形象思維和抽象(邏輯)思維是兩種基本的思維形式。過去，人們把它們分成不同的類別，認為“...科學家用概念思考，藝術家用圖像思考。”這是壹個誤解。事實上，形象思維不僅是藝術家的思維，也是科學家進行科學發現和創作的重要思維形式。比如物理學中所有的形象模型，如電力線、磁力線、原子結構的湯姆遜棗糕模型或盧瑟福小太陽系模型，都是物理學家抽象思維和形象思維相結合的產物。愛因斯坦是壹位具有深刻邏輯思維能力的大師，但他反對把邏輯方法作為唯壹的科學方法。他非常善於發揮形象思維的自由創造力，他構思的各種理想化實驗都是運用形象思維的典型。這些理想化的實驗，並不是抽象具體的案例，拋棄現象，提取本質，而是通過形象思維，保留普遍的、本質的現象，並加以濃縮和強化。比如愛因斯坦著名的廣義相對論，其實就是源於壹種自由的想象。有壹天，愛因斯坦坐在伯爾尼專利局的椅子上，突然想到，如果壹個人自由落體，他不會感覺到自己的重量。愛因斯坦說，這個簡單的理想實驗“深深地影響了我，引導我走向萬有引力理論”。
形象思維的基本特征是:
(壹)形象
意象是形象思維最基本的特征。形象思維的對象是事物的形象，思維形式是形象、直覺、想象等生動的概念。表達的工具和手段是可以被感官感知的圖形、圖像、圖式和生動的符號。形象思維的形象性使其形象、直觀、整體。
不合邏輯
形象思維不像抽象(邏輯)思維，是壹步壹步、首尾相連、線性地處理信息。而是可以調用很多圖像素材，壹下子形成壹個新的圖像，或者從壹個圖像跳到另壹個圖像。它的信息處理過程不是壹系列的處理，而是平行的處理，是平面的或者立體的。能使思維主體迅速從整體上把握問題。形象思維是或然的或似是而非的思維，思維的結果需要邏輯證明或實踐檢驗。
(3)粗糙度
形象思維的反映是粗線條，對問題的把握是大概的把握，對問題的分析是定性或半定量的。所以形象思維通常用於問題的定性分析。抽象思維能給出準確的數量關系，所以在實際的思維活動中，往往需要把抽象思維和形象思維巧妙地結合起來，協同使用。
(4)想象力
想象是思維主體利用已有形象形成新形象的過程。形象思維不滿足於現有形象的再現，它更致力於追求對現有形象的加工，獲得新的形象產品的輸出。因此，形象化使形象思維具有創造性優勢。這也說明了壹個道理；有創造力的人通常有很強的想象力。
二、形象思維在解決物理問題中的作用
如上所述，抽象思維和形象思維是兩種基本的思維方式。當人們從事各種活動時，往往需要將兩種思維方式結合起來使用。事實也是如此，專家的大腦中有豐富的圖像儲備。在解決物理問題時，他們總是先根據問題情景構建清晰的物理圖像。盡可能用圖形反映物理狀態、物理過程和相關物理量之間的關系；善於分析、比較、類比、整合腦海中的相關意象；想象壹下會發生什麽。因此，專家往往對問題的形象有很強的意識。在普通人的大腦中，圖像的儲存相對較差，在解決物理問題時不善於從圖像中抓住問題；我們壹接觸到問題，就試圖馬上建立相關的求解方程，結果往往是欲速則不達。那麽，形象思維在解決物理問題中能起到什麽積極作用呢？
(A)定性
認知心理學家把信息在頭腦中的呈現統稱為表征，認為表征是影響問題解決的重要因素。在解決物理問題時，形象思維是形成表象的重要思維方式。由於形象思維的形象性和整體性，很容易讓主體對問題的本質和解決問題的關鍵有直接的感覺，從而引發對問題的創造性解決。例如:
例1A和b站相距60km。每10分鐘有壹站開往嗶哩嗶哩，車速為60km/h..有壹輛車以60km/h的速度從嗶哩嗶哩開往a站..從嗶哩嗶哩開來的車在途中會與從a站開來的幾輛車相遇？(假設從嗶哩嗶哩出發的車，剛好有壹輛車在a站..)
