理想實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用

高志杰

一、理想實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

（一）理想實(shí)驗(yàn)的定義

理想實(shí)驗(yàn)即思維實(shí)驗(yàn)，就是并不進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，只是設(shè)想一套試驗(yàn)裝置，并輔以一定的假設(shè)作為前提和出發(fā)點(diǎn)，以真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)為基礎(chǔ)，突出主要因素，排出次要因素，并運(yùn)用邏輯推理的思維過(guò)程和理論分析，以揭示物理規(guī)律內(nèi)在聯(lián)系的方法。它是研究者源于自身經(jīng)驗(yàn)而又超出具體實(shí)驗(yàn)的一種高級(jí)思維活動(dòng)，既不同于真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，又有別于純粹的理論假說(shuō)或純粹的理論推演。

（二）理想實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)存在著原則的區(qū)別

理想實(shí)驗(yàn)是一種理性的思維活動(dòng)。但不是脫離實(shí)際的主觀的臆想，而是與實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)按照實(shí)驗(yàn)的格式操作展開(kāi)，對(duì)實(shí)際過(guò)程作出更深一層的抽象分析，其推理過(guò)程是與一定的邏輯法則為根據(jù)的。而這些邏輯法則，都是從長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)且為實(shí)踐所證實(shí)了的。理想實(shí)驗(yàn)借助客觀現(xiàn)象和過(guò)程之間的內(nèi)在的邏輯思維關(guān)系的分析，對(duì)科學(xué)理論進(jìn)行證明與反駁。他是一種相對(duì)獨(dú)立的科學(xué)方法。然而理想實(shí)驗(yàn)也有其它的局限性，他不是具體的物理實(shí)驗(yàn)，不能成為檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的不斷改進(jìn)和更新，理想實(shí)驗(yàn)可以轉(zhuǎn)化為可操作的實(shí)驗(yàn)，成為物理實(shí)驗(yàn)的先導(dǎo)。

（三）理想實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)的特征

一是理想實(shí)驗(yàn)要給出思維構(gòu)想中的具體試驗(yàn)裝置和狀態(tài)，而這中裝置一般是模型化的；二是理想實(shí)驗(yàn)本身包含著一個(gè)比較難判別的特征環(huán)節(jié)。因?yàn)槔碚摷僬f(shuō)和理論推演不一定需要給出具體的參考試驗(yàn)狀態(tài)，重點(diǎn)在于數(shù)學(xué)推導(dǎo)和邏輯分析，把所得的結(jié)論和已知的試驗(yàn)結(jié)果或未來(lái)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證去比較判別。它之所以叫實(shí)驗(yàn)是因?yàn)檫@種思維活動(dòng)是按實(shí)驗(yàn)的基本步驟逐一展開(kāi)，是可操作的，只是受當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)驗(yàn)者要根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)和思考，通過(guò)分析、想象、類比和邏輯推理進(jìn)行的操作。

二、理想實(shí)驗(yàn)為課堂增添活力

物理是一門與實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過(guò)課堂演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生更好的理解、鞏固所學(xué)物理知識(shí)，形成物理概念，促進(jìn)觀察分析和解決問(wèn)題的能力，由于現(xiàn)實(shí)教學(xué)中學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)器材缺乏的條件下具體的實(shí)驗(yàn)難以做到，教師普遍以灌輸式的教學(xué)法教學(xué)，很少做實(shí)驗(yàn)，這不僅導(dǎo)致了學(xué)生動(dòng)手能力差，教學(xué)死板，而且也違背了物理學(xué)科的精神。理想實(shí)驗(yàn)的引入可以為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)手參與，動(dòng)腦思考的課堂氣氛，盡可能地將演示實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷W(xué)生的小組實(shí)驗(yàn)，教師依據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況按照理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求更進(jìn)一步提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路和方法。讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)變被動(dòng)為主動(dòng)，充分調(diào)整、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對(duì)物理課的興趣。所以靈活多變的理想實(shí)驗(yàn)不僅完成了教學(xué)目標(biāo)，而且可深入淺出的為課堂添磚加瓦，活力四射。

