前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇理論物理范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

理論物理范文第1篇

這其中的根本原因在于，傳統(tǒng)理論物理教學(xué)偏重“純”理論講解和公式推導(dǎo)，常使學(xué)生感到枯燥無味，甚至存在“用處不大”、“無任何實(shí)用性”等誤解，因此理論物理被師生公認(rèn)為“難學(xué)也難教”，總體教學(xué)效果相對不甚如意，這也是其它理工類的理論課面臨的問題。但不能把理論物理教學(xué)的這種困境完全歸因于其本身的抽象和深奧等客觀因素，實(shí)際在教學(xué)思想和教學(xué)方法等主觀因素上，目前仍存在不少弊端。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前理論物理教學(xué)模式普遍單一，大都采用灌輸式的傳統(tǒng)教學(xué)，注重理論推導(dǎo)，這雖適宜傳授知識，但缺乏教學(xué)應(yīng)有的直觀性和啟發(fā)性，并鮮能涉及前沿領(lǐng)域，知識面窄，與實(shí)際脫節(jié)，不重能力培養(yǎng)，束縛了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與個性發(fā)展。

放眼到國外，我們也不難發(fā)現(xiàn)，最近三、四十年國外理論物理教學(xué)的變化和發(fā)展相當(dāng)驚人，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1.教材出發(fā)點(diǎn)顯著提高，深度和難點(diǎn)都遠(yuǎn)超我國現(xiàn)有教材；2.教學(xué)內(nèi)容涉及范圍更為廣泛，包含許多與科研、生產(chǎn)和生活密切聯(lián)系的知識內(nèi)容，使人耳目一新；3.真正實(shí)現(xiàn)“精講多練”，對基本概念和基礎(chǔ)理論只作簡要介紹，而以大量經(jīng)過詳細(xì)分析和解答并與實(shí)際密切聯(lián)系的例題作為主線，不僅大大開闊了學(xué)生的眼界和思路，并且還為培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問題的能力進(jìn)行了富有成效的示范；4.部分習(xí)題要求學(xué)生利用計(jì)算機(jī)求解，使學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識和編程能力經(jīng)受考驗(yàn)并有實(shí)際用武之地。

以上這些都是我國現(xiàn)行的理論物理教學(xué)所無法比擬的。由于受傳統(tǒng)教學(xué)大綱和學(xué)時數(shù)的限制，國內(nèi)高校的理論物理各門課程往往只能在搭起基本理論框架后就已接近尾聲，應(yīng)用內(nèi)容相當(dāng)貧乏或干脆沒有，至于介紹物理學(xué)最新成就更是“鳳毛麟角”，至多也只能點(diǎn)到為止，絲毫體現(xiàn)不出理論物理在培養(yǎng)科學(xué)思維方法和解決實(shí)際問題的威力所在。因此，絕大多數(shù)學(xué)生反映不僅學(xué)起來十分費(fèi)勁，并且學(xué)完了也不知道究竟有何用處。

如何使學(xué)生不要忽略理論物理的基礎(chǔ)性和重要性，即如何將“理論”物理的“應(yīng)用”性價值充分體現(xiàn)，是“知行合一”的物理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)所要求的。因此，理論物理教學(xué)需改革舊的教學(xué)模式，探索一條克服弊端、走出困境的新路。就大學(xué)本科階段的物理教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)是最能體現(xiàn)理論和實(shí)踐相結(jié)合的，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力和創(chuàng)新能力的最重要環(huán)節(jié)。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國很多高校中實(shí)驗(yàn)與理論授課結(jié)合不緊密，實(shí)驗(yàn)的輔助作用沒有得到有效發(fā)揮，西方科技發(fā)達(dá)國家則非常重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究問題的方法。科學(xué)素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，因此，將物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)兩個相對獨(dú)立的教學(xué)體系有機(jī)結(jié)合，是目前教學(xué)改革的重點(diǎn)和時代的必然要求。

