运用物理思想实验培养学生科学素养

1、运用物理思想实验培养学生科学素养所谓思想实验是一种按照实验程序设计的并在思维屮进行的特殊论 证方法。它既不同于真实实验，也有别于形式逻辑的推理。是按照假想的 实验手段和步骤，进行思维推理，得出合乎逻辑的结果。在物理学发展的 历史过程中伽利略、爱因斯坦等许多科学大师都曾经借助思想实验延伸其 理论的触角。科学素养概念的形成与发展经历了长期的演进过程，并且随着科学技 术的发展和变革，概念的含义也将不断变化。本文采用以下观点。科学素 养的基本要素包括：一是科学知识与技能。二是科学方法与能力。三是科 学行为与习惯。四是科学精神、态度与价值观。一、利用思想实验培养学生的科学素养的途径思想实验可以对所研究的

2、过程设想出真实实验暂时不可能或原则上 不可能达到的实验条件，进行逻辑论证。在这个过程中，不仅包含有丰富 的科学知识与技能，休现了物理学研究事物的方式与方法，而一且也蕴含着 人类认识爭物,研究事物时所伴随的丰富的科学精神和人文精神。这些对 于提高学生的科学素养都是具冇重要意义的，都是值得挖掘与充分利用 的。1、挖掘科学史中思想实验提高学生科学素养伽利略是第一位思想实验大师，他重视实验对理论的检验作用，但由于外部环境的恶劣、实验条件的简陋以及哲学思想的影响，因此思想实验 是一个常用的方法，并依此获得许多重要的发现与结论。2、利用物理学方法中的思想实验提高学生科学素养如果所设想的条件是完全理想化的，

3、如绝对真空、绝对光滑等，在这 种条件下所进行的论证称为理想实验法，它是思想实验的一种重要形式。 这一部分在中学的物理教7中涉及的知识很多。如牛顿运动定律等。真正 代表近代科学方法论精神的伽利略与牛顿。伽利略最先倡导并实践了实验 加数学的方法，但是他所谓的实验并不是培根意义上的观察实验，而是理 想化实验。地球上的任何力学实验都不能避免摩擦力的影响，但是认识基 本的力学规律，乂耍从观念上排除这种摩擦力，这就需要全新的概念体系 来支撑将做得实验，包括设计、实施和解释实验结果，只有这种理想化的 实验才可能与数学处理相配套。伽利略的研究程序可以分为三个阶段：直 观分解、数学演绎、实验证明。牛顿在吸收前人

4、经验的基础上做了进一步 完善，牛顿的方法可以称之为“归纳一演绎”法，并且认为演绎的结果必 须重新诉诸实验确证。牛顿运动定律就是这些过程的直接结果。牛顿运动定律不仅内容上说明了自然界的重要定律，他的研究方法、 研究思想同样也具有重要的价值。它是以观察和实验中了解到的资料作为 出发点，把自然现象合理简化并建立起恰当的物理模型；运用思想实验， 即在绝对简化理想条件下，运用思维屮的逻辑演绎推理导出某种科学结 论，再去接受科学实践的检验的过程。从这个研究的过程本身我们可以发现其中不仅包括科学知识，而且还 涉及一种比较完善的物理学的研究方法，这对后人进行进一步的研究具有 重耍的借鉴意义。发现过程木身也暗含

5、了牛顿对于科学的浓厚兴趣和科学探究的整个过程。这些都是培养科学索养的重要索材，应该给予充分利用。3、利用现代物理学研究中的思想实验部分提高学生科学素养新课程强调科学与社会，技术的联系，必须看到，现代科技已经逐渐 渗透到了我们生活的方方面面，因此需要学生对于现代物理学有些初步的 认识。如中学物理课本加入了关于爱因斯坦的相对论和一些量子力学的简 单介绍。但是现代物理学的研究，无论在微观还是宏观上越來越多地进入 了不能完全直接靠实验证实或证伪的领域。相对论和量子力学是现代物理 学的两大支柱，其中都包含冇丰富思想实验的部分。使学生能了解科学与技术的区别与联系，初步认识科学推动技术进 步、技术又促进科学

6、发展的相互关系，初步认识社会需求是科学技术发展 的强大动力等科学、技术与社会的关系。同时能使学生增长见识，激起学 生的好奇心，培养科学精神。这也是培养学生科学素养的一个重要方面。二、进行思想实验教学时的注意事项1、处理好思想实验与真实实验的关系思想实验是一种理性的思维活动。但不是脱离实际的主观臆想，而是 以实践为基础，按照实验的格式操作展开，对实际过程做出更深入一层的 抽象分析，英推理过程是以一定的逻辑法则为根据的。而这些逻辑法则， 都是从长期的社会实践屮总结出来且为实践所证实了的。思想实验和真实实验乂是紧密联系和互补的。科学中的理论、规律是 从大量实验事实中总结概括出来的，科学中的假设、争论

7、也有赖于真实实 验的验证。有时两者往往密不可分地穿插在一起，真实实验为思想实验提供经验 材料，思想实验对经验材料进行理性加工,并为真实实验提供理论指导。 从伽利略发现落体定律和惯性定律的活动中，可以明显地看到这一点。2、不能忽略物理学史屮被证实为错误的思想实验在科学研究中，通过再多的科学实验都不能完全证实一个理论，这是 归纳法的本质所决定的，但是一个否定例证就足以证伪一个理论。在物理 学的思想实验中，有的已被否定，但不能因此就贬低它的作用，那些被证 伪的思想实验往往是一个新理论产生的重要基石，如伽利略在给出著名的 “落体佯谬”的最初说法时，他所说的是同样材料而不同大小的物体，并 非指所有的物体

8、，其前提是错误的，结论也是有局限性的，但是他的过程 本身是非常有意义的，为他后来得出普遍的结论提供了重要的基础。这些 过程都是需要进一步挖掘的，这样才能让学生明白科学研究的真实过程, 对于培养学生的科学素养是具有丰富的教育意义的。3、思想实验是一种相对独立的科学方法在科学研究中，思想实验能够成为一种不替代的科学方法，是由于思 想实验以其科学思维的严密性、精确性补充了真实实验的不足。比如，验 证广义相对论的某些实验条件，或者某些条件在任何时代都不能被满足， 比如，验证牛顿第一定律所需要的无摩擦力的平面。但是，这些条件在逻 辑上是可以实现的，这样，人们可以避开实际的技术怵i难。在思维屮把这 些条件制作出来，或