如何讓中學(xué)生從物理課學(xué)到一些研究方法
中學(xué)畢業(yè)生不但應(yīng)有升學(xué)、就業(yè)所必需的基礎(chǔ)知識(shí)和技能，還應(yīng)該有探索未知事物的能力，不能什么都靠別人教。這就要求中學(xué)教學(xué)注意使學(xué)生掌握一些探索客觀(guān)世界的方法。自然科學(xué)各門(mén)學(xué)科的教學(xué)，應(yīng)該把科學(xué)知識(shí)的傳授和自然科學(xué)一般研究方法的訓(xùn)練很好結(jié)合起來(lái)。
中學(xué)物理教學(xué)重視使學(xué)生了解、掌握一些自然科學(xué)研究方法，不只對(duì)學(xué)生畢業(yè)后的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性的工作有益，而且對(duì)學(xué)好中學(xué)知識(shí)也有好處。因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)方法，實(shí)際就是在教師指導(dǎo)下探索、研究客觀(guān)事物的方法。方法對(duì)，就學(xué)得好而快，方法不對(duì)，就要走彎路。
在中學(xué)物理教學(xué)中涉及到的自然科學(xué)的一般研究方法，主要有觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)、抽象、理想化、比較、類(lèi)比、假說(shuō)、模型、數(shù)學(xué)方法等等。本文僅就其中一些從教學(xué)、教材角度談些零星想法。
一、觀(guān)察
“觀(guān)察”通常是指人們考察處于自然狀態(tài)下的事物，即在人們不對(duì)客觀(guān)事物施加影響的情況下，對(duì)事物進(jìn)行研究，在物理學(xué)的發(fā)展中，觀(guān)察方法是很重要的，牛頓力學(xué)是從觀(guān)察天體運(yùn)動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的。觀(guān)察宇宙射線(xiàn)仍是研究高能粒子的重要方法。
在學(xué)習(xí)物理之前，學(xué)生在生活和學(xué)習(xí)中已經(jīng)有了觀(guān)察的經(jīng)驗(yàn)和訓(xùn)練，物理課應(yīng)該使他們掌握得更好一些。
應(yīng)該重視培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察物理現(xiàn)象的興趣。很多孩子是懷著深切的期望開(kāi)始學(xué)物理的，他們從日常觀(guān)察中積累了許多問(wèn)題，期待在物理課中找到答案。能及時(shí)給學(xué)生滿(mǎn)意的解答，會(huì)有利于保持和發(fā)展學(xué)生的觀(guān)察興趣。但多數(shù)情況是限于知識(shí)準(zhǔn)備不足，不能及時(shí)解答。這時(shí)當(dāng)然可以說(shuō)要在學(xué)過(guò)什么知識(shí)以后才能解釋�？墒�，這樣的話(huà)，一個(gè)學(xué)生連聽(tīng)?zhēng)状�，觀(guān)察興趣就會(huì)降低。如果改變一些方法，鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)從哪些方面深入觀(guān)察，作好紀(jì)錄，同時(shí)說(shuō)明所觀(guān)察的事物跟哪部分知識(shí)有關(guān)，現(xiàn)在的觀(guān)察對(duì)將來(lái)的學(xué)習(xí)有什么好處，效果可能好些，更可取的辦法是教師爭(zhēng)取主動(dòng)，給全班或個(gè)別喜歡觀(guān)察的學(xué)生布置觀(guān)察作業(yè)，觀(guān)察跟講到的知識(shí)有關(guān)的物理現(xiàn)象、技術(shù)設(shè)備以及人們的某些活動(dòng)等等。課本在某些課題后面編了一些觀(guān)察性的題目，教學(xué)時(shí)可以根據(jù)情況提前布置給學(xué)生。
學(xué)生的觀(guān)察興趣，最初是出于好奇，特別是年齡小的孩子，遇到新鮮東西、新奇現(xiàn)象舍不得走，要看個(gè)究竟，這種出于好奇的觀(guān)察興趣是不穩(wěn)定的，只滿(mǎn)足于表面了解。物理課應(yīng)該把出于好奇的觀(guān)察提高到有目的的觀(guān)察。所謂有目的的觀(guān)察，不只是有明確具體的觀(guān)察對(duì)象和要求，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生懂得觀(guān)察是人類(lèi)研究客觀(guān)世界規(guī)律的和種基本方法，而在觀(guān)察中注意分析、比較，尋找各有關(guān)因素之間的聯(lián)系。