在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，筆者及其課程組成員積極嘗試，將形式靈活多樣的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)引入到電動力學(xué)、理論力學(xué)等系列理論物理課程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，初步摸索出一條針對“純”理論物理課程教學(xué)的新路子。例如針對電動力學(xué)，目前絕大多數(shù)院校的電動力學(xué)仍采取純粹的理論講授形式，我們則大膽地在理論教學(xué)之外引入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在近代物理實(shí)驗(yàn)中精心挑選了4個與課程理論內(nèi)容結(jié)合緊密、同時具有科學(xué)前沿性與應(yīng)用廣泛性的實(shí)驗(yàn)：高溫超導(dǎo)材料電溫特性測試、微波的傳輸特性和基本測量、微波分光、光拍法光速測量實(shí)驗(yàn)等，供光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生選做，實(shí)驗(yàn)成績計(jì)入平時成績。該措施得到了學(xué)生的普遍贊譽(yù)和積極響應(yīng)，使他們在理論之外得到實(shí)踐鍛煉，加深了對理論的理解，提高了思考和解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)中還鼓勵學(xué)生以已有儀器為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。例如，在微波分光儀上，學(xué)生利用自制的模具，做了二維物體的微波衍射效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，加深了對相關(guān)基本理論的理解，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的意識和實(shí)踐動手能力。

此外，課程組教師還有意識地引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、記錄與課堂知識有關(guān)的問題或疑點(diǎn)，鼓勵他們對這些問題進(jìn)行討論。同時教師也在課堂上主動加入一些小課題，這些課題不一定要有重大意義或科學(xué)價值（如課本上未加詳細(xì)討論的內(nèi)容），也不一定非要學(xué)生如搞科研般埋頭苦鉆。一般學(xué)生只要能嘗試寫出研究性或綜述性報(bào)告，就能達(dá)到培養(yǎng)基本科研素質(zhì)，提高思維方法的教育目的。而對于那些肯鉆研的學(xué)生，則可根據(jù)其特點(diǎn)，鼓勵其參與教師的科研活動。一旦學(xué)生經(jīng)過自己的鉆研獲得成功，就會得到身心的愉悅。

上述工作不但需要學(xué)生掌握好相關(guān)的課內(nèi)知識點(diǎn)，而且需要查閱大量課外資料和文獻(xiàn)，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生科研能力的目的。經(jīng)近幾年的實(shí)踐，上述措施效果顯著。

總之，在針對如何有效地改革理論物理系列課程的教學(xué)模式這一問題上，廣大物理教師應(yīng)積極思考和探索，嘗試將開放的、研究性的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)靈活引入教學(xué)，使學(xué)生在有限時間內(nèi)能更有效地接受知識，幫助其真正理解理論物理的“美”和“應(yīng)用性”，并力圖與學(xué)生的專業(yè)知識相結(jié)合，激發(fā)其學(xué)習(xí)動機(jī)和興趣，大大提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力，為最終培養(yǎng)成為有知識、有能力、適應(yīng)社會發(fā)展需要的應(yīng)用型大學(xué)本科人才而打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

理論物理范文第2篇

關(guān)鍵詞：物理常數(shù) 物理理論 關(guān)系研究

物理常數(shù)，顧名思義，就是指具有確定不變數(shù)值的物理量，物理常數(shù)包括一般常數(shù)與基本常數(shù)兩大類。其中，一般常數(shù)通常是利用介質(zhì)來完成，如密度、摩擦力等。基本常數(shù)，則是指用來反應(yīng)共同特征的常數(shù)，基本常數(shù)與一般常數(shù)的特殊性在于，基本常數(shù)具有特性，在解決物理學(xué)科的各自數(shù)量關(guān)系中發(fā)揮出重要作用。本文從物理常數(shù)概述、物理常數(shù)與物理理論之間的關(guān)系、物理常數(shù)與物理理論對于物理教學(xué)的啟發(fā)三個部分進(jìn)行闡述，為物理課堂教學(xué)的開展提供一些可行性意見。

