试析物理学中的科学思维

（郑州市机电学校     河南   郑州    450121）

    摘要：本文结合自己的教学实践，粗浅地分析了物理学中包含的科学思维方法，即：科学的抽象和概括、科学的判断和科学的推理，旨在提示同行，要牢记物理教师教书育人的双重职责，不但要引导学生认识物理现象，掌握物理规律，还要注意通过物理教学，培养学生的科学思维方法，从而提高学生的科学素质，增强解决问题和分析问题的能力，这样做不但对物理教学本身会有巨大的促进作用，而且它的意义远远超出了物理教学本身。

    关键词：创新，创造，抽象和概括，判断，推理

    新的中等职业学校物理教学大纲明确指出 ：“通过物理教学向学生进行科学思想、科学方法和科学态度的教育，提高学生的科学素质，培养学生的创新意识和创造能力”，其根本宗旨之一就是要求物理教学要注意培养学生的科学思维。学生学习物理总是从感知开始，但不能停留在感性认识阶段，必须对感性材料加以去粗取精，由表及里地认识物理现象的本质和内部联系，即经过比较、分析、综合、抽象、概括，达到认识的理性阶段。这种由感性认识到理性认识的过程统称为科学思维。

物理学中的科学思维，主要突出表现在下述几个方面。

  一、抽象和概括

    大到宇宙天体，小到微观粒子都是物理学研究的对象，而它们往往是错综复杂的，对于特定的研究对象，影响因素也是多种多样的。然而，并不是所有的因素都起着同等重要的作用。因此，为了研究的方便，采取暂时舍弃个别的、非本质的因素，突出其主要的本质的因素，这种科学的处理方法，叫做科学的抽象和概括。

    实际上，物理学中研究的物体和过程，都是利用科学抽象和概括的方法建立起来的理想化模型（理想化客体、理想化过程）。例如，质点、刚体、理想气体、点电荷、点光源、光滑平面、匀强磁场等等，这些研究对象都是理想化的客体；又如：匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、抛体运动、简谐振动等等，都是理想化过程。

    研究理想化客体和理想化过程，一方面具有现时意义，因为在一定的范围内，在要求误差允许的条件下，可以把许多实际物体和现象发生、发展的过程，看作某个理想化模型来处理；另一方面，它是一种重要的科学研究方法，把复杂的、具体的物体或过程，用简化的模型来代替，可以突出主要矛盾，简化问题，便于研究它的主要性质，便于找出它的主要规律，解决了主要矛盾之后，再考虑次要矛盾进行修正，问题就容易得到解决。

   二、科学的判断

    所谓判断，是运用概念对事物、现象作出肯定或否定结论的思维形式。一般来说，物理学中判断有简单判断和复合判断两种。

    1、简单判断

    简单判断是由两个概念组成、用简单词句表达的判断。例如，在观察、实验之后，作出“物体具有惯性”这一结论，就是一个简单判断；多次观察各种事物，分别得出相同结论，归纳得出“一切物体都具有惯性”的结论，也是一个简单判断。

    2、复合判断

    复合判断是由两个以上的概念组成，具有并列存在性质的判断。比如，“如果给金属加热，则它的温度会升高。”这里涉及三个概念：金属、加热、温度，给金属加热是前提条件，温度升高是作出的判断结论。又如“闭合回路中有磁通量变化时，其中就产生感应电流。”再如，“如果对气体加压、降温，则可使其液化。”也是一个复合判断。

三、科学的推理

    推理，是根据一个判断或一些判断推出另一个新的判断的思维形式，根据思维进程的不同，推理可分为归纳推理、演绎推理、类比推理。

    1、归纳推理

归纳推理是由一些个别性的判断推出一般性的判断的推理，也就是说它是从个别性规律推出一般性规律的思维形式。

    归纳推理的具体过程是：根据大量观察、实验获得的资料，分别得到反应外部征和条件的判断，再经过由表及里的分析、综合、抽象出各个本质的因素，概括得出一般性的规律。可见，归纳推理的出发点，是以实验所得的事实为基础由此得出的一个个判断为依据。因此，根据依据的数量是否充分，分析的是否科学，归纳推理又分为简单枚举归纳推理、完全归纳推理和科学归纳推理。