三、理想試驗(yàn)是解釋物理概念和呈現(xiàn)物理規(guī)律的好方法

物理學(xué)中的基本概念、定義、定理是科學(xué)家長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)所論證和總結(jié)出的最基本的規(guī)律，也是學(xué)生解答物理題目必須具備的知識(shí)，中學(xué)物理課本中所得到的定義和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都是在理想的條件下推出，是透過(guò)事物的表面現(xiàn)象揭示其本質(zhì)的過(guò)程，具有其深刻的思想性，蘊(yùn)涵著紛繁復(fù)雜的物理規(guī)律，理想試驗(yàn)可以做到出于簡(jiǎn)單而歸于深?yuàn)W，往往可以使某些難以理解的概念、規(guī)律變的易于理解，他不僅可以幫助我們澄清物理學(xué)中的錯(cuò)誤觀念，還可以幫助我們加深對(duì)新概念的理解和更進(jìn)一步的深化。

四、理想實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)中學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力

理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與完成是人類思維的杰作，是科學(xué)家在科學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)理性分析所做出的符合科學(xué)邏輯的進(jìn)一步推理，是科學(xué)家科學(xué)智慧的結(jié)晶，其方法使人們超越現(xiàn)實(shí)的束縛，思維產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。教學(xué)中，通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)，闡述構(gòu)思理想實(shí)驗(yàn)的思維特點(diǎn)，介紹科學(xué)抽象的方法使學(xué)生學(xué)會(huì)如何去“抓住”與“舍去”以及怎樣進(jìn)行教學(xué)描述通過(guò)學(xué)習(xí)和研究科學(xué)家設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思與思維過(guò)程，在大腦中形成求異的新思路促使學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、思考。從而學(xué)會(huì)建立物理模型，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

理想實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)對(duì)象理想化并將實(shí)驗(yàn)所需事物在頭腦中 物化和動(dòng)化這就要求實(shí)驗(yàn)者具備豐富的想象能力和聯(lián)想能力，實(shí)驗(yàn)時(shí)要抓住最能代表事物本質(zhì)特征的主要矛盾并在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行分析、推理、判斷、概括等高度抽象的理性思維，這又要求實(shí)驗(yàn)者具有相當(dāng)強(qiáng)的邏輯思維能力，因此，教師在物理課堂中適時(shí)引入理想試驗(yàn)并且透徹分析理想實(shí)驗(yàn)案例，研究物理大師們?cè)O(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)的邏輯思維方法。在頭腦中“想象”理想實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過(guò)程，則可以沖破已有的理論對(duì)學(xué)生思維的影響，保持思維的深刻性、靈活性、敏捷性，使學(xué)生對(duì)物理理論和實(shí)際事實(shí)有深刻的理解，從而開(kāi)拓思路，啟迪智慧，把實(shí)際問(wèn)題抽象成物理模型從而提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

五、理想試驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生具備懷疑和批判精神

物理學(xué)中的理想試驗(yàn)的設(shè)計(jì)往往是基于對(duì)就舊理論的懷疑、批判和標(biāo)新立異，從而批判性的繼承舊有理論或創(chuàng)新理論，這就要求科學(xué)工作者必須具備懷疑、批判的頭腦，不迷信大家，不迷信權(quán)威，勇于沖破條條框框的束縛，善于進(jìn)行求異思維，在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)囊肜硐雽?shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生敢于懷疑和批判精神。正如英國(guó)科學(xué)家畢爾生所說(shuō)：“在我們這個(gè)本質(zhì)上是科學(xué)時(shí)代懷疑和批判的優(yōu)勢(shì)不應(yīng)被視為絕望與沒(méi)落的征兆。”

懷疑和批判精神是從事科學(xué)研究必備的科學(xué)素質(zhì)之一，培養(yǎng)懷疑和批判精神是創(chuàng)造性人才的關(guān)鍵，在教學(xué)中引入典型的理想試驗(yàn)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生懷疑和批判精神能使教學(xué)內(nèi)容更加形象、具體、生動(dòng)，教學(xué)效果更加顯著。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，理想實(shí)驗(yàn)是一種源于現(xiàn)實(shí)而又高于或超越現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)造性思維過(guò)程。是科學(xué)工作者在科學(xué)研究過(guò)程中為克服科學(xué)技術(shù)條件、客觀事物本身復(fù)雜性的限制運(yùn)用創(chuàng)造性思維通過(guò)設(shè)想、推導(dǎo)、類比、論證等辯證邏輯分析而采取的科學(xué)研究方法、分析方法，在物理教學(xué)過(guò)程中適時(shí)的引入和分析“理想試驗(yàn)”不僅為教師解釋物理概念。呈現(xiàn)物理規(guī)律提供較好的方法，而且是培養(yǎng)學(xué)生懷疑和批判精神的具體體現(xiàn)，進(jìn)而為培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力提供形象生動(dòng)的事例，從而為新課程的教學(xué)注入新的活力。