摘要：在物理學發(fā)展歷程中，不僅積累了龐大的科學知識體系，還形成了獨特的科學方法體系。在中學物理教學中，加強科學方法的培養(yǎng)是素質(zhì)教育的基本要求，這有助于培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力，從而提高他們的創(chuàng)新能力。伽利略的理想實驗蘊含著寶貴的科學方法，是中學物理教學的寶貴資源。
　　關(guān)鍵詞：伽利略理想實驗；科學方法；抽象分析
　　
　　物理學中蘊含著豐富的科學知識，還有獨特的科學思想和科學方法。一部物理學的發(fā)展史也就是一部物理科學方法的演化史。科學方法不僅是獲取物理知識的途徑和手段，還是理解物理知識的綱領(lǐng)和脈絡，因此，科學方法教育應貫穿于物理教學的始終。
　　科學方法是人們在認識和改造客觀世界的實踐活動中總結(jié)出來的正確的思維、行為方式，是人們認識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，它與自然科學的概念、規(guī)律等知識是平行的，包含在自然科學的范疇之中?？茖W方法作為物理認識活動的中介，是連接物理現(xiàn)象與物理知識的紐帶，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)律只有通過科學方法的參與，才有可能上升為知識形態(tài)。不僅如此，物理理論的應用同樣需要科學方法的參與。因此，人們普遍認為：“與科學知識相比，科學方法具有更大的穩(wěn)定性和更普遍的適用性。”科學方法教育在物理教育研究中始終是一個重要的課題，無論從當前的課程改革的實踐還是從提升民族的整體素質(zhì)的角度來看，做好物理科學方法教學工作都具有鮮明而深遠的時代意義。在中學物理教學過程中，應該充分地挖掘物理學中蘊含的寶貴的科學方法資源，把這些潛移默化地滲透到整個教學過程中來，從而發(fā)揮其教育價值。
　　伽利略的理想實驗是非常重要的教學內(nèi)容之一，伽利略的理想實驗內(nèi)容也蘊含著寶貴的物理方法，即理想化實驗。
　　利用理想模型所做的實驗我們稱為是理想實驗。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。理想實驗雖然也屬于實驗的一種，但它同所說的真實的科學實驗是有原則區(qū)別的，真實的科學實驗是一種實踐活動，而理想實驗則是一種思維活動，前者是可以將其設(shè)計通過物理過程而實現(xiàn)的實驗，后者則是由人們在抽象思維中設(shè)想出來，而實際上無法做到的實驗。理想實驗的進行實際上也是過程模型的建立，只不過這個過程是運用想象和邏輯方法進行的實驗過程而已。理想實驗并不是脫離實際的主觀臆想。首先，理想實驗是以實踐為基礎(chǔ)的，所謂的理想實驗就是在真實的科學實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對實際過程做出更深入一層的抽象分析。其次，理想實驗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實踐中總結(jié)出來并為實踐所證實了的。理想實驗在自然科學的理想研究中有著重要的作用。伽利略的斜面實驗就是一個理想實驗，整個實驗過程是運用想象和邏輯方法進行的。
　　在學習牛頓第一定律的時候，先探討了運動的原因，歷史上有很多爭論。伽利略認為，將人們引入歧途的是摩擦力，而在日常物體的運動中，摩擦力是難以避免的。伽利略認為：將小球由左側(cè)的斜面由靜止釋放，小球沿左側(cè)斜面向下運動得越來越快，然后沿右側(cè)斜面上升，且運動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結(jié)論：當斜面光滑時，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θ=0時，路程l趨于無窮，即小球會一直運動下去。于是他得出結(jié)論：球永遠的運動不再需要什么力推動，這就是說，力不是維持物體運動的原因。
　　伽利略在《關(guān)于兩門新科學的對話》一書中寫道：“設(shè)沿著光滑斜面AB落下的物體，用在B點的速度登上第二斜面BC，則物體不受BC傾斜的影響，仍達到和開始時同樣的高度，但需要的時間是不同的……當一個運動的物體，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，便會始終保持這種速度，這個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)生并維持運動的原因這一錯誤說法的慣性原理。
　　伽利略的這個實驗是一個理想實驗，沒有摩擦力的斜面找不到，平面也不可能在空間無限延伸，所以理想實驗方法實質(zhì)是一種科學思維的方法。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。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，實驗水平的提高，有些理想實驗可以變成實際上可操作的實驗，但是應該看到這種理想實驗方法在物理學中是一種很有用的方法。伽利略把理想實驗和邏輯推理有機地結(jié)合起來，在對舊觀念批駁的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)學的方法建立新理論。實驗中更大程度突出主要因素，忽略次要因素，并能自由地超越當時技術(shù)水平的局限，用實驗去驗證理論。在實驗的基礎(chǔ)上，進行理論的演繹和邏輯的推理，得出超越實驗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研究方法，即：觀察現(xiàn)象、提出假設(shè)、數(shù)學和邏輯推理、通過物理或理想的實驗進行檢驗、修正假設(shè)和推廣形成理論。理想實驗和邏輯推理這種科學研究的思想對我們物理教學有很大的啟示，在教學中啟發(fā)學生善于運用以大腦為實驗室，用思維進行操作，對于深入思考問題，確切理解物理知識，發(fā)展思維和創(chuàng)造能力將是十分有益的。
　　
　　以伽利略理想實驗為例來進行科學方法教育，還對我們有這樣一種啟示：利用物理學史來進行科學方法教育。我們以前可能對物理學史的教育價值沒有充分的重視，僅僅是把其當做激發(fā)學生學習興趣的材料或者一種教學情境。近年來，教育界對物理學史的教育價值有更深的理解，注意到物理學史還有助于加強學生對科學本質(zhì)的理解，加強科學與社會的聯(lián)系。通過我們以上的討論，我們注意到：物理學史也是進行科學方法教育的有效途徑和載體。通過物理學史可以展示物理學家們的思維過程，可以展示物理學家們是如何發(fā)明、利用科學方法進行創(chuàng)造性科學活動的。這樣的一個過程，無疑會對學生科學方法的習得產(chǎn)生重要作用。
　　理想化是一種科學抽象方法，在科學研究中占有重要地位。中學物理乃至大學物理所研究的對象，嚴格來說大都是理想化模型。研究這些模型所遵循的規(guī)律，為解決大量的實際物理問題奠定了基礎(chǔ)。因此，理想化不僅是研究物理學的重要方法，也是學習物理學的重要方法，值得在物理教學中深入挖掘，加以重視。
　　
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