摘 要: 物理學(xué)是一門帶有方法論性質(zhì)的科學(xué)。物理學(xué)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(xué)思想、方法,影響人們的思想、觀點和方法,在研究物理現(xiàn)象,建立物理概念,揭示物理規(guī)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(xué)習(xí)及物理教學(xué)是很有幫助的。
關(guān)鍵詞: 物理學(xué) 研究問題 方法
物理學(xué)是研究物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)研究物理現(xiàn)象的目的,就是要認識和掌握物質(zhì)系統(tǒng)在運動變化和相互作用的過程中,所體現(xiàn)出來的物理屬性和運動變化規(guī)律。而這種“屬性”和“規(guī)律”是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移而客觀存在的。在物理學(xué)的建立和發(fā)展的過程中,科學(xué)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(xué)方法。學(xué)習(xí)和掌握這些方法,對于物理教學(xué)和物理學(xué)習(xí)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(fā)產(chǎn)生的物理現(xiàn)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(fā)現(xiàn)新的事實。觀察是科學(xué)認識的一個重要源泉,也是檢驗理論正確性的標(biāo)準(zhǔn)。在科學(xué)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(xué)史表明,只有對物理世界所發(fā)生的現(xiàn)象進行客觀、全面的觀察,占有豐富的系統(tǒng)觀察資料,才能為透過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)其規(guī)律打下堅實的基礎(chǔ)。如伽利略在學(xué)生時代,由于精心觀察教堂頂上懸掛的油燈的擺動,發(fā)現(xiàn)了擺的等時性。
隨著近代空間技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,觀察的手段也發(fā)生了重大的變革。人們通過衛(wèi)星和星際飛行器使昔日的間接觀察變?yōu)橹苯佑^察和實驗,使從地面上的觀察發(fā)展到從宇宙空間的觀察?,F(xiàn)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(huán)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(zhì)運動變化是相互聯(lián)系、錯綜復(fù)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(fā)現(xiàn)象的觀察往往不能得出精確的結(jié)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(jù)研究的目的,利用科學(xué)儀器,人為控制、創(chuàng)造或純化某種自然過程,使之按預(yù)期的進程發(fā)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(guī)律的一種科學(xué)活動。物理學(xué)理論的建立、發(fā)展和檢驗,都離不開物理實驗這個基礎(chǔ)。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(guān)系等。定量實驗,用于測定某對象的數(shù)值或求出某些因素間的經(jīng)驗公式、定律等。
三、物理模型
物理學(xué)研究中,實際問題往往很復(fù)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(xué)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(jié)論,在一定的領(lǐng)域仍然是相當(dāng)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(xué)研究中常用的理想化方法。物理學(xué)的發(fā)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(xué)的發(fā)展,使人們對物質(zhì)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(xiàn)代嚴密的物理學(xué)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(xué)就得不到發(fā)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(xué)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(jù)的。作為一種抽象思維方法,它可以使人們對實際的科學(xué)實驗有更深刻的理解,可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程間內(nèi)在的邏輯關(guān)系,并由此得出重要的結(jié)論?!袄硐雽嶒灐痹谖锢韺W(xué)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(biāo)準(zhǔn)。相反,由“理想實驗”得出的任何結(jié)論,都必須由觀察和實驗的結(jié)果來檢驗。
五、數(shù)學(xué)方法
數(shù)學(xué)方法是應(yīng)用數(shù)學(xué)所提供的概念、符號、規(guī)則、理論和技巧,對所研究的對象進行定量的分析,并用數(shù)學(xué)形式表達物理規(guī)律的方法。數(shù)學(xué)是物理學(xué)家的思維工具,只有通過數(shù)學(xué)才能最終精確地表達自然規(guī)律。只有通過數(shù)學(xué)才能抓住錯綜復(fù)雜的變化過程,找到最基本、最普遍的規(guī)律。數(shù)學(xué)方法為物理學(xué)提供了簡明、精確的科學(xué)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(xué)習(xí)物理學(xué)的過程就是不斷深入掌握物理學(xué)中數(shù)學(xué)方法的過程,系統(tǒng)地學(xué)習(xí)經(jīng)典物理,需要幾何學(xué)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(xué)中的數(shù)學(xué)方法是物理思維和數(shù)學(xué)思維高度結(jié)合的產(chǎn)物,與數(shù)學(xué)學(xué)科本身中的方法相比,物理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法顯得模糊、靈活和辯證,且受物理規(guī)律的制約。
總之,物理學(xué)研究問題的方法是多種多樣的,物理學(xué)本身就是一門帶有方法論性質(zhì)的科學(xué),以上討論的僅僅是物理學(xué)研究問題的幾種重要的方法。在物理教學(xué)和物理學(xué)習(xí)的過程中,教師應(yīng)該重視物理方法論的教育,使學(xué)生掌握物理學(xué)的思維和分析方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和探索能力,幫助學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀,提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。