應(yīng)該注意使學(xué)生養(yǎng)成良好的觀(guān)察素養(yǎng)。這首先是要求觀(guān)察的客觀(guān)性，對(duì)于觀(guān)察中感知的各種資料，實(shí)事求是地對(duì)待。其次，觀(guān)察要抓住主要的東西，抓住跟觀(guān)察目的有關(guān)的方面，要有步驟、有次序、盡可能細(xì)致�？茖W(xué)的觀(guān)察都要有詳細(xì)的記錄。物理教學(xué)中作為作業(yè)布置給學(xué)生的觀(guān)察，最好也要求記錄，培養(yǎng)記錄的習(xí)慣和能力。記錄要求真實(shí)、簡(jiǎn)明、具體，字?jǐn)?shù)不要多，幾十個(gè)字、一百多字或者列個(gè)表格填上數(shù)據(jù)就夠了。
總之，應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生成為樂(lè)于觀(guān)察、善于觀(guān)察的有心人，防止形成漫不經(jīng)心、視而不見(jiàn)的粗率作風(fēng)。
“觀(guān)察”有它的局限性：不能排除干擾因素；不能隨意重復(fù)，而要等待現(xiàn)象的自然再現(xiàn)；不能由人控制現(xiàn)象發(fā)生的條件，而要深入研究卻往往需要作實(shí)驗(yàn)�！皩�(shí)驗(yàn)”則沒(méi)有這些缺點(diǎn)。但是實(shí)驗(yàn)不能完全取代觀(guān)察（很多現(xiàn)象，如天文現(xiàn)象，人們還只能等待他自然發(fā)生），而且在觀(guān)察中得到訓(xùn)練是做好實(shí)驗(yàn)不可缺少的。
二、實(shí)驗(yàn)
“實(shí)驗(yàn)”是人們根據(jù)研究的目的，利用儀器、設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾，突出主要因素，在有利的條件下研究自然規(guī)律�！皩�(shí)驗(yàn)”在物理學(xué)的`發(fā)展和物理教學(xué)中的基礎(chǔ)作用，無(wú)需贅述。
中學(xué)物理中的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可分為演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)，探索性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。
目前我國(guó)中學(xué)物理教學(xué)中，數(shù)量最多的是由教師演示的探索性實(shí)驗(yàn)。從培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方法的角度來(lái)看，教師的演示起著示范作用。時(shí)刻意識(shí)到這一點(diǎn)，在安裝調(diào)整儀器設(shè)備，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀(guān)測(cè)、記錄、處理數(shù)據(jù)，分析、概括得出結(jié)論，即在整個(gè)演示過(guò)程的每一步，都嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，必然會(huì)產(chǎn)生深刻的教育作用。
中學(xué)能做的探索性實(shí)驗(yàn)，涉及的參數(shù)都不多，實(shí)驗(yàn)時(shí)一般是依次改變其中之一來(lái)考查它的影響，最后概括出反映各參數(shù)關(guān)系的規(guī)律。演示時(shí)學(xué)生了解這樣的考查步驟，在觀(guān)察中他們的思維便會(huì)處于更積極的狀態(tài)，同時(shí)也懂得這種用實(shí)驗(yàn)來(lái)研究問(wèn)題的方法。
物理學(xué)史上不少著名的實(shí)驗(yàn)，如庫(kù)侖扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn)、盧瑟福 -粒子散射實(shí)驗(yàn)、查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)等，限于設(shè)備，目前一般中學(xué)不能演示，但在課本里還是寫(xiě)上了。課本這樣做，除了考慮到它們是重要規(guī)律，理論基礎(chǔ)，并且有助于發(fā)展思維，還考慮到可以使學(xué)生從這些具體實(shí)例中領(lǐng)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)的一般方法。