理想实验是借助于逻辑思维和想象力,有意识地突出研究对象的主要因素和无关因素的干扰,在大脑中形成理想化的研究对象或相互联系,来探索物理世界的奥秘的方法。在物理的学习过程中,若是能够掌握并善于运用以大脑为实验室、用思维进行操作的理想实验方法,那么对于深入思考问题,确切理解掌握物理知识,发展提升思维能力和创造能力,将能达到更好的效果。在教学中,教师应自觉地进行物理学方法的教育。其中理想实验方法是一种重要方法。在教学中运用理想实验方法可以引导学生自主学习知识,有助于提出假说,进行推理;有助于提出问题并设想解决问题的方向。理想实验方法可以激发学生的探索意向,引导学生进行探索,使学生在学习中发挥自觉性、主观能动性,并且发展学生的思维能力。

2  理想实验的概念

理想实验作为“理想”与“实验”的统一,它被爱因斯坦称之为“思维的自由创造”。为了理解和把握理想实验的精神实质,我们需要了解理想实验的概念以及这一科学思想方法形成和发展的过程。

2。1  理想实验的概念

“理想实验”(gedanken experiment;ideal experiment),又称为思想实验(thought experiment)、思维实验、假想实验、抽象实验等。理想实验基于现实、而又超越现实,并不是脱离实际的主观臆想,它完全克服了实际实验的局限性,超越了当时的科学技术和发展水平。用理想实验研究物理学中的问题,在原有物理科学实验事实基础上,以物理科学理论为指导,发挥人的主观能动性,对研究的物理条件和对象加以理想化,完全排除次要因素和无关因素干扰,使研究对象的主要特性及其运动规律充分暴露出来,抓住主要矛盾,发现和认识事物的本质及其规律具有极其特殊的地位和作用。纵观物理学的历史,物理学的形成和发展,物理理论的补充和完善,处处都显示了理想实验方法的重要作用。而在物理教育中运用相关的理想实验,对启迪学生的智慧,培养学生丰富的想象力、创新思维能力、科学抽象能力都具有重要的作用。

2。2  理想实验的发展

“理想实验”在古代的时候就已经有了萌芽和雏形,例如古希腊的科学家阿基米德在研究物体的体积和面积的时候,总是先运用思维,在头脑中进行“实验”。“想象把用均匀材料切成一定形状的平面物体通过称量,以测定它的面积,这样就对它们的关系有所了解,然后再从数学上进行证明[1]”。再如公元前五世纪埃利亚的数学家、哲学家芝诺,运用理想实验论证了“阿喀琉斯追不上鸟龟”这一命题。不仅是在外国,在中国同样有人运用过理想实验,中国战国时期的思想家庄子在他的文章《天下论》中,有过这样的语言“一尺之捶,日取其半,万世不竭[2]”。庄子的这一番描述,其实就是在用理想实验来说明物质的无限可分性。一般认为,理想实验最早是由物理学中发展起来的,这与物理学的学科性质以及研究对象有关,物理学开始于研究宏观的物体运动,因为宏观的物体变化容易被人们观察,所以相应人们在头脑中对宏观物体的运动情况的想象也就容易的多。根据物理学史家们的考证,亚里士多德进行物理学研究的时候,所运用的研究方法大都是理想实验。但是那个时代理想实验更多的是以思辨的形式呈现的,到了近代,它才渐渐的从思辨的形式变化为比较科学的理想实验。科学的理想实验应该是始于伽利略,因此可以说十七世纪是科学理想实验的发源时期。但是“理想实验”这一概念被明确提出是1922年,爱因斯坦在日本做演讲时首次使用“理想实验”这一名词。

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