摘要：在物理學(xué)發(fā)展歷程中，不僅積累了龐大的科學(xué)知識(shí)體系，還形成了獨(dú)特的科學(xué)方法體系。在中學(xué)物理教學(xué)中，加強(qiáng)科學(xué)方法的培養(yǎng)是素質(zhì)教育的基本要求，這有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，從而提高他們的創(chuàng)新能力。伽利略的理想實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含著寶貴的科學(xué)方法，是中學(xué)物理教學(xué)的寶貴資源。
　　關(guān)鍵詞：伽利略理想實(shí)驗(yàn)；科學(xué)方法；抽象分析
　　
　　物理學(xué)中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)知識(shí)，還有獨(dú)特的科學(xué)思想和科學(xué)方法。一部物理學(xué)的發(fā)展史也就是一部物理科學(xué)方法的演化史?？茖W(xué)方法不僅是獲取物理知識(shí)的途徑和手段，還是理解物理知識(shí)的綱領(lǐng)和脈絡(luò)，因此，科學(xué)方法教育應(yīng)貫穿于物理教學(xué)的始終。
　　科學(xué)方法是人們在認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的實(shí)踐活動(dòng)中總結(jié)出來的正確的思維、行為方式，是人們認(rèn)識(shí)和改造自然的有效工具。作為一種基本的研究途徑、方式和方法，它與自然科學(xué)的概念、規(guī)律等知識(shí)是平行的，包含在自然科學(xué)的范疇之中。科學(xué)方法作為物理認(rèn)識(shí)活動(dòng)的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識(shí)的紐帶，在物理理論的發(fā)展中起著橋梁作用。也就是說，物理概念、規(guī)律只有通過科學(xué)方法的參與，才有可能上升為知識(shí)形態(tài)。不僅如此，物理理論的應(yīng)用同樣需要科學(xué)方法的參與。因此，人們普遍認(rèn)為：“與科學(xué)知識(shí)相比，科學(xué)方法具有更大的穩(wěn)定性和更普遍的適用性?！笨茖W(xué)方法教育在物理教育研究中始終是一個(gè)重要的課題，無論從當(dāng)前的課程改革的實(shí)踐還是從提升民族的整體素質(zhì)的角度來看，做好物理科學(xué)方法教學(xué)工作都具有鮮明而深遠(yuǎn)的時(shí)代意義。在中學(xué)物理教學(xué)過程中，應(yīng)該充分地挖掘物理學(xué)中蘊(yùn)含的寶貴的科學(xué)方法資源，把這些潛移默化地滲透到整個(gè)教學(xué)過程中來，從而發(fā)揮其教育價(jià)值。
　　伽利略的理想實(shí)驗(yàn)是非常重要的教學(xué)內(nèi)容之一，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也蘊(yùn)含著寶貴的物理方法，即理想化實(shí)驗(yàn)。
　　利用理想模型所做的實(shí)驗(yàn)我們稱為是理想實(shí)驗(yàn)。它是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。理想實(shí)驗(yàn)雖然也屬于實(shí)驗(yàn)的一種，但它同所說的真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是有原則區(qū)別的，真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，而理想實(shí)驗(yàn)則是一種思維活動(dòng)，前者是可以將其設(shè)計(jì)通過物理過程而實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，后者則是由人們在抽象思維中設(shè)想出來，而實(shí)際上無法做到的實(shí)驗(yàn)。理想實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行實(shí)際上也是過程模型的建立，只不過這個(gè)過程是運(yùn)用想象和邏輯方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程而已。理想實(shí)驗(yàn)并不是脫離實(shí)際的主觀臆想。首先，理想實(shí)驗(yàn)是以實(shí)踐為基礎(chǔ)的，所謂的理想實(shí)驗(yàn)就是在真實(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，對實(shí)際過程做出更深入一層的抽象分析。其次，理想實(shí)驗(yàn)的推廣過程是以一定的邏輯法則為根據(jù)的，而這些邏輯法則都是從長期的社會(huì)實(shí)踐中總結(jié)出來并為實(shí)踐所證實(shí)了的。理想實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)的理想研究中有著重要的作用。伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程是運(yùn)用想象和邏輯方法進(jìn)行的。