對於這個問題，我們可以用圖1所示的位移圖來直觀的表示。從圖上(交點)可知，嗶哩嗶哩來的車將在11處與a站來的車相遇。我們也可以用圖2所示的圖形來表示，當嗶哩嗶哩的車B剛走的時候，A和B之間已經有5輛車，同時A的車A也剛從A站離開，這樣，B會在A和B的中點與A相遇..可以看出，在前半程，B車將與a站的6輛車相遇..同理，在後半段路程中，B車也會遇到a站開來的6輛車。除了壹輛車在a站相遇，可以看出B車在途中會遇到來自a站的11輛車。
(二)主導作用
本題在解決物理問題時，運用形象思維，對與問題相關的各種情景進行廣泛聯想，提出有意義的猜測，可以大致為問題的分析推理指明方向，避免解題時陷入盲目的境地，如:
例2。水平桌面上有壹疊圓形金屬片，放置形狀如圖3所示。下面壹塊重g，面積s/2，相鄰的上面壹塊金屬重g/2，面積s/2。以此類推，金屬片的重量和面積逐漸減半，直到疊起來。三塊金屬板自下而上的壓力比P1: P2: P3是多少？桌面壓力有多大？
乍壹看，這個問題似乎很難解決。所以，我們先從圖像上考慮以下幾點:將每個金屬片的形狀變換成壹系列的矩形，從下到上用1，2，3編號...如圖4所示。從圖中可以看出，1塊上面每塊的總面積等於1塊的面積；第二塊上面每塊的總面積等於第二塊的面積，依此類推。根據問題的意思，我們可以知道引力的關系也是壹樣的。因此，第1、第2和第3塊金屬板的上表面上的壓力之比為1: 1: 1。桌面上的壓力為p = f/s = 2g/s。
(3)配角
解決物理問題需要嚴謹的推理操作，形象思維可以為這種邏輯推理提供有力的支持。運用形象思維，可以在主體的頭腦中建立起生動清晰的物理形象，這是抽象思維順利進行的基礎。比如當提出壹個問題:“三個* * *點力，分別是3，4，8牛頓的合力能為零嗎？”，我們腦海中通常會出現壹個示意性的三角形。借助這個三角形，分析它的三條邊是否可能分別是3、4、8，然後做出判斷。
第三，解決物理問題中形象思維的基本形式
(壹)形象
圖像是由人腦再現的某種東西的徒手圖像。它可以是通過概括幾個相似事物的圖像而獲得的概念圖像，也可以是某個事物的模型化基本圖像。從感性認識中獲得的各種圖像信息，經過概括化、典型化後，可以成為圖像，儲存在受試者的大腦中進行進壹步處理。形象相當於抽象思維中的概念，是形象思維的基本要素。愛因斯坦說:“在我的思維機制中，書面或口頭的文字似乎沒有任何作用。”心理事物作為壹種思維元素，是壹些具有壹定清晰程度的標記和意象，可以由我隨意再生和組合。.....這種活動的組合似乎是創造性思維的主要形式。它先於任何可以傳遞給他人的由文字或其他符號建立的邏輯結構。就我而言，這些元素是視覺的，有時是動覺的。常見的單詞或其他符號只有在第二階段才能非常努力地找到。"
對於解決物理問題來說，對象的完善的圖像系統是壹個極其重要的因素。例如問題:如圖5所示，在半圓形的括號上，用半徑為1和2的兩條細線掛球，重點是G..現在讓A端固定，讓B端沿著圓形支架逐漸向上滑動，這樣線2逐漸從水平狀態變為垂直狀態。判斷在這個過程中兩根細線之間張力的變化。我們腦海中出現的是與問題相關的向量的示意圖。如圖6所示，線B末端的滑動顯示了圖中矢量T2的順時針旋轉。從圖中可以看出，在這個過程中，細線1的張力T2會逐漸減小，細線2的張力T2先減小後增大。當兩條線相互垂直時，拉力T2最小；當細線2處於垂直狀態時，拉力T2 = g..
