簡析物理學研究問題的方法

摘 要：　物理學是一門帶有方法論性質的科學。物理學從萌芽開始直至近代始終以其豐富的方法論和世界觀等充滿哲理的物理學思想、方法，影響人們的思想、觀點和方法，在研究物理現象，建立物理概念，揭示物理規律的過程中，形成了一套具體的物理方法，認識、了解這些方法，對物理學習及物理教學是很有幫助的。

關鍵詞：　物理學 研究問題 方法

物理學是研究物理現象及其變化規律的科學。物理學研究物理現象的目的，就是要認識和掌握物質系統在運動變化和相互作用的過程中，所體現出來的物理屬性和運動變化規律。而這種“屬性”和“規律”是不以人們的意志為轉移而客觀存在的。在物理學的建立和發展的過程中，科學家們在運用比較、分類、類比、歸納、演繹、分析、綜合等一般邏輯思維方法時，具體形成了一套完整的科學方法。學習和掌握這些方法，對于物理教學和物理學習都有很多益處。

一、物理觀察法

物理觀察是人們對自然界自發產生的物理現象，在不改變自然條件的情況下進行考察的一種方法。通過觀察可以收集資料和發現新的事實。觀察是科學認識的一個重要源泉，也是檢驗理論正確性的標準。在科學研究中，正確地使用觀察方法，最重要的是堅持觀察的客觀性和選擇對象的典型性。物理學史表明，只有對物理世界所發生的現象進行客觀、全面的觀察，占有豐富的系統觀察資料，才能為透過現象發現其規律打下堅實的基礎。如伽利略在學生時代，由于精心觀察教堂頂上懸掛的油燈的擺動，發現了擺的等時性。

隨著近代空間技術的發展和應用，觀察的手段也發生了重大的變革。人們通過衛星和星際飛行器使昔日的間接觀察變為直接觀察和實驗，使從地面上的觀察發展到從宇宙空間的觀察?，F在，人們獲得了在地面上無法感知的大量信息，查明了月球的年齡同地球一樣古老，月球上的環形山是由于流星撞擊形成的，火星上并無真正的運河和火星人的存在，火星的極冠是冰凍的二氧化碳，等等。自然界物質運動變化是相互聯系、錯綜復雜的，觀察的方法雖有其重要的作用，但是單靠對自然界自發現象的觀察往往不能得出精確的結論，還需要依靠實驗的方法，并借助于理論思維才能彌補單純觀察的不足。

二、物理實驗法

實驗是人們根據研究的目的，利用科學儀器，人為控制、創造或純化某種自然過程，使之按預期的進程發展，同時在盡可能減少干擾的情況下進行觀測，以探求該自然過程變化規律的一種科學活動。物理學理論的建立、發展和檢驗，都離不開物理實驗這個基礎。另外，實驗還是檢驗理論的重要手段。實驗可分為定性和定量兩種情形。定性實驗，用于判定某因素是否存在，某些因素之間是否有關系等。定量實驗，用于測定某對象的數值或求出某些因素間的經驗公式、定律等。

三、物理模型

物理學研究中，實際問題往往很復雜，有眾多的因素，為了化繁為簡，以便于問題的研究和解決，常常暫時撇開一些次要的局部因素，突出主要矛盾，對考察的對象進行科學的抽象，建立理想化的物理模型。物理模型的引入，使所研究的問題大為簡化，而所得的結論，在一定的領域仍然是相當精確和普遍適用的。

建立物理模型和用模型來研究問題，是物理學研究中常用的理想化方法。物理學的發展過程，可以說就是一個不斷建立模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。一個模型是否正確，要由實踐來檢驗。物理模型的不斷提出、修正、更新，推動著物理學的發展，使人們對物質世界的認識不斷深化，不斷向真理靠近，可以說，沒有模型就沒有現代嚴密的物理學理論，不逐步完善舊的物理模型或提出新的物理模型，物理學就得不到發展。

四、理想實驗

“理想實驗”又叫“假想實驗”、“抽象的實驗”或“思想上的實驗”，它是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏算推理的思維過程和理論研究的重要方法。它是在真正科學實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對實際過程做出更深層次的抽象分析。此外，理想實驗的推理過程必須是以一定的邏輯法則為根據的。作為一種抽象思維方法，它可以使人們對實際的科學實驗有更深刻的理解，可以進一步揭示客觀現象和過程間內在的邏輯關系，并由此得出重要的結論?！袄硐雽嶒灐痹谖锢韺W的研究中有重要作用，但是它也有一定的局限性，“理想實驗”只是一種邏輯推理的思維過程，它的作用可限于邏輯上的證明與反駁，而不能用來作為檢驗認識正確性的標準。相反，由“理想實驗”得出的任何結論，都必須由觀察和實驗的結果來檢驗。

五、數學方法

數學方法是應用數學所提供的概念、符號、規則、理論和技巧，對所研究的對象進行定量的分析，并用數學形式表達物理規律的方法。數學是物理學家的思維工具，只有通過數學才能最終精確地表達自然規律。只有通過數學才能抓住錯綜復雜的變化過程，找到最基本、最普遍的規律。數學方法為物理學提供了簡明、精確的科學通用的語言形式，從而大大簡化、純化和加快了人們的思維。同時，學習物理學的過程就是不斷深入掌握物理學中數學方法的過程，系統地學習經典物理，需要幾何學的方法、矢量分析的方法、微積分方法和微分方程的方法。物理學中的數學方法是物理思維和數學思維高度結合的產物，與數學學科本身中的方法相比，物理學中的數學方法顯得模糊、靈活和辯證，且受物理規律的制約。

總之，物理學研究問題的方法是多種多樣的，物理學本身就是一門帶有方法論性質的科學，以上討論的僅僅是物理學研究問題的幾種重要的方法。在物理教學和物理學習的過程中，教師應該重視物理方法論的教育，使學生掌握物理學的思維和分析方法，培養學生的創造性思維和探索能力，幫助學生樹立科學的世界觀，提高學生的科學素質。