例如，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都包括提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，確定實(shí)驗(yàn)方法并研究如何實(shí)現(xiàn)，對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行邏輯加工得出結(jié)論等階段；實(shí)驗(yàn)的每個(gè)階段都跟理論緊密交織著，都要用已有的理論來(lái)指導(dǎo)；科學(xué)儀器能幫助人們克服感覺(jué)器官的局限，使感性認(rèn)識(shí)更加客觀(guān)、精細(xì)、準(zhǔn)確，因而科學(xué)儀器的設(shè)計(jì)，使用對(duì)實(shí)驗(yàn)的成功起重要（有時(shí)甚至是決定性的）作用。
在學(xué)校里，為了確定一條物理規(guī)律，通常只提出一個(gè)實(shí)驗(yàn)，因而能可能使學(xué)生誤認(rèn)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律。應(yīng)該向?qū)W生指出：任何一位實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，在得出他最后的科學(xué)結(jié)論之前，都是采用過(guò)多種方法，做過(guò)幾十次、幾百次的實(shí)驗(yàn)，處理過(guò)浩繁的觀(guān)測(cè)資料，經(jīng)受過(guò)多次的失敗和挫折；任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在得到公認(rèn)之前，至少要為另一位研究者所重復(fù)證實(shí)；而事實(shí)常常是一個(gè)題目同時(shí)有許多在獨(dú)立研究，相繼得到同樣結(jié)論，或是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表，立即有許多人重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)。結(jié)合物理學(xué)史上的具體事例講清這些問(wèn)題，有助于培養(yǎng)學(xué)生不畏險(xiǎn)阻的攻關(guān)精神，懂得任何科學(xué)成就都是許多人辛勤勞動(dòng)的共同結(jié)晶。
教師的演示實(shí)驗(yàn)和介紹一些著名實(shí)驗(yàn)，還只能使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法有所了解，而要使學(xué)生真正掌握一些，必須也只能靠他們自己去實(shí)踐。目前國(guó)外盛行一種叫做“發(fā)現(xiàn)法”的教學(xué)方法，讓學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)、觀(guān)察、經(jīng)過(guò)自己的感知和思索形成概念，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。例如，在英國(guó)的一套中學(xué)課本《Exploryng Physics》（中譯本叫《探索物理知識(shí)》第一冊(cè)里，“液體壓強(qiáng)”一節(jié)，隨即提出問(wèn)題：“液體在其它各個(gè)方向上是否也有壓強(qiáng)呢？”然后讓學(xué)生依次做三個(gè)實(shí)驗(yàn)：（1）用釘子在白鐵罐側(cè)壁靠近底部同一個(gè)高度的不同地方打三、四個(gè)孔，灌滿(mǎn)水后觀(guān)察會(huì)怎樣從這些孔中噴出；（2）將其它小孔封住只留一個(gè)，再在罐的側(cè)壁靠近頂部和中部的地方各打一個(gè)小孔（盡量使小孔的孔徑相同），觀(guān)察水怎樣從這三個(gè)噴出，并且收集在同一時(shí)間內(nèi)從每個(gè)孔噴出的水量；（3）將白鐵罐砸成歪歪扭扭的開(kāi)狀，再觀(guān)察水怎樣從孔中噴出，實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生就這樣兩個(gè)問(wèn)題得出結(jié)論；（1）液體在哪些方向上產(chǎn)生壓強(qiáng)？（2）液體的深度對(duì)壓強(qiáng)大小有什么影響？最后讓學(xué)生解釋兩個(gè)現(xiàn)象：（1）水壩的底部為什么比頂部厚？（2）潛水艇、潛水員以及普通的魚(yú)潛水為什么不能超過(guò)一定的深度。對(duì)于“發(fā)現(xiàn)法”我了解很少，從看到的材料來(lái)推測(cè)，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生會(huì)掌握一些實(shí)驗(yàn)研究方法，獨(dú)立獲取知識(shí)的能力會(huì)相當(dāng)強(qiáng)；很值得深入了解，并且在有條件的學(xué)�；虬嗉�(jí)中進(jìn)行試驗(yàn)。
