科學方法在物理研究與發展中的作用

張玲娟

摘要：眾所周知，做任何事情都應該講究方法，方法對頭才能事半功倍。科學研究更是如此。科學在其長期的發展過程中，逐漸形成了一套基本的科學研究方法。本文將以科學研究方法中具體的科學方法為例，論述其在物理研究與發展中作用，并對其應用加以簡單論述。文章中主要以科學發展中的具體科學研究事例有效的論述各種方法的含義及其作用。

關鍵詞：科學方法;物理研究;作用

法國生理學家貝爾納強調說：“良好的方法能使我們更好地發揮運用天賦的才能，而拙劣的方法則可能阻難才能的發揮，因此，科學中難能可貴的創造必才華，由于方法拙劣可能被削弱，甚至被扼殺，而良好的方法則會增長，促進這種才華?！?/p>

所謂科學研究方法是人們發現新現象，提出新理論的手段。就是人們如何運用自己的智慧，去尋找觀念世界與現象世界之間的聯系，就是在科學研究活動中，運用科學的實踐與理論思維技巧。它是研究人的認識過程和規律的科學。

科學研究法中，最常用的方法一般有：歸納與演繹法科學抽象，類比法，分析與綜合法，實驗法等，本文將從這些具體的科學方法在物理學史上應用的事例為準，證明科學方法在物理研究與發展中的作用。

一、歸納與演繹法在物理研究與發展中的作用

所謂歸納法，就是從個別事實中概括出一般原理的思維方法，也就是從特殊性知識推出一般認識的推理方法。歸納法的應用，使人的認識超出個別性而進入到一般性的認識。歸納法即重視資料而收集，也很重視資料的整理。

例如，數學家高斯少年時代述算就是運用歸納法進行推理。老師出了道題1+2+3+……+99+100=？高斯觀察到，第一項和倒數第一項，第二項和到數學第二項……每兩項相加都是101，也就是1+100=101;2+99=101;……50+51=101，而這些數字是50對。他運用歸納推理得出結論。

所謂演繹就是從一般性的原則公理出發推出關于特殊或個別事物的思維方法，是一種必然性推理。演繹是從個別的經驗事實總結出一般原理。導致科學發明發現，或受到啟發提出科學假說。演繹推理是邏輯證明的有效工具，也是發展假說理論的中心環節。

例如，物體從高空下落運動，亞里士多德斷言：“快慢與其重量成正比”。伽俐備認為在真空中，輕重物體應同時落地，他除了用實驗證明之外，還指出簡單的推理。設物體A比B重，按照亞里士多德的說法，A應比B先落地，把A和B捆在一起，顯然A+B>A>B，它應比A先落地，另由于A比B落得快，B應減慢A的下落速度，所以A+B應比A后落地。這樣得到相互矛盾的結論，A+B應比A先落地，又應該比A后落地。這個矛盾源于亞里士多德的判斷，因此這個結論是錯誤的。

大量科學研究證明，歸納與演繹法可以有效的提取科學資料。提出科學的設想與實驗，在科學研究中發揮著重要的作用。我們應把歸納法與演繹法辯證的統一起來應用。歸納為演繹提供正確的前提，演繹為歸納提供正確的指導。

二、抽象在物理研究與發展中的作用

抽象就是透過現象抽取本質的思維過程和思維方法，是科學認識由感性階段向理性階段飛躍的決定性環節。作為具體的對立面，是指在思維中分別抽取客觀對象的具體內容，本質屬性，而舍去一切非本質性的邏輯方法。

例如，伽利略根據科學抽象的理想實驗，提出了慣性概念。讓小球沿一個斜面從靜止滾下來滾上另一個斜面。如果沒有摩察小球將上到原來的高度，他推理如果減小第二個斜面的傾角，小球在斜面上達到原來的高度就通過更長的路程。繼續減小傾角，成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而沿水平面以恒定速度運動下去。該實驗是想象中的實驗，但以事實為基礎，經過抽象思維抓主要因素，忽略次要因素，揭示了自然規律。