除了圖形圖像，實物圖像還包括圖式圖像，如數學符號、公式、圖表等視覺材料，都可以是圖式圖像的載體。例如:
例3壹列長火車靠慣性行駛到壹個傾角為A的山坡上，當火車完全停下來時，火車的壹部分在山坡上(如圖7)。試著找出火車上山停下來所需要的時間。火車的總長度是L，不包括摩擦力。
此題設整列車質量為m，列車山體部分長度為X，質量為MX/L，選取山體基底為X軸坐標原點，方向為沿山坡向上。根據牛頓第二定律，火車上的合力可由下式得出
當得到上述公式時，如果簡諧振動判別式F-X的圖式圖像能出現在受試者的腦海中，就可以確認這是壹個周期為的簡諧振動方程，這樣就認識到火車爬坡開始到停止的時間等於振動周期的1/4，即。
(2)直接感知
直覺是運用形象對具體形象的直接判斷和感知。直覺的本質是用具有普遍和典型意義的形象來對比當前問題中相關事物的具體形象，使主體判斷當前問題的模式，迅速確定解題思維的方向和方式。例如:
實例4如圖8所示，聚焦光束穿過遮光板的圓孔，然後會聚在板後10 cm的位置A。如果在圓孔中嵌入壹個凸透鏡，光束會會聚在板後5 cm的位置B，求凸透鏡的焦距。
在圖8中，如果光源放置在B點，根據可逆光路，它將在A點變成虛像。由此我們可以感覺到，這個問題本質上是在物距u = 5 cm，像距v =-10 cm已知的情況下，求凸透鏡焦距的問題。然後根據鏡頭成像公式得出。
像這種將特定物體(稱之為大象)的圖像與普遍圖像(稱之為大象)的特征進行比較，根據圖像特征整合的相似性來判斷壹只大象是否與大象同質的思維形式，我們稱之為圖像識別直覺，主要表現為在變異條件下對各種圖像的再識別，以及在復合和綜合形式下的分解識別。
例5:如圖9a所示，壹個彈性球以初速度V0水平拋向墻壁，高度為離地面h，距離垂直墻壁壹座山的水平距離，與墻壁彈性碰撞後落地。試著找出落點和墻之間的距離S2(假設球和墻碰撞時沒有動能損失)。
本題中球的運動過程可以分為兩段，兩段的軌跡分別為AB和BC。AB段是平拋動作，BC段是斜向下拋動作。完成平拋動作，得到完整的彈道ABD(如圖B)。這壹直激勵著我們，把BC繞著墻轉180o可能正好和BD重合。利用彈性碰撞定律，我們可以很容易地證明這壹點。S2當時要求的是
如上所述，利用已有的圖像模式填充新圖像，將局部圖像帶入整體圖像，稱為模式填充直覺，在圖像思維中具有極其重要的意義。正如美國哲學家盧守福和阿恩海姆在《視覺思維》壹書中所寫的，“把不完整的東西補上，是理性能力最基本的技能。”
例6河中有兩艘船，A和B，向相反的方向行駛。a下行，速度v1，B上行，速度v2，速度V1 >: v2 .當兩艘船相遇時，就在他們旁邊有壹只竹筏順流而下。行駛了壹段時間後，兩船同時調頭返回行駛，而兩船相對於海流的速度不變。哪條船先遇到竹筏？
對於這個問題，我們想到了另壹個類似的場景:在汽車行駛的過道上，有兩個人相對而行。這兩種行走速度是不同的，它們在壹個座位的邊緣相遇。走了壹段時間後，兩個人同時返回以原來的速度行走，於是他們會在原來的座位見面。通過對比兩個場景:人相當於船，行駛的火車相當於水流，座位相當於竹筏，可以得出原問題中兩條船會同時與竹筏相遇的結論。
這種通過比較新圖像與已有圖像的相似性，將新圖像與已有圖像系統聯系起來的思維方式，稱為圖像相似直覺。解決物理問題中問題的變化和轉化往往依賴於這種直覺。
(3)想象力