我們課本中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在還是按傳統(tǒng)的教學(xué)方法來(lái)安排的，探索性的很少，多數(shù)是驗(yàn)證性的，內(nèi)容都比較簡(jiǎn)單，數(shù)目也不多，初高中總共52個(gè)。在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練上不大可能達(dá)到“發(fā)現(xiàn)法”所達(dá)到的水平。但是讓學(xué)生達(dá)到大綱要求掌握的技能和實(shí)驗(yàn)修養(yǎng)——會(huì)使用基本儀器、會(huì)記錄、整理數(shù)據(jù)，會(huì)得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，還是辦得到的。例如，初中要求學(xué)生會(huì)正確使用安培表，初中物理課本就安排了四個(gè)要用安培表的實(shí)驗(yàn)。課文里講了安培表的使用方法，習(xí)題里編排了在實(shí)物圖上練習(xí)接安培表和讀數(shù)的題目，如果再實(shí)驗(yàn)使用四次，學(xué)生是能基本掌握安培表正確用法的，印象也會(huì)比較深。初中要求學(xué)生掌握連結(jié)電路的技能，初中課本就在電學(xué)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生按照實(shí)物路圖接線(xiàn)，畫(huà)出電路圖，第二、三、四、五個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生按照電路圖接線(xiàn)，到第六個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)則只提出測(cè)量要求，讓學(xué)生根據(jù)要求去設(shè)計(jì)電路，這樣由易而難，循序慚進(jìn)，學(xué)生是能學(xué)會(huì)連接簡(jiǎn)單電路的。在記錄處理數(shù)據(jù)，寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面，課文中也是逐步提高難度的。因此，為了讓學(xué)生切實(shí)掌握一些實(shí)驗(yàn)技能，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)修養(yǎng)，希望不要對(duì)為數(shù)不多的學(xué)生實(shí)驗(yàn)再刪減合并了，認(rèn)為課文中的實(shí)驗(yàn)不合適或是缺乏設(shè)備作不了，可以用其它實(shí)驗(yàn)來(lái)代替。
在科學(xué)研究中，實(shí)驗(yàn)的每一步都離不開(kāi)理論的指導(dǎo)（雖然從總體來(lái)看，實(shí)驗(yàn)是理論的基礎(chǔ)），在中學(xué)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中也應(yīng)該注意引導(dǎo)學(xué)生手腦并用，把實(shí)驗(yàn)跟理論緊密結(jié)合起來(lái)。這不只要求學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒Y(jié)果跟所學(xué)理論的關(guān)系，懂得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所論據(jù)的物理原理，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的每一項(xiàng)操作都應(yīng)該聯(lián)系已有知識(shí)考慮應(yīng)該怎樣作，而不是不動(dòng)腦子機(jī)械地照書(shū)上寫(xiě)的去做，或者盲目地去試。對(duì)于高年級(jí)學(xué)生還可以引導(dǎo)他們運(yùn)用已有的知識(shí)分析考慮誤差的來(lái)源和減小辦法。為了防止學(xué)生只動(dòng)后不動(dòng)腦，課本從初中第一冊(cè)后半本起，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中學(xué)再具體列出實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3……而把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃�、器材、步驟綜合起來(lái)敘述。希望教學(xué)中要求學(xué)生預(yù)習(xí)，自己安排實(shí)驗(yàn)步驟。
三、抽象和理想化
