文档介绍：物理学方法论的发展对物理教学的启示
陈勇
物理学是包含物理学方法论的科学体系。从物理学发展的历史来看,物理学知识和物理学史以及物理学方法论是不可分割地紧密联系在一起的。物理学方法论的多元化发展,特别是近现代物理研究方法的逐步成熟极大地推动了人类探索物质世界的研究。可以看出物理学方法论的发展一方面成为促进物理学进步的有利手段,另一方面也反映了人类认识世界的过程中思维活动能力的不断超越。作为物理教师,如何站在物理学发展的角度审视物理教学,能否从物理学方法论的发展中抽取和挖掘出重要的教育要素以培养学生的物理兴趣、启发物理思维、领悟科学方法、提高科学素养都是值得去思考的。
1 物理学方法论的发展的基本主线
物理学是自然科学的基础学科,物理学方法论是物理学重要的组成部分。古代物理学方法论主要表现为思辨和经验的方法,缺乏科学性和可靠性。真正的物理学方法论的形成与发展出现在近现代。
伽利略的实验方法论
伽利略在近代动力学理论上的突出贡献,使他成为了近代物理学的主要代表人物。在伽利略对运动的研究中,他创造了近代科学发展方法的基本范式,即:对现象的观察一提出假设一运用数学和逻辑手段得出结论一通过物理的或思想的实验对推论进行检验一对假设进行修正和推广。
在物理学方法论上,伽利略实质上使用了将实验与理论假设结合起来的方法,从而为近代物理学的发展指明了方向,有力地促进了人类认识活动的发展。
牛顿和他的科学发现方法论
牛顿作为伟大的科学家和哲学家,在伽利略、笛卡儿等前人工作的基础上,结合自己的科学研究,创立了经典物理学,实现了物理学发展中的一次飞跃。他的科学方法论对以后自然科学的发展产生了极其深远的影响。
牛顿重视实验在科学研究中的作用,他把通过对自然进行实验得出的认识称为“实验哲学”。牛顿把他的实验哲学在发现问题的认识过程中划分为分析和综合两个方面:(1)分析的方法就是从观察和实验出发,用归纳法找出普遍结论和一般规律。(2)综合的方法就是根据已发现的一般规律,对特殊事件做出解释和预测,由此证实一般定律的真实性和可靠性。它表现为运用归纳出来的一般原理和定律去解释物体的运动,对物体的状态进行预见。
牛顿分析和综合的方法遵循了从特殊到一般,再从一般到特殊的人类认识世界的基本过程。他的研究方法的一大特点是敢于并且善于将错综复杂的自然现象简化,建立物理模型;另一特点是运用形象思维,构思一些神奇的理想实验,创造出新的物理图景来揭示天地物体运动的统一性。
爱因斯坦和他的概念方法论
爱因斯坦是现代物理学的主要创始人和奠基人。他一生在三个不同领域作出了开拓性的贡献,展示了巨大的创造才能。除建立相对论外,他还提出了光量子假说、开创了现代宇宙学的研究,并且致力于统一场论的研究。
杨振宁先生在总结爱因斯坦物理学方法论时,曾指出了爱因斯坦方法论的两个重要特点:一是关于物理概念的形成。近代物理学的公理不是从经验中概括出来的,必须通过自由想象创造出来。很显然在近代被物理学研究所排斥的非逻辑的方法正在融人现代物理学的研究;二是数学的作用。20世纪以来,物理学的发展越来越离不开数学,尤其是一些深奥抽象的数学在物理学的发展中起到了重要的作用。正是由于数学与物理学如此紧密的交织在一起,使得爱因斯坦发展了他的数学方法论,使数学成为他在研究物理学