理想实验在物理教学中的作用

高志杰

一、理想实验的特点

（一）理想实验的定义

理想实验即思维实验，就是并不进行实际的实验操作，只是设想一套试验装置，并辅以一定的假设作为前提和出发点，以真实的科学实验要点为基础，突出主要因素，排出次要因素，并运用逻辑推理的思维过程和理论分析，以揭示物理规律内在联系的方法。它是研究者源于自身经验而又超出具体实验的一种高级思维活动，既不同于真实的科学实验，又有别于纯粹的理论假说或纯粹的理论推演。

（二）理想实验与真实的实验存在着原则的区别

理想实验是一种理性的思维活动。但不是脱离实际的主观的臆想，而是与实验为基础按照实验的格式操作展开，对实际过程作出更深一层的抽象分析，其推理过程是与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中总结出来且为实践所证实了的。理想实验借助客观现象和过程之间的内在的逻辑思维关系的分析，对科学理论进行证明与反驳。他是一种相对独立的科学方法。然而理想实验也有其它的局限性，他不是具体的物理实验，不能成为检验真理的标准，随着科学技术的发展，物理实验仪器、设备的不断改进和更新，理想实验可以转化为可操作的实验，成为物理实验的先导。

（三）理想实验具有实验的特征

一是理想实验要给出思维构想中的具体试验装置和状态，而这中装置一般是模型化的；二是理想实验本身包含着一个比较难判别的特征环节。因为理论假说和理论推演不一定需要给出具体的参考试验状态，重点在于数学推导和逻辑分析，把所得的结论和已知的试验结果或未来的实验验证去比较判别。它之所以叫实验是因为这种思维活动是按实验的基本步骤逐一展开，是可操作的，只是受当时实验条件的限制，实验者要根据自己的认识和思考，通过分析、想象、类比和逻辑推理进行的操作。

二、理想实验为课堂增添活力

物理是一门与实验为基础的学科，通过课堂演示实验或学生实验，可以使学生更好的理解、巩固所学物理知识，形成物理概念，促进观察分析和解决问题的能力，由于现实教学中学生人数多，实验器材缺乏的条件下具体的实验难以做到，教师普遍以灌输式的教学法教学，很少做实验，这不仅导致了学生动手能力差，教学死板，而且也违背了物理学科的精神。理想实验的引入可以为学生创造一个动手参与，动脑思考的课堂气氛，尽可能地将演示实验变为学生的小组实验，教师依据学生的实际情况按照理想实验的设计要求更进一步提出改进实验的思路和方法。让学生自己设计，实验变被动为主动，充分调整、调动学生学习的积极性和对物理课的兴趣。所以灵活多变的理想实验不仅完成了教学目标，而且可深入浅出的为课堂添砖加瓦，活力四射。

三、理想试验是解释物理概念和呈现物理规律的好方法

物理学中的基本概念、定义、定理是科学家长期实验所论证和总结出的最基本的规律，也是学生解答物理题目必须具备的知识，中学物理课本中所得到的定义和运动规律，都是在理想的条件下推出，是透过事物的表面现象揭示其本质的过程，具有其深刻的思想性，蕴涵着纷繁复杂的物理规律，理想试验可以做到出于简单而归于深奥，往往可以使某些难以理解的概念、规律变的易于理解，他不仅可以帮助我们澄清物理學中的错误观念，还可以帮助我们加深对新概念的理解和更进一步的深化。

四、理想实验可以培养中学生解决实际问题的能力

理想实验的设计与完成是人类思维的杰作，是科学家在科学实践的基础上对真实实验理性分析所做出的符合科学逻辑的进一步推理，是科学家科学智慧的结晶，其方法使人们超越现实的束缚，思维产生质的飞跃。教学中，通过理想实验，阐述构思理想实验的思维特点，介绍科学抽象的方法使学生学会如何去“抓住”与“舍去”以及怎样进行教学描述通过学习和研究科学家设计理想实验的构思与思维过程，在大脑中形成求异的新思路促使学生不断学习、思考。从而学会建立物理模型，提高学生解决实际问题的能力。

理想实验要求将实验条件、实验对象理想化并将实验所需事物在头脑中 物化和动化这就要求实验者具备丰富的想象能力和联想能力，实验时要抓住最能代表事物本质特征的主要矛盾并在实验时进行分析、推理、判断、概括等高度抽象的理性思维，这又要求实验者具有相当强的逻辑思维能力，因此，教师在物理课堂中适时引入理想试验并且透彻分析理想实验案例，研究物理大师们设计理想实验的逻辑思维方法。在头脑中“想象”理想实验的进行过程，则可以冲破已有的理论对学生思维的影响，保持思维的深刻性、灵活性、敏捷性，使学生对物理理论和实际事实有深刻的理解，从而开拓思路，启迪智慧，把实际问题抽象成物理模型从而提高解决实际问题的能力。

五、理想试验能培养学生具备怀疑和批判精神

物理学中的理想试验的设计往往是基于对就旧理论的怀疑、批判和标新立异，从而批判性的继承旧有理论或创新理论，这就要求科学工作者必须具备怀疑、批判的头脑，不迷信大家，不迷信权威，勇于冲破条条框框的束缚，善于进行求异思维，在物理教学中恰当的引入理想实验能培养学生敢于怀疑和批判精神。正如英国科学家毕尔生所说：“在我们这个本质上是科学时代怀疑和批判的优势不应被视为绝望与没落的征兆。”

怀疑和批判精神是从事科学研究必备的科学素质之一，培养怀疑和批判精神是创造性人才的关键，在教学中引入典型的理想试验来培养学生怀疑和批判精神能使教学内容更加形象、具体、生动，教学效果更加显著。

六、结束语

总之，理想实验是一种源于现实而又高于或超越现实的创造性思维过程。是科学工作者在科学研究过程中为克服科学技术条件、客观事物本身复杂性的限制运用创造性思维通过设想、推导、类比、论证等辩证逻辑分析而采取的科学研究方法、分析方法，在物理教学过程中适时的引入和分析“理想试验”不仅为教师解释物理概念。呈现物理规律提供较好的方法，而且是培养学生怀疑和批判精神的具体体现，进而为培养学生解决实际问题的能力提供形象生动的事例，从而为新课程的教学注入新的活力。