中學(xué)物理要學(xué)習(xí)力、質(zhì)量、功、能……等概念。一切科學(xué)概念都是抽象的成果。所以物理課有條件讓學(xué)生在學(xué)習(xí)這些物理概念的過(guò)程中，領(lǐng)會(huì)什么叫抽象和怎樣抽象，反過(guò)來(lái)，懂得了抽象是怎么回事，也有利于概念的形成。
中學(xué)物理課中最常遇到的抽象類(lèi)型主要有：分析概括一類(lèi)事物共同的本質(zhì)特征；把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)；理想化也是常見(jiàn)的一類(lèi)抽象形式。
初中講動(dòng)能、勢(shì)能的時(shí)候，列舉飛行的子彈、流動(dòng)的河水、舉高的重錘、壓縮的彈簧等等都能做功，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、綜合、概括形成功能、熱能的概念，就是抽象事物共同的本質(zhì)特征。小孩子形成“人”、“房子”等概念時(shí)就運(yùn)用了這種類(lèi)型的抽象方法。所不同的是，形成那些概念時(shí)，事物的共同特征比較直觀(guān)、容易琢磨，而物理課里要抽象的共同特征 不那么容易琢磨，需要更加注意通過(guò)分析、比較，認(rèn)識(shí)所列舉的同一類(lèi)的各個(gè)事物的共同特征，以及容易混淆的兩類(lèi)事物之間的根本差別，才能形成比較清晰的概念。
講電阻、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念時(shí)，是引導(dǎo)學(xué)生把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)，得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的物理量。這種類(lèi)型的同象，特別是用兩個(gè)物理量的比值來(lái)表達(dá)新抽象出來(lái)的物理量，學(xué)生常感到困難，往往忘記它的物理意義，當(dāng)作數(shù)學(xué)上的比例系數(shù)對(duì)待。例如，有相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為：一個(gè)既定導(dǎo)體的R值隨它兩端V成正比彎化，隨通過(guò) 的I成反比變化。這可能跟講R時(shí)沒(méi)有演示一個(gè)導(dǎo)體有確定的阻值有關(guān)�，F(xiàn)在的新教材注意到這一點(diǎn)，采用了先講I、V，再講R、歐姆定律的辦法，講R時(shí)還用了高中常用的引入和定義物理量的方法，即先演示任一導(dǎo)體都有確定的值，再演示不同導(dǎo)體的的值不同，然后說(shuō)明這個(gè)比值反映了導(dǎo)體對(duì)電流的障礙作用，叫做電阻。這樣處理，一方面希望學(xué)生把電阻這個(gè)概念掌握好一些，同時(shí)也打算在初中，在電阻這個(gè)比較容易琢磨的概念上，對(duì)學(xué)生的抽象能力給一些訓(xùn)練，將來(lái)可能比較容易適應(yīng)高中的教學(xué)。這樣處理也有毛病，一是講電阻時(shí)實(shí)際已經(jīng)講了歐姆定律；二是初中學(xué)生對(duì)用比值定義物理量感到困難。怎樣處理更好，還值得試驗(yàn)，探討。
理想化的方法，是科學(xué)抽象的一種形式。
在中學(xué)物理中可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)的理想化方法，主要有兩種：一種是把物體本身理想化或者把物體所處的條件理想化；另一種是理想實(shí)驗(yàn)。由于這些理想化方法在物理教學(xué)中經(jīng)常用到，所以有必要使學(xué)生認(rèn)識(shí)它們的本質(zhì)、必要性和局限性。
質(zhì)點(diǎn)、剛體等，是把物體本身理想化（也就是抓住物體在所討論的現(xiàn)象中起主要作用的性質(zhì)，暫時(shí)舍去次要作用的性質(zhì)）。無(wú)磨擦的表面、絕熱的容器等，是把物體所處的條件理想化（即抓住起主要作用的條件，暫時(shí)舍去起次要作用的條件）。這種理想化方法的好處：第一、可以使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差；第二，對(duì)理想化的事物進(jìn)行研究的結(jié)果，加以適當(dāng)修正，即可用于實(shí)際事物。例如，分子沒(méi)有體積、分子之間沒(méi)有相互作用力的理想氣體，實(shí)際上不存在，但是對(duì)于高溫、低壓下不易液化的氣體（氫、氧、氮、氦以及空氣等）當(dāng)作理想氣體來(lái)處理，用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算，誤差很小而非常簡(jiǎn)單。低溫、高壓下的氣體（特別是那些容易液化的氣體），不符合理想氣體狀態(tài)方程，但是當(dāng)人們從分子占有體積和分子間有相互作用力兩方面對(duì)理想氣體狀態(tài)方程加以修正，用來(lái)處理真實(shí)氣體，就能跟實(shí)驗(yàn)符合得相當(dāng)好。