    如果只根据一、二个或几个事例作为依据，就归纳出一般性的结论，则称为简单枚举归纳推理，例如：根据天文观测得知：地球是绕太阳运动的，金星是绕太阳运动的，于是得出结论：太阳系的所有行星都是绕太阳运动的。如果根据天文观测得知：木星、金星、地球、火星、水星、土星、天王星、海王星、冥王星都绕太阳运动，于是得出结论：太阳的九大行星都绕太阳运动。这种归纳推理叫做完全归纳推理。

    显然完全归纳推理具有不容置疑的意义，然而这是一种理想化的推理，是不现时的。枚举归纳推理所得的结论，并非完全正确，尚需经实践检验。

    如果不仅根据大量的实验事实，而且对每个事实所作出的判断进行分析，作出科学的解释，然后进行概括，从而归纳出一般性的结论，则这种归纳推理叫做科学归纳推理。

    例如：通过实验发现：铁受热后膨胀，银铜受热后也膨胀。经过分析知道：铁、银、铜等纯金属受热后，分子运动加剧，反抗分析间相互束缚作用的本领增强，从而分子间的距离增大，即体积膨胀。最后得出结论：所有纯金属受热后，其体积膨胀。这是物理学中经常采用的。

    2、演绎推理

    演绎推理是由一般性的判断推出个别性的判断的推理。也就是说。它是从一般规律演绎推出个别规律的思维形式。其具体过程是根据已知的一般性的规律，通过分析并限制条件，运用数学的推演，得出个别化的规律。

    如：已知均匀磁场（磁感应强度为B）对长度为l的载流导线（电流强度为I）施以力F的作用，其大小为：           F=I l B

上式适用于载流导线垂直与磁场方向放置的情况。

    根据这一规律，可用演绎推理方法得出运动电荷在磁场中受力的大小 。

    因为电流是自由电荷的定向运动，磁场对载流导线的作用力可看作是磁场对导线中定向运动的自由电荷的作用力总和。设每米导线中有n 个自由电荷，长度为l的导线中共有nl个自由电荷，每个电荷的电量为q，电荷定向运动的速度为v,

根据电流强度的定义，得知：

                            I=nq v

则                         F=I l B=nq v l B

    因此磁场对每个垂直与磁场方向运动的自由电荷的作用力的大小为

                               f= q v B

显然，演绎推理的出发点是已知的一般性结论。演绎推理所得到的结论，仍应由实验加以验证，或经过大量的实践验证之后，才能正式成立。

    3、类比推理

    类比推理是由个别判断推出另一个别判断的推理。其思维过程是对两个或两类对象进行比较，分析，根据这两个或两类对象有部分属性相同，从而推出它们的其它属性也可能相同的结论。

    例如：惠更斯把光现象和声现象进行类比，根据两者都能够发生反射、折射，从已知的相同点推理得知光和声一样，都是一种波动，提出光的波动说：德布罗意根据光的波粒二象性而提出微观粒子也具有波动性，提出物质波的概念等等，都是物理学史上应用类比推理的方法提出假说的实例。

    只有研究认识物理学中的科学思维，才能在物理教学中培养学生的科学思维，在引导学生认识物理现象，掌握物理规律的过程中，使学生逐渐学会科学思维的基本方法，一方面有利于物理知识的学习，更重要的是能够提高学生分析问题和解决问题的综合能力，它的意义远远超出物理教学本身，这正是素质教育的要求。

    参考文献：《物理学史》郭奕玲，沈慧君编，清华大学出版社

              《物理学》马根源，王松立等编，南开大学出版社