系，使已经建立的表象初步理性化，实现初步概括，进入意象阶段;如果不能跟已有语词建立联系、不能归于已知类别，则需尝试建立新的联系、新的归类。

接著，在检验、肯定意象后进一步抽象、概括意象，形成、确定对应概念的抽象形象。

然后，通过推演、想象、联想等思维活动，对抽象形象进行加工，更新、变换、丰富认知对象的形象，建构合于抽象逻辑结构需要又具有形象特点、适应化学认知需要的、完整的一系列新的形象;像电影剪接那样，把各个形象“片段”按照化学认知逻辑连接起来，或者用隐蔽的内部言语描述各形象“片段”之间的联系，最后形成可以用外部言语描述的反映实物材料及其化学变化等过程，转化成有关的理性的化学认识。

可见，化学形象思维从形象信息的输入、加工到形象“片段”的组接，自始至终都不脱离形象，形象思维因此而具有生动的直观可感性。

概括地说，化学形象思维主要包含下列环节：

（1）形象感知：获得足够的感知材料;

（2）建立表象：整合感知材料，建立表象;

（3）形象识别：联系语词，注入理性，形成意象;

（4）抽象概括：形成一系列抽象形象;

（5）形象整合：经过形象系列、形象片段等阶段最终形成整体的形象;

（6）形象转化：改用外部言语描述转化成理性的化学认识。

化学形象思维是基于化学事物外在的直观具体形象来展开思维活动的，其过程机制离不开化学事物外在的直观具体形象，是以化学事物外在的直观具体形象为核心，以化学事物外在的直观具体形象的形成、演变为主线的。

4化学形象思维的结构

结构反映整体各组成部分相互联系的内容和方式。要确定化学形象思维的结构，需要对化学形象思维的整体进行分析，确定各组成部分的相互联系情况。

对化学形象思维的整体分析可以从化学形象思维的归属范畴、形象层次和呈现方式3个维度展开。化学形象思维的归属范畴通常可以分为化学概念、物质知识、规律理论、实验应用和计量计算5个范畴。

化学形象思维的形象层次主要有实象、表象、意象、联想表象或想象表象、新创表象5个层次。

化学形象思维的呈现方式主要有内隐形象（内隐表象）、图像展示、语言描述和直观形象4类。

这3个维度进行组合，可以形成化学形象思维结构的三维分析框架，如下图1所示：

了解化学形象思维的结构，有利于系统、有序地开展化学观察和化学形象思维活动。