浅谈物理学思想和方法

浅谈物理学思想和方法
物理学是对物质结构、物质相互作用和运动规律知识所作的规律性总结,是被人们公认的一门重要的科学,这不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示,还因为它在发展、成长的过程中,形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。

这种思想和方法代表着一套获取知识、组织和应用知识的有效步骤和方法,只有掌握了这套思想方法体系,才能学好物理学,才能利用最基本的科学研究手段去分析和解决实际问题。

大量事实表明,物理思想与方法不仅对物理学本身有价值,而且对整个自然科学,乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。

正因为如此,使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶,文明的瑰宝。

1 物理学思想
物理学思想就是在研究物质的结构、物质间相互作用和运动规律时研究者的思维活动。

物理学蕴含着极其丰富的科学思想,例如:对称思想、类比思想、守恒思想、量子思想、相对思想、系统思想、统计涨落思想、互动转变思想等等。

这些思想是伴随着物理学的建立和发展、物理学家的不断探索逐步形成和完善的。

并且随着科学研究的不断深入,新的思想和新的方法也还在不断的涌现出来。

这种思维活动是人的一种精神活动,来源于自然,来源于实践。

其内涵包括了物理科学本身的发展建立、物理学家的探索精神和研究方法以及我们学习物理的思想过程。

狭义地说,就是学习物理过程而形成的符合物理体系、物理规律和物理逻辑、物理方法的结果。

2 物理学方法
物理方法有:模型法、整体与隔离法、等效法、临界法、分解与合成法、假设法、图像法、极限法等等。

模型法:它是根据所研究的物理问题的需要,从客观存在的事物中抽象出来的一种简单、近似、直观的模型,建立物理模型就是要突出问题的主要因素,忽略次要因素,并将其作为研究对象,是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的一种近似反映,从而使研究的问题得以简化。

例如质点、点电荷、理想变压器等。

图像法:在物理学中,两个物理量之间的关系,不仅可以用公式表示,还可以用图像表示。

物理图像是数与形相结合的产物,是具体与抽象相结合的体现,它能够
直观、形象、简洁的展现两个物理量之间的关系,清晰的表达物理过程,正确的反映物理规律。

物理实验法:它是人们在思想中塑造的理想过程,是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法。

“理想实验”不同于科学实验,它是在真实的科学实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,对实际物理过程做出更深层次的抽象思维过程。

例如惯性定律的得出,就是理想实验的一个重要结论。

控制变量法:在研究三个物理量之间的关系时,先让其中一个量不变,研究另外两个量之间的关系,最后总结三个量之间的关系。

例如在研究牛顿第二定律时采用的就是此方法。

整体法与隔离法:整体法是把几个物体组成的系统作为一个整体来研究,不去考虑系统内部各个物体之间的相互作用关系,从而避开了繁琐的中间环节,从整体上揭示事物的本质和变化规律,可以使所研究的问题得以简化的方法。

而隔离法是从系统中将某个物体拿出来单独研究,是一种从全局到局部的思维方法。

这两种方法经常结合使用,灵活的处理问题。

临界法:在处理物体运动过程中,常会遇到物体运动的多个阶段,在从一个运动阶段进入下一个运动阶段时,伴随着运动状态的改变,而临界状态就是区分两个运动阶段的分界线,临界状态往往表现为某些物理量的特定取值,这些特定的取值关系,恰是解决这类问题的关键所在。

极限法:对于某些在物理学中要做出定性判断的问题,可以在不影响问题本质的前提下,对某些物理量采取无限加大或减小的处理方式,同时观察由此带来的对其它物理量的影响,从而做出对物体运动状态的定性判断。

3 对物理学思想和方法的学习
学习物理学的过程主要是对物理学思想和方法的学习,我们必须遵从物理现象、知识、规律的发现、研究的方法,采取相应的方法去学习物理。

(1)要乐于观察,善于观察,记录观察、分析观察、追求解决观察中发现的问题;积极培养自己的观察能力,还要抓住与目的相关的主要现象进行观察,实事求是地记录观察结果。

在分析过程中要抓住主要因素,忽略次要因素,以已有的知识和规律对现象进行分析,找出所观察现象的原因或规律。

若用已有的知识不能解决所观察的现象,则必须通过重复实验,观察总结出新的规律性结论和原因。

(2)要重视实验、积极实验、认真实验、尊重实验事实、科学处理实验数据,积极培养自己的实验能力、科学的思想方法和科学精神。

做实验不仅要动手,而且要动脑去设计、去理解、去科学记录数据和处理数据、还要学会分析概括出实验结论。

只有积极动手做好实验才能加深对物理规律的理解,只有真正尊重实验事实数据才能发现实验中存在的误差、才能理解和找到产生误差的原因、或者发现实验过程中出现的操作失误,只有学会科学的思想方法才能设计实验并通过科学处理数据直观地得出实验结论,体验科学家进行科研实验的科学思想和精神。

(3)要重视理解。

所谓理解就是要弄懂物理概念和规律的确切含义,以及物理规律的适用条件,能用适当的形式(如文字、公式、图像或数表)进行表达,并能解释和说明有关自然科学现象和问题。

失去了理解能力就失去了其它能力的基础。

理解物理概念和规律,应抓住能反映物理现象的性质、特征、条件、关系的关键字词,区分容易混的概念或错误的经验印象,把它与物理事实对应起来,形成一定的物理模型。

这样,我们就可以熟练地从相近的物理表述中辨析出正确的说法。

(4)要学会自学。

不学会自学就不能培养思维能力,不通过自学很难形成对物理概念规律的深刻理解和实现对知识的正确运用。

自学的过程要做到:按上述理解的要求理清概念,罗列出概念的内涵和外延、与已有的相似概念进行比较区分;列出所学物理规律的内容描述和适用条件;通过试应用規律解题,体会运用规律时应注意的问题。

要追求解题过程严密的想象、推理和熟练的逻辑思维,力争对推理得出的结论进行正确的判定和尽可能准确简练的表述。

一切无法表述的现象都是不会达到推理最高层次的表现。

(5)学会分析综合与评价。

所谓分析综合,就是力求能独立地对所遇到的物理问题进行具体分析;弄情所给物理问题中的物理状态、物理过程、物理情境,找出其主要作用的因素及有关条件;能够把一个复杂的问题分解成若干个简单的问题找出它们之间的联系;能够灵活的运用多方面的物理知识综合解决所给的问题。

所谓评价,就是通过物理学习产生对物理知识的理解、内化,并纳入已有的知识范畴,转化为自己对事物判别的价值观;同时能对自己的学习成果作出价值判断,通过类比区分相近知识,学会对别人或自己的解题过程的做出正误评判,并对复杂物理问题的不同解法的依据、思路、方法技巧作出优劣评定。

通过以上的方法学习物理,则我们所学到的物理知识将是完整的、严密的、灵活的、实用的。

并将逐步培养起自己物理学思想和方法。

当然,我们学习物理的能力也会大大提高,再也不会有物理难学的感觉了。

4 结语
在物理的学习过程中,除了学习事实、定律、方程和解题技巧外,还必须努力从思想上和方法上学习物理学,学会区别理论和应用,掌握物理思想和数学工具,分清一般规律和特殊事实,区分主要和次要因素,了解传统的和现代的推理方式等等。

我们只有认识和掌握了物理规律,才能更好地认识自然,改造自然,创造美好社会为人类服务。

参考文献
[1] 何维杰,欧阳玉.物理思想史与方法论[M].湖南:湖南大学出版社,2001.
[2] 吴宗汉,周雨青.物理学史与物理学思想方法论[M].北京:清华大学出版社,2007.。