　　在學(xué)習(xí)牛頓第一定律的時(shí)候，先探討了運(yùn)動(dòng)的原因，歷史上有很多爭論。伽利略認(rèn)為，將人們引入歧途的是摩擦力，而在日常物體的運(yùn)動(dòng)中，摩擦力是難以避免的。伽利略認(rèn)為：將小球由左側(cè)的斜面由靜止釋放，小球沿左側(cè)斜面向下運(yùn)動(dòng)得越來越快，然后沿右側(cè)斜面上升，且運(yùn)動(dòng)得越來越慢直至速度減小為零。伽利略發(fā)現(xiàn)小球所能上升的高度總是小于釋放的高度，并且斜面越光滑，上升高度越接近釋放高度，于是伽利略得出了一個(gè)結(jié)論：當(dāng)斜面光滑時(shí)，釋放高度h等于上升高度h。接下來伽利略減小右側(cè)斜面的傾角θ，發(fā)現(xiàn)小球仍能上升到相同的高度h，但是隨著θ的減小小球所走過的路程l=(h/ainθ)變大了。于是伽利略推出當(dāng)θ=0時(shí)，路程l趨于無窮，即小球會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。于是他得出結(jié)論：球永遠(yuǎn)的運(yùn)動(dòng)不再需要什么力推動(dòng)，這就是說，力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。
　　伽利略在《關(guān)于兩門新科學(xué)的對話》一書中寫道：“設(shè)沿著光滑斜面AB落下的物體，用在B點(diǎn)的速度登上第二斜面BC，則物體不受BC傾斜的影響，仍達(dá)到和開始時(shí)同樣的高度，但需要的時(shí)間是不同的……當(dāng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，假如有了某種速度以后，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會(huì)始終保持這種速度，這個(gè)條件只有在水平的平面上才有可能，……”，如圖所示，這就是伽利略糾正了亞里士多德關(guān)于外力是物體產(chǎn)生并維持運(yùn)動(dòng)的原因這一錯(cuò)誤說法的慣性原理。
　　伽利略的這個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，沒有摩擦力的斜面找不到，平面也不可能在空間無限延伸，所以理想實(shí)驗(yàn)方法實(shí)質(zhì)是一種科學(xué)思維的方法。它是人們在思想中塑造的一種理想過程，也是邏輯推理的一種特殊形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)水平的提高，有些理想實(shí)驗(yàn)可以變成實(shí)際上可操作的實(shí)驗(yàn)，但是應(yīng)該看到這種理想實(shí)驗(yàn)方法在物理學(xué)中是一種很有用的方法。伽利略把理想實(shí)驗(yàn)和邏輯推理有機(jī)地結(jié)合起來，在對舊觀念批駁的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)學(xué)的方法建立新理論。實(shí)驗(yàn)中更大程度突出主要因素，忽略次要因素，并能自由地超越當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的局限，用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證理論。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行理論的演繹和邏輯的推理，得出超越實(shí)驗(yàn)本身更為普遍的理論，更深刻地揭示自然規(guī)律。從而形成了一套完整的科學(xué)研究方法，即：觀察現(xiàn)象、提出假設(shè)、數(shù)學(xué)和邏輯推理、通過物理或理想的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)、修正假設(shè)和推廣形成理論。理想實(shí)驗(yàn)和邏輯推理這種科學(xué)研究的思想對我們物理教學(xué)有很大的啟示，在教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生善于運(yùn)用以大腦為實(shí)驗(yàn)室，用思維進(jìn)行操作，對于深入思考問題，確切理解物理知識(shí)，發(fā)展思維和創(chuàng)造能力將是十分有益的。
　　
　　以伽利略理想實(shí)驗(yàn)為例來進(jìn)行科學(xué)方法教育，還對我們有這樣一種啟示：利用物理學(xué)史來進(jìn)行科學(xué)方法教育。我們以前可能對物理學(xué)史的教育價(jià)值沒有充分的重視，僅僅是把其當(dāng)做激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的材料或者一種教學(xué)情境。近年來，教育界對物理學(xué)史的教育價(jià)值有更深的理解，注意到物理學(xué)史還有助于加強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解，加強(qiáng)科學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系。通過我們以上的討論，我們注意到：物理學(xué)史也是進(jìn)行科學(xué)方法教育的有效途徑和載體。通過物理學(xué)史可以展示物理學(xué)家們的思維過程，可以展示物理學(xué)家們是如何發(fā)明、利用科學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)造性科學(xué)活動(dòng)的。這樣的一個(gè)過程，無疑會(huì)對學(xué)生科學(xué)方法的習(xí)得產(chǎn)生重要作用。
　　理想化是一種科學(xué)抽象方法，在科學(xué)研究中占有重要地位。中學(xué)物理乃至大學(xué)物理所研究的對象，嚴(yán)格來說大都是理想化模型。研究這些模型所遵循的規(guī)律，為解決大量的實(shí)際物理問題奠定了基礎(chǔ)。因此，理想化不僅是研究物理學(xué)的重要方法，也是學(xué)習(xí)物理學(xué)的重要方法，值得在物理教學(xué)中深入挖掘，加以重視。
　　
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