科學(xué)的理想化不同于無(wú)根據(jù)的幻想，有它的客觀(guān)根據(jù)�？陀^(guān)存在的復(fù)雜事物具有多方面的特性，處于多種條件下。但是在一定的現(xiàn)象中并不是所有性質(zhì)、所有條件都起同樣重要的作用，而是只有一種或少數(shù)幾種起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很小。理想化就是突出起主要作用的性質(zhì)或條件，而完全忽略其它性質(zhì)或條件。例如研究電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把電子所處的條件理想化為不存在重力場(chǎng)，即完全不考慮重力的作用，因?yàn)楦娏ο啾�，重力太弱了。它的作用�?shí)際覺(jué)察不到。但是當(dāng)研究帶電液滴在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)卻不能不考慮重力，因?yàn)樗梢愿娏ο啾取Ｍㄟ^(guò)具體事例相比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)理想要有客觀(guān)根據(jù)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握理想化方法是必要的。
還應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)：在一定理想化條件下得出的規(guī)律，只在（或者非常接近）這些條件下適用。
理想實(shí)驗(yàn)是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程，而實(shí)際上是做不到的。理想實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的理論研究中有重要的作用。伽里略論證慣性定律所設(shè)想的實(shí)驗(yàn)——在無(wú)磨擦情況下，從斜槽滾下的小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去，就是物理學(xué)史上著名的理想實(shí)驗(yàn)。
正如科學(xué)的理想化有它的客觀(guān)根據(jù)，理想實(shí)驗(yàn)也有它的實(shí)踐基礎(chǔ)。理想實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯法則，對(duì)過(guò)程作進(jìn)一步的分析、推理。伽里略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小。小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出他的理想實(shí)驗(yàn)的。
理想實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中也常用到。例如，研究電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，設(shè)想在電場(chǎng)中放置不會(huì)引起電場(chǎng)改變的點(diǎn)電荷，考查它在各點(diǎn)的F/q的值；講電勢(shì)時(shí)考查點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的W/q的值，都是理想實(shí)驗(yàn)。許多物理概念是利用這類(lèi)理想實(shí)驗(yàn)建立的，所以應(yīng)該讓學(xué)生熟悉這種方法。
四、類(lèi)比、假說(shuō)、模型
“類(lèi)比”是根據(jù)兩個(gè)事物在某些方面的相同，推論它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤��！邦?lèi)比”與“比喻”不同�！氨扔鳌笔怯媚承┯蓄�(lèi)似點(diǎn)的事物來(lái)比擬想要說(shuō)的某一事物，它是一種重要的修辭方法，目的在于使人們對(duì)所要說(shuō)的事物獲得生動(dòng)鮮明而深刻的印象�！邦�(lèi)比”是一種重要的邏輯推理方法，目的在于使人們認(rèn)識(shí)新的事物。人們總是在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上去認(rèn)識(shí)新事物，即把新事物與熟悉的事物加以比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新事物的某些屬性跟熟悉的某事物的某些屬性楨或相似，就往往用類(lèi)比的方法，推測(cè)它們的另外某些屬性也相同或相似。
