論物理實驗在物理學發展中的重要作用

摘 要：本課題以系統論、信息論、控制論為指導，以物理教學論、教育技術學、教育心理學以及物理學史的研究成果為基礎，通過列舉物理實驗與古代物理學、經典物理學和近代物理學三個不同時期的淵源，顯示物理實驗在物理學發展的不同階段都起的重大意義，深入地探究和論證物理實驗在整個物理學發展過程中，對理論驗證、發現物理事實和規律等方面的作用。

關鍵詞：物理學；物理；教學

物理學發展的歷史表明，實驗是物理學得以建立發展的基礎。物理實驗既是人們探索物理規律、認識物理世界最基本的手段，又是檢驗物理理論的唯一標準。所以，物理學是一門實驗科學。在物理學中，每個概念的建立、每個定律的發現，都有其堅實的實驗基礎。實驗在物理學發展的不同階段都起著重要的作用。

一、 從物理學發展的不同階段看物理實驗

（一） 物理實驗與古代物理學的發展

在我國，從古文獻、古器物中可以看到我們古代祖先的許多關于物理實驗和應用的記載。

北宋科學家沈括（1031—1095）在《夢溪筆談》中指出：“欲知其應者，先調諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應弦，則紙人躍，他弦即不動。”

沈括的意思是：要想知道某一根弦的應弦，可以先把各條弦的音（依五音聲階）調準，然后剪紙人放在這根弦上。這樣一彈它的應弦，紙人就會跳動，彈其他弦，紙人則不動。這就是著名的“紙人共振”實驗。

在西方，特別要提出的是古希臘阿基米德的實驗。阿基米德對杠桿進行了實驗和研究，總結出杠桿定律。杠桿定律的發現和應用在當時引起了轟動，利用這一原理設計制造了許多機械。

應該指出的是，上面只是羅列了中外古代實驗的小小部分，但從這兩個簡單卻又具代表性的實驗可以看出，即使在古代，物理實驗已經扮演著極其重要的角色。

（二） 物理實驗在文藝復興時期及科學革命中的發展

在16、17世紀的文藝復興時期和科學革命中，以伽利略為代表的一大批杰出科學家，把實驗方法與物理規律的研究結合起來，對物理學的發展做出了劃時代的貢獻。

在力學方面，伽利略的斜面實驗和落體實驗，從根本上推翻了亞里士多德對直觀現象的表面認識：力是維持物體運動的原因，發現了運動定律和自由落體定律，為牛頓力學的建立奠定了基礎。

二、 物理實驗在物理學發展中的重要作用

從物理學的發展史，尤其是近代物理學的發展史中，我們不難看出，物理實驗都在其間發揮著功不可沒的作用。

（一） 探索新規律，發現新事實

伽利略的單擺實驗和斜面實驗是力學研究的重要依據；胡克的彈性實驗為物性學（研究物質狀態的一門學科）的研究提供了新的事實及規律。

而在電學方面也不例外，包括庫侖定律、歐姆定律、奧斯特的電流的磁效應、法拉第的電磁感應現象，無一不是通過大量實驗才得以驗證、發現和建立起來的。這一切都說明了實驗是物理學的基礎。

（二） 驗證理論的正確與否

理論是物理學的主體這是毋庸置疑的，但是，理論正確與否，是必須要經受得住實踐的檢驗的。而實驗就是檢驗理論是否正確的極其重要的手段。一個單獨的實驗是既可以推翻也可以佐證一切可能的論據的。語文課本中《兩個鐵球同時著地》里，描述了伽利略對亞里斯多德所說的“鐵球的輕重不同，落下的速度也不同”這句話產生了懷疑，于是通過一系列的分析和試驗，并在比薩斜塔上進行了公開的實驗，驗證得出了兩個鐵球同時著地這一偉大結論，從而取得了科學研究新成就的故事。從這個廣為流傳的故事中，我們不難看出，物理實驗在發現事實和理論驗證方面的定音作用。

（三） 測定常數的大小

大家都知道，在物理學中，很多的實驗是圍繞著常數而進行的。常數之間的協調是檢驗物理理論的重要途徑。基本物理常數的協調不僅是物理學也是科學技術的重大問題。

（四） 推廣和應用，并開拓新的領域

社會上很多的技術，如汽車技術、電工技術都離不開物理實驗。各種各樣的發明創造，也都是經過了大量的實驗研究、驗證才得以日臻完善的。

進入20世紀，無線電電子學異軍突起。從電子管到晶體管，從無線電報到雷達，每一項發明創造都可以說是實驗的產物。科學理論通過實驗這一中間環節，不斷起著改造世界的作用，包括補充和改造科學理論自身。

可見，實驗在物理學的發展中發揮了巨大的作用。

三、 物理實驗與物理教學

物理實驗在物理教學中的重要作用主要表現在以下幾方面。

（一） 物理實驗可以激發學生的學習興趣，讓學生在快樂中學習

在物理課堂上，首先引起學生興趣的很多時候都并不是老師的長篇大論或精辟講解，而是一個簡單而具體的實驗。很多時候，物理課堂上的沉悶氣氛會被一個物理實驗而清掃一空，取而代之的是學生們濃厚的興趣。因為一個實驗，學生由原來的散漫變為聚精會神地聆聽，甚至是認真深刻地思考。不難發現，有物理實驗的課堂，老師的教學任務完成得特別輕松高效，而且使得學生的學習特別投入而快樂。如果物理教學中離開了實驗，那么只能是“空中樓閣”和“紙上談兵”，結果只會把本來生動的、豐富的物理知識變成一堆枯燥難懂的材料，不利于學生理解，而且很難激發學生學習興趣和積極性。

（二） 物理實驗可以培養學生團結協作的能力，養成互幫互助的好習慣

物理實驗前，學生要經過發現問題、提出問題、作出假設、設計實驗進行驗證等過程。實驗時還要經過觀察、記錄、分析、論證等步驟。而這些過程的推進及步驟的完成，很多時候并不是靠一己之力就可以順利完成的，還得依靠群體的力量。所以，實驗課上你會看到學生們的小組合作更無間融合了。因為物理實驗，學生團結協作的能力得到了很好的提高，互幫互助的好習慣得到更好的延續。

綜上所述，物理實驗不僅給學生呈現生動有趣的物理課堂，而且還激發了學生的學習興趣，使得學生在快樂中學習物理。物理實驗的實施過程通常是學生的通力合作完成的，它可以培養學生團結協作的能力，讓學生養成互幫互助的好習慣。由此可見，物理實驗是物理教學的重要組成部分，作為一名中學的物理教師，應該真正理解物理實驗的重要意義，并培養起對物理實驗的感情。

參考文獻：

[1][宋]沈括.夢溪筆談·補筆談卷一·樂律[M].北京：團結出版社，1996.

[2] 北京市海淀區教師進修學校.中學教學實用全書物理卷[M].重慶：重慶出版社，1994.

作者簡介：黃結珍，廣東省廣州市，廣東省廣州市增城區朱村街朱村中學。endprint