孫文鎮(zhèn)

摘 要：新課程高中物理教學中應(yīng)用“理想實驗”的意義， 是一種應(yīng)用邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。而“理想實驗”里借助客觀現(xiàn)象和過程之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系的分析，對結(jié)論進行證明與反駁，正是培養(yǎng)學生邏輯思維能力的有效途徑。

關(guān)鍵詞：物理教學；理想實驗；應(yīng)用

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）04-192-01

在高中物理教學中有很多實驗，其中“理想實驗”，也叫做“假想實驗”、“抽象的實驗”或“思想上的實驗”，是一種應(yīng)用邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。高中物理學中有不少很多的實驗內(nèi)容不能在實驗室完成，應(yīng)用“理想實驗”的教學方法可以很好地培養(yǎng)學生科學探究和探索精神。

一、新課程高中物理教學中應(yīng)用“理想實驗”的意義

“理想實驗”在理論研究中有著重要的位置，當然“理想實驗”的方法也有其一定的局限性，它只是一種邏輯推理的思維過程，它的作用只限于邏輯上的證明與反駁，而不能用來作為檢驗認識正確與否的標準。相反由它所得出的任何推論，都必須由實際的觀察或?qū)嶒灥慕Y(jié)果來檢驗。當然高中教材中的理想實驗得到的結(jié)論全都已經(jīng)過了實踐的檢驗是正確的。因而在教學中，我們就可以充分利用物理教學內(nèi)容中的“理想實驗”，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，引領(lǐng)學生探求物理世界的真知。

二、新課程高中物理教材中的“理想實驗”

高中物理新教材中有著豐富的“理想實驗”內(nèi)容，以人教版高中必修和選修系列教材的“理想實驗”內(nèi)容進行簡單總結(jié)。

從多種情況分析可知，建立或利用“理想實驗”基本上有兩大類情況：

1、條件技術(shù)不足而理想

由于技術(shù)設(shè)備的制約，有些儀器、設(shè)備在中學實驗室無法配備；或?qū)嶒炦^程復(fù)雜，耗時長，不便在中學物理實驗室里進行實驗。這些內(nèi)容主要由老師講述、影象、動畫模擬、示意圖表等形式來展示，對研究的物理現(xiàn)象和規(guī)律進行聯(lián)想，從而揭示物理現(xiàn)象內(nèi)在的規(guī)律。象原子結(jié)構(gòu)、玻爾原子理論都是通過讓學生根據(jù)已有知識，進行比較與分類，歸納與演繹等“理想實驗”操作形式模擬科學探索的歷程，逐步理解和掌握。

例如，伽利略對自由落體運動的研究過程：首先伽利略通過邏輯推理得出亞里士多德的結(jié)論是錯誤的。然后，伽利略作了大膽的猜想，落體運動應(yīng)該是一種簡單的運動，落體的速度與時間或與位移是成正比。接著，伽利略通過銅球沿阻力很小的斜面滾下這一過程的嚴謹求實的實驗測定，得出只要傾角一定，銅球的加速度不變，他進一步設(shè)想當傾角為90。時，也應(yīng)如此，此時人類終于認識自由落體運動是勻變速直線運動。伽利略的理想實驗是無法實現(xiàn)的，因為永遠也無法將摩擦力完全消除掉。伽利略由此理想實驗得到的結(jié)論，為經(jīng)典力學的建立奠定了基礎(chǔ)。

2、現(xiàn)有的理論不夠而思想；

例如，作為經(jīng)典力學基礎(chǔ)的慣性定律，就是“理想實驗”的一個重要結(jié)論。伽俐略曾注意到，當一個球從一個斜面上滾下而又滾上第二個斜面時，在第二個斜面上所達到的高度同它在第一個斜面上開始滾下時的高度幾乎相等。伽俐略斷定高度上的這一微小差別是由于摩擦而產(chǎn)生的，如能將摩擦完全消除的話，高度將恰好相等。他推想，在完全沒有摩擦的情況下，不管第二個斜面的傾斜度多小，球在第二個斜面上總要達到相同的高度，只是通過的路程更長.最后，如果第二個斜面的傾斜度完全消除了，那么球從第一個斜面上滾下來之后，將以恒定的速度在無限長的平面上永遠不停地運動下去.這個實驗是無法實現(xiàn)的，因為永遠也無法將摩擦完全消除掉。所以這只是一個“理想實驗”，但是，伽俐略由此而得到的結(jié)論，卻打破了自亞里士多德以來一千多年間關(guān)于受力運動的物體，當外力停止作用時便歸于靜止的陳舊觀念，這個結(jié)論被牛頓總結(jié)為運動第一定律，即慣性定律。

三、利用“理想實驗”培養(yǎng)學生的邏輯思維能力

邏輯思想主要包括比較與分類，類比，分析與綜合，歸納于演繹等思維形式，而“理想實驗”里借助客觀現(xiàn)象和過程之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系的分析，對結(jié)論進行證明與反駁，正是培養(yǎng)學生邏輯思維能力的有效途徑。

例如：愛因斯坦在建立狹義相對論時，曾作了關(guān)于同時性的相對性的一個“理想實驗”，即當兩道閃電同時擊一條東西方向的鐵路軌道時，對于站在兩道閃電正中間的鐵道旁邊的一個觀察者來說，這兩道閃電是同時發(fā)生的。但對于乘坐一列由東向西以高速行進的火車正好經(jīng)過第一個觀察者對面的第二個觀察者來說，這兩道閃電并不是同時下?lián)舻?因為，第二個觀察者是在靠近西方的閃電而遠離東方的閃電，西方的閃電到達他的眼里的時間要早.因此，在靜止的觀察者看來是同時發(fā)生的閃電，在運動中的觀察者看來卻是西方先亮，接著東方再亮.同時性的相對性這一概念的提出，是狹義相對論建立過程中的一個關(guān)鍵。

由此， “理想實驗”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，但理想實驗并不是脫離實際而主觀臆想出來的，它要以實踐為基礎(chǔ)，在科學實驗的基礎(chǔ)上，抓住主要因素，忽略次要因素，對實際過程做出深入的抽象分析得出正確結(jié)論，是人們按照真實實驗或?qū)嵨锬M實驗，在已有科學知識基礎(chǔ)上，把研究對象置于理想條件或假想的實驗儀器設(shè)備下加以操作，考察其運動變化特點，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律的研究方法，是借助豐富的想象力，應(yīng)用嚴密的邏輯推理，在一定的實驗基礎(chǔ)上做出抽象的假說、分析、判斷與推理。教學中應(yīng)用這一方法的關(guān)鍵在于理解“理想實驗”，重點在于探究精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。