抽象可以區分科學現象的真相與假相。從復雜現象中抽取出同類現象進行鑒別，從同類現象中，提取主要和次要，從而促使科研的成功。

三、類比法在物理研究與發展中的作用

類比是根據兩個（或兩類）對象之間在某些方面的相似或相同而推出其它方面也可能相似或相同的一種邏輯方法。

其公式是：A具有a、b、c、d屬性，B具有a'、b'、c'、屬性;所以B可能有d'屬性，其中分別有a'、b'、c'、d'相似或相同。在科學認識中，人為了變未知為已知，往往借助類比方法，把陌生的對象和熟悉的對象相比較，把未知的東西與已知的東西相比較，這種方法具有啟發思路、提供線索、舉一反三、觸類旁通的作用。

例如，盧福瑟原子結構模型的建立應用了這種方法。太陽系的核心，太陽相對太陽系來說體積很小，卻占了太陽系99、87%的質量。行星都服從萬有引力定律。原子核是原子的核心，原子核相對原子來說體積很小，卻占了原子99.97%的質量，并服從庫侖定律。盧瑟福將原子內部結構和太陽系的結構相類比。他想既然行星繞太陽運轉，電子是不是也繞原子核運轉呢？從而啟發他創立了原子結構行星模型假說。

四、分析與綜合在物理研究與發展中的作用

分析就是把整體分解為部分，把復雜事物分解為各個要素，并對各個要素或部分進行研究和認識，找出事物本質的一種思維方法。分析可以使科學認識從整體的籠統認識深入到各個部分中去，使科研從一個層次發展到更深的層次，使現象的認識進入到本質的認識。

例如，“元過程分析法”，利用分析方法從事物的部分揭示整體規律的特點。如流體中取一個非常小的體積元，從有一定質量分布的鋼體內部“分離”出一個非常小的質元等。然后深入分析這個小單元的特點和各種物理量的相互關系和變化規律，從而建立起描述整個物理過程的微分方程。

所謂綜合方法就是把對象的各個部分、側面、因素連接統一起來進行考察，從而在整體上把握事物的本質。綜合是通向科學發現的重要的條件。

例如，沃森和克里克理提出了DNA的雙螺旋模型。他們綜合了生物學家所提示的DNA作為主要遺傳物質的信息傳遞功能，又綜合了生物化學家分析DNA各種成分大量材料，特別是綜合了威爾金斯等人的DNA晶體射線衍射圖樣和實驗數據，把DNA的整體結構完全表現出來。這次綜合使他從整體上把握了DNA的各個方面結構和功能。

但是，綜合也不是簡單的回復到整體的混沌認識，而是分析事物細節的基礎上，揭示出物質的本質和規律。應當指出，綜合法總是與分析法并用的，科學認識的發展總是沿著分析—綜合—新的分析—新的綜合的軌跡不斷前進的。

五、實驗在物理研究與發展中的作用

實驗是人們在認識世界和改造世界的實際過程中，逐步產生的一種特殊的實踐形式，是形成和檢驗科學假說與理論的實踐基礎。實驗能夠對復雜現象起到簡化和純化的作用，強化和激化研究對象的作用，在需要時可以延緩和加速，再現或模似實際現象的作用，可以直接導致一項科研的成功，導致一個重大的科學發現。

例如，居里夫婦在系統地檢驗所有已知化學元素，有沒有放射性的實驗中，注意到特別純凈的鐳鹽樣品經常顯示出具有比周圍更高的溫度。他們證明其原因是持續不斷地有熱產生，每克鐳每小時總計約放出100克卡的熱量。這個驚人的實驗事實為后來的蛻變定律打下了堅實的基礎。

總之，物理研究中合理恰當的科學方法至關重要的。但我們應該承認，自然科學的范圍是非常廣泛的。即使是作為基礎科學的數學、物理學、代學、天文學等等，由于各自的研究對象不同，因而所采用的研究方法也各自的特點，不應該完全一樣，而且在某一項研究中，應靈活應用，將幾種方法綜合使用，達到科研的目的。

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