科学实验方法及实验设计

伽利略给我们的启示

摘要

第三学期由刘小兵老师和韩长明老师给我们上的《科学实验方法和实验设计》课涉及到在教学中的真正应用、动手、工艺以及思想方等各个方面，作为跨专业的我眼界大开，收获很大。本文拟从实验方法背后的思所体现的思想之角度谈谈我的认识。

正文

所谓实验，就是重现生活中发生的、需要用已有的或者发展后的科学知识加以解释的现象，由于任何自然界的现象都是错综复杂的，不可避免地会有干扰因素，不可能以纯粹的形态自然地展现在人们面前，力学现象也不例外。因此，人们要从生产和生活中遇到的各种力学现象抽象出客观规律，必定要有相当复杂的提炼、简化、复现、抽象等实验和理论研究的过程[1]。并通过人为控制变量的办法忽略其次要因素，将现象加以放大。而这又是一种理解抽象科学原理，发展科学原理的再好不过的方式。然而我觉得不管实验得如何成功，如何精彩，都离不开思想的指导，那些思想则通过合理巧妙，严谨而又科学的设计体现出来。作为科学实验之始祖的伽利略先生给我们很大的启发。

上课时，刘老师曾不止一次提到伽利略和他对落体运动及斜面问题的研究，而对我影响最大的是他的思想实验。

伽利略（1564——1642），意大利人，是一位伟大的物理学家。为了弄清楚运动的本质，他设计了如下的实验：让一个球沿斜面滚下。这样：球的速度将增大。若是给一个球一个起始的推动力让他沿斜面向上滚，他会慢下来（然后停下来并回头往下滚）。假设斜面近于水平，如果你曾让一个球沿一个小坡度的斜面滚下来过，你就会知道，

它很容易慢下来并停止，即使他是向下滚得。伽利略认识到这种减速是由于斜面和球的表面不光滑造成的，今天我们称其为摩擦。而伽利略关键的一步是通过略去（至少是在他头脑中略去）摩擦的效应而使实验理想化[1],这种事伽利略的伟大之处。更为精彩的是他采取了有特色的令人赞赏的一步：他考虑小坡度平面的极限情形，即理想的水平面，此时小球不会加速也不会减速，这种合理外推的思想是很值得我们借鉴的[2]。伽利略留给我们很多东西，最主要的是科学研究的方法，归纳起来，这些方法包括：

设计实验，以检验特定的假设。虽然细心观察的做法可以追溯到亚里士多德，伽利略最先通过用受控实验来检验特定的假设，从而改变了这一做法。

对现实世界进行理想化，以消除（至少在人的头脑中）任何可能掩盖主要效应的次要效应。

限制探究

范围每次只考察一个问题。伽利略和亚里士多德不同，他更细致的观察水平运动是怎样进行的，她发现没有摩擦力的条件下，物体不会慢下来。

一个好的实验固然精彩，而更可贵的是如何想出来的，能够结合知识进行创作，而这正是韩长明教授的长处，当然有了想法，在付诸行动的过程中需要过硬的基本功，这门课的最后几节是韩老师给我们上的，他从科学实验的创作及其所需的基本功等角度做了讲解并指导学生进行实践，很大程度上给同学们补了一下基本功，这样就可以确保同学们有想法便可以去实施，为接下来的实验设计做了很好的铺垫。

定量方法

伽利略尽最大努力进行测量。他懂得，能做出定量预测的理论更

加有力，更具体，更能够在更详尽的细节上有实验加以检验。

通过上课和对科学家研究的学习，我对实验有了新的认识，对任何人而言，一个精彩的实验不只是为了验证某一具体知识而设计，而是在验证和探索中不断的学习。不为做实验而做实验，而是在思想的指导下，目标明确而清楚的去做实验，我们才会有收获。同时从教育者的角度来说，通过一些富有智慧的设计严密而又能自然有序地实施的实验将使一些枯燥无味的课变得生动起来，这样就会使得学生更加爱学习，而且使得他们在生活，在将来都能积极主动的探索创造，利用自己已有的智慧解决新问题新矛盾[3]。通过这门课的学习，我们在认识上和能力上都有很大的提升。

参考文献：

[1] 郭奕玲、沈慧君.物理学史[M](第二版).2005

[2]阿特霍布森.物理学：基本概念及其渔方方面面的联系[M].上海科学技术出版社.2003

[3]高芹.兰本达的“探究—研讨”教学法对科学教育的启示.教学探索.2009