想象是將頭腦中已有的形象組合、轉化為新形象的思維過程，是形象思維最具創造性的形式。愛因斯坦說:“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括了世界上的壹切，推動了進步，是知識進化的源泉。嚴格來說，想象力是科學研究中的壹個真實因素。”科學想象是壹系列與現有圖像的直接聯系。在物理解題中，對空間形象、物理形象、特殊狀態和理想狀態、假設情景等的想象都是解題思維中極其重要的因素。例如:
例7從壹定高度以相同的速度V0向各個方向投擲壹把彈珠。試著解釋所有的彈珠在任何時候都在空中。所有的彈珠都位於什麽樣的表面上？(不包括空氣阻力)
對於這個問題，先想象壹下，如果所有彈珠的初速度都是零，它們會同時沿同壹條直線做自由落體運動；想象壹下，當彈珠被拋出時，重力突然失去，那麽彈珠會以勻速直線向不同方向運動，每個彈珠都在同壹個半徑均勻增加的球面上。可以想象，在這道題中，彈球會在壹個半徑為r = v0t(隨時間均勻遞增)的球體上，球的中心做自由落體運動。
第四，如何培養形象思維的能力
現代科學表明，人的大腦可以分為兩個半球:左半球負責語言和邏輯數字的運算和處理，右半球負責音樂、藝術和空間的感知識別。從思維的角度來說，左腦主管抽象思維，右腦主管形象思維。人的思維活動往往是通過左右腦功能的“共振”來完成的。教育的根本目的是最大限度地開發學生的大腦功能，培養他們的能力。這裏所說的大腦的功能，應該包括左腦和右腦的功能；這裏所說的能力應該既包括抽象思維能力，也包括形象思維能力。在過去的中學物理教學中，我們非常重視基本概念、基本規律和邏輯推理能力的培養，這是完全正確的。但需要註意的是，相對而言，我們對形象思維能力的培養還不夠重視。這不僅使學生的思維結構不完善，而且由於抽象思維缺乏形象的有力“支撐”，在壹定程度上影響了抽象思維能力的培養。那麽，如何在物理教學中有效培養學生的形象思維能力呢？
(壹)增加形象儲備
馬克思主義認識論認為，人的思維(即理性認識)是以感性認識為基礎的，抽象思維是如此，形象思維也是如此。事物作為形象思維的生動形象，並不是主體頭腦中憑空虛構出來的。它植根於現實中的某些東西。沒有感性認識，形象思維就會成為無源之水，無本之木。因此，要重視把豐富的感性材料呈現給學生，重視實驗，充分利用電教教具、圖表、模型等直觀手段，善於用形象說話，用生動的比喻、類比把抽象的概念形象化。
(二)加強想象訓練
想象力是最有意義的形象思維形式，學生要有意識地強化訓練。如果講授重力，學生可以想象“如果重力突然失去”後的場景；講授完摩擦力之後，讓學生想象“壹個沒有摩擦力的世界”；講授完圓周運動和萬有引力後，讓學生想象“如果地球突然停止轉動”或“如果地球自轉速度增加”；等壹下。
(三)註重定性分析
形象思維是把握問題的整體、輪廓和方向，重視問題的定性分析有助於培養形象思維能力。提出問題時，應引導學生通過對問題信息的感知，想象問題情景，建構典型形象，猜測物理變化趨勢。同時畫出原理圖、受力圖、光路圖、電路圖等。紙上談兵，讓學生在頭腦中建立清晰的物理圖像，然後運用物理規律進行推理和演算，得出定量的結論。
(四)提倡數形結合
在解決物理問題時，要提倡數形配合使用，善於把文字信息轉化為圖形信息，用圖像表達物理變化規律，揭示數形對應關系，把圖像作為解決抽象物理問題的直觀工具。