一、物理常數(shù)概述

物理常數(shù)包括：電阻率、折射率、導(dǎo)熱系數(shù)等，在物理學(xué)發(fā)展中具有至關(guān)重要的作用。以萬有引力為例，牛頓在1687年發(fā)表了萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都是互相吸引的，其引力的大小與兩個物體質(zhì)量的乘積成正比。在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力后，庫倫在1785年通過“庫侖扭秤”實(shí)驗(yàn)得中引入了ε0這一常量。關(guān)于物理常數(shù)，恩格斯曾經(jīng)給出一個定義：物理學(xué)所謂的常數(shù)，大部分是一些關(guān)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)記，在這些關(guān)節(jié)點(diǎn)上，運(yùn)動的量會隨著物體狀態(tài)質(zhì)的變化而變化。在該定義中，恩格斯所指的物理常量包括：沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、汽化點(diǎn)等。物理常數(shù)中的基本物理常數(shù)又包括：基本電荷e、普朗克常數(shù)h、真空中的光速c、電子靜止質(zhì)量me。

二、物理常數(shù)與物理理論之間的關(guān)系

物理常數(shù)對物理學(xué)今后的發(fā)展產(chǎn)生了促進(jìn)作用，要弄清物理常數(shù)與物理理論之間的關(guān)系，首要任務(wù)是搞清楚物理原理。例如，當(dāng)我們要掌握熱功量時，就必須了解熱量產(chǎn)生的相關(guān)物理性能。在萬有引力被提出后，科學(xué)家指出了物理常數(shù)g的存在，推動了物理學(xué)的巨大發(fā)展。在萬有引力定律提出后，科學(xué)家們又根據(jù)該定律測出了海王星的存在，使物理學(xué)的內(nèi)涵不斷加深。由于物理理論的不斷更新與發(fā)展，物理常數(shù)也不斷發(fā)生變化，物理常數(shù)的變化并非是絕對的，但也不是一層不變的，物理常數(shù)的變化使物理理論逐漸發(fā)展成為一門全新的理論，在日常生活中的影響也越來越大，使理論物理向?qū)嵺`物理轉(zhuǎn)化。教師在開展物理教學(xué)時，應(yīng)根據(jù)物理常數(shù)與物理理論之間的關(guān)系，幫助學(xué)生理解物理理論知識，構(gòu)建物理知識體系，為物理課堂教學(xué)活動的開展做好準(zhǔn)備。

三、物理常數(shù)與物理理論對于物理教學(xué)的啟發(fā)

根據(jù)上述對物理常數(shù)與物理理論之間關(guān)系的研究，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時應(yīng)從物理本身的定律、法規(guī)出發(fā)來對物理知識進(jìn)行理解。教師在為學(xué)生開展物理教學(xué)時也要充分遵循物理學(xué)科本身定律，貼近生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)探索出物理學(xué)的真正意義，對于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的物理現(xiàn)象能夠有自己的看法。經(jīng)過我們對物理常數(shù)與物理理論關(guān)系的研究，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)踐研究在物理中有著相當(dāng)重要的作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，老師需要明確教學(xué)的目的、思想，物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生自主操作實(shí)驗(yàn)的興趣，讓學(xué)生主動參與到教學(xué)當(dāng)中。這樣便能夠提高學(xué)生操作能力。例如，《電路初探》時，因?yàn)檫@一章的學(xué)習(xí)與日常生活接軌，所以教師更應(yīng)該讓學(xué)生深入的了解。而這一章教學(xué)時教師多會以實(shí)驗(yàn)連接的方式來讓學(xué)生更明了的了解，關(guān)于電路的連接方式，以及電壓表與電流表等知識，老師的操作并不能讓學(xué)生透徹的了解到其中的奧秘。應(yīng)該讓學(xué)生親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在操作中明白電路連接中應(yīng)注意的地方以及正確的連接方式，還有在日常生活中，如果電路出現(xiàn)問題應(yīng)該如果安全的進(jìn)行探查與修理。只有對知識了解越清楚，在日常生活當(dāng)中面對這一問題才能有效的防止危險的發(fā)生。而教師通過將知識點(diǎn)與實(shí)際生活情境相結(jié)合，讓學(xué)生能更為深入的了解知識點(diǎn)，同時也能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中有創(chuàng)新性的思維問題，自己的學(xué)習(xí)及生活能力都有大幅度提升。

又如，在講解蘇科版八年級下冊第10.1章《壓強(qiáng)》的時候，老師在對大氣壓強(qiáng)進(jìn)行講解時，可進(jìn)行一個瓶吞蛋的實(shí)驗(yàn)，而且是以魔術(shù)方式來進(jìn)行，老師拿出