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思维与认识方法是古老的哲学问题，古希腊罗马的学者较早就对思维的形式进行了逻辑分型探讨，并逐渐发展出严谨的形式逻辑思维方式，从而奠定了其后发展科学思维的基础。可以说近现代的科学飞速发展与严谨的科学思维方式紧密相关，科学思维也成为人类重要的不可或缺的智慧形式。
人类文明发展到今天，智力水平大幅提升，思维形态日臻成熟，成为智能超人是人们的梦想，除了在教育下一代上下功夫，更想借助人工智能提升智力水平。其实所有提升智能的努力都应该是建立在对思维认识的基础之上的，没有思维科学的助力，仅靠自然进化，人的智能水平是无法冲破藩篱跃升至新境界的。
在本书中着重要探讨的是思维形成、构成和运演的方式以及智能认识能力的发展，这是一个复杂的研究领域，也可以说是人类在通向自由王国之路上最后要攻克的科学难关。有很多著名学者在他们最后的研究中都涉及认识论及思维科学，从爱因斯坦科学研究的直觉思维到钱学森的思维科学研究，不论以什么形式探讨，都可以看出他们的最终努力方向是一致的。
尽管人的思维已经进化到较高水平，但仍存在思维缺陷，主要是由于思维原始印象的界限与较长的逻辑链路径所造成的，逻辑思维源于矛盾思维的产生，有着天生的不可避免的因素。在此聚焦探讨的是建立在现实物质基础之上的思维，通过思维及其认识的发生发展过程，来了解思维的奥秘，其中不仅限于研究分析思维产生的物理、生理、心理过程以及思维成熟后的形式逻辑认知及存在的缺陷，更着重于合理的思维发展（智能开发）与形成科学思维（较完善的综合思维体系）的研究，从而形成自我超越的思维态势，为人类智能的扩展提供有益的路径。
在对传统思维认识领域形式逻辑的局限性和逻辑链的解析中，通过比较客观因果关系链和主观逻辑链的差别所在，提出了因果关系链距离的原理和逻辑思维中最小路径原理，只有主观逻辑关系与客观因果关系相契合才能对客观规律有正确的认识。在理解人有无限的认知力和卓越的创造力上，大脑的神经元巨量结构的解析可以给出答案。
书中专门针对对科学发展起重要作用的数学思维进行了深入的探讨，从思维起源分析揭示数学思维的实质是客观物理世界的反映，数学是人类生活生产实践中先于形式逻辑产生的具有逻辑形式的思维工具，数学不仅是思维的逻辑联系形态，也是客观因果联系的反映，在数学复杂性的演变中越来越抽象，有相当一部分脱离了实际因果关系，成为纯符号的逻辑关系思维运演。在基础教育中数学的学习过程即是形式运演逻辑思维能力成熟的过程，直至高级的逻辑套层思维能力。数学是科学研究的工具也是科学思维的基础，由于数学思维形成时存在先天的边界缺陷，因而无法达到其逻辑体系的自洽或完备。
对于复杂思维方式，不仅包含了逻辑思维判断，还具有多重价值体系的综合评价判断及预判能力，人类的智慧基本以综合思维判断力左右行为，从而能够选择未来正确的道路。随着人工智能技术的飞速发展，人类能否造出超越自己的智能机器，看似科幻话题，实则是对智能形态的认知，无论怎样的人工智能都是在对人的思维认识基础上发展的，人的综合价值判断力是智能机器还不能达到的根本所在。
早先的学者们发掘出思维的逻辑工具，并在近代通过科技手段付诸机器，从最初的计算辅助功能发展至几乎无所不在的人工智能的普遍应用，代替了许多人类重复繁杂的智能活动，极大地扩展了人的外在功能，在此基础上人们能否更进一步产生智能飞跃，还需要对思维科学进行深入的探索。前人的认识论是在纯思维运演上的探讨，近现代则是在对思维的物质基础大脑神经系统诸多认识基础上展开的，因而在实际人工智能研发中借鉴了大脑的结构进行模仿设计，但是人工智能还远未能超越大脑的思维水平，人工智能技术有增长的极限吗？一般而言，人类发明的所有工具都是人类智力和能力的延伸，人类智能的延伸已经不仅是本身的进化，而且是与外在物质相融合的进化，人们借助这些延伸工具，才插上了腾飞的翅膀，甚至于进入宇宙空间探索外部文明。人机结合的思维方式是未来趋势，能否有新工具出现使二者融为一体，形成新的思维形态，这将是十分有益的探索内容。
在已有的思维工具世界里，发端于西方的演绎逻辑、归纳逻辑到现代的数理逻辑、辩证逻辑，看似已经很完善，但是当碰到不确定性的复杂现象时就产生思维上的矛盾纠结；同时在诸如讨论现代科学技术为什么没有发生在中国时，中国传统延续下来的思维方式也成为一个重要的纠结点。现代的科学研究方法实际上很多已经结合了东西方的思维特点，正是在这样优势互补的结合中才能发现新型的思维方式或者思维工具。本书试图就思维的新工具开展一定的探索，开拓创新思维方式是人类文明发展的不懈追求。
作者在对思维的探讨中进行理论分析的同时，力求与儿童思维认知发展的观察试验相结合，以图发现重要的思维发展进化过程，并在儿童智力能力培养中提出科学的教育方式，成为大众可以借鉴的实际应用的知识和工具。研究根据的主要理论是皮亚杰的儿童发生认识论，通过对1—11岁儿童整个成长阶段的观察与试验，来印证相关的理论和探讨新的发现。观察试验采取适度超前的测试方法，根据儿童各个认知发展年龄阶段的智能表现，提前进行测试和教育，以捕捉个体的思维发展关键期，探寻个体认知发展的边界，适时适度地施以教育影响。本研究的观察试验基本上印证了发生认识论的阶段划分，发现了区别于原理论的不同时间段表现出的逻辑运演现象，发现儿童3岁左右就开始逐步出现各种逻辑思维形态，从而补充发生认识论原有认识发展阶段的不足。从认识的发生开始到思维的成熟，这个发展过程的观察表明，思维由简单到复杂是个缓慢的进程，人为的适当时机的介入培养能够早期形成逻辑思维的形式运演能力。
将儿童的认识发展与成熟的思维认识联系在一起探讨，有利于从人的思维起源上进行比较研究，尤其是儿童的直觉和成人的直觉灵敏度差异可以提示在科学思维中怎样把握对世界的直观认识，特别是存在于人们头脑中的潜意识印记来源于儿童时期的初始印象这样的猜想可以成为架起个体成熟思维与思维起源的意识链。相关的心理学研究这里不再涉及。
由于思维科学不像普通的自然科学研究可以进行内部分解和重复试验，而是一个漫长的外部观察过程，其间有很多偶然的因素影响是无法控制的，其结果只是达到某种状态，以此来证明有些设计影响认知能力发展的方法是否得当或者说是否产生了教育影响作用。这样的试验普适性前提是人都有相同的生理发育和思维发展阶段，因而个体试验的结果可以借用到其他同龄人身上，这也是有关生命科学研究的通用前提。
所有科学研究的平行适用原则都是用到了同类事物可以重复试验得到相同的结果这个大前提。同类相似性的类比推理其大前提实质上是暗合了物质形态的理论，在形态上相似即可平行借用相似的已知理论进行推理分析。但是因为事物复杂性的不同，诸如生命科学、心理学、社会学等方面的研究结论往往是统计概率性的概括说明，总体上相似而不是相同，缺乏严谨的逻辑必然性，不能百分之百平行适用。但有些不能完全适用的例外却给人们以发现新现象、新路径的机遇。