惠更斯根據(jù)光也象聲波那樣能發(fā)生反射、折射，而推論光也是一種波動(dòng)，提出了光的波動(dòng)論。德布羅意根據(jù)光的波粒二象性而推論微觀(guān)粒子也具有波動(dòng)性，提出了物質(zhì)波的概念。這些都是物理學(xué)史上應(yīng)用類(lèi)比方法提出假說(shuō)的實(shí)例。
在物理課中，把電場(chǎng)拿來(lái)跟重力場(chǎng)類(lèi)比，把電流拿來(lái)跟水流類(lèi)比……是常用的教學(xué)方法。
應(yīng)該讓學(xué)生知道類(lèi)比的局限性，由類(lèi)比所得的結(jié)論有對(duì)有錯(cuò)，必須經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。在用類(lèi)比方法講述物理知識(shí)時(shí)，當(dāng)然要注意相類(lèi)比的事物之間的相似處——這是類(lèi)比的基礎(chǔ)，但是更需要注意事物之間的差異，因?yàn)椴町愊拗屏祟?lèi)比的結(jié)論，忽視這一方面會(huì)造成知識(shí)混亂�；谶@些考慮，課本在對(duì)比著電場(chǎng)講磁場(chǎng)，對(duì)比著直流電講交流電時(shí)，都注意了強(qiáng)調(diào)差異。
假說(shuō)是自然科學(xué)研究的一種廣泛應(yīng)用的方法。它是根據(jù)已知的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí)，對(duì)未知的事物所做的假定性的說(shuō)法。
假說(shuō)是有一定的推測(cè)性質(zhì)，它正確與否有待實(shí)距踐檢驗(yàn)。但是假說(shuō)不是臆想，它有一定的科學(xué)事實(shí)的根據(jù)，它的主要部分和基本思想是根據(jù)科學(xué)事實(shí)推想出來(lái)的，它要跟當(dāng)時(shí)公認(rèn)的理論一致，能說(shuō)明當(dāng)時(shí)已知的科學(xué)事實(shí)并預(yù)測(cè)存在著未知的事實(shí)�？茖W(xué)的假說(shuō)必須具備的這些條件，有必要在教學(xué)中結(jié)合講述某個(gè)假說(shuō)介紹給學(xué)生，特別是對(duì)那些愛(ài)動(dòng)腦筋想問(wèn)題的學(xué)生。例如，我們收到過(guò)一個(gè)學(xué)生來(lái)信，他認(rèn)為光子是由電子中射出來(lái)的，每一秒鐘相繼射出的光子數(shù)是光的頻率，相繼射出的兩個(gè)光子相隔的距離是波長(zhǎng)。他動(dòng)了好多腦筋，想說(shuō)明波粒二象性，連著寫(xiě)了兩封長(zhǎng)信闡明他的“假說(shuō)”，浪費(fèi)了時(shí)間精力，原因就在于不懂得科學(xué)的假說(shuō)要具備的條件。
在物理學(xué)研究中，常常把假說(shuō)、理論形成物理模型來(lái)加以探討。一個(gè)好的物理模型，不但便于直觀(guān)、形象地想象假說(shuō)；理論本身，而且可以簡(jiǎn)化從已知事實(shí)預(yù)見(jiàn)新事實(shí)的過(guò)程。
講述磁的本性、原子結(jié)構(gòu)等知識(shí)時(shí)，可以結(jié)合磁分子模型、原子的行星模型等內(nèi)容，向?qū)W生介紹物理模型在認(rèn)識(shí)世界過(guò)程的作用。同時(shí)應(yīng)該讓學(xué)生注意：第一，模型可能包含實(shí)際不存在的成分，例如原子的行星模型中的軌道實(shí)際并不存在；第二，任何模型都不能說(shuō)明一切問(wèn)題，例如盧瑟福的原子模型不能回答原子為什么是穩(wěn)定的，能回答這個(gè)問(wèn)題的玻爾模型不能說(shuō)明氫原子以外的光譜；第三，在中學(xué)物理課中涉及到的物理模型，絕大多數(shù)是由我們從宏觀(guān)世界獲得的概念（主要是力學(xué)概念）組成的，具有鮮明的直觀(guān)性，但是這類(lèi)模型對(duì)于非實(shí)體，非宏觀(guān)的事物往往無(wú)能為力，例如波粒二象性是機(jī)械模型來(lái)統(tǒng)一說(shuō)明的。
除了上面談到的這些研究方法外，數(shù)學(xué)方法也是中學(xué)物理課中應(yīng)使學(xué)生得到訓(xùn)練的重要方法。因涉及的問(wèn)題比較多，需要專(zhuān)門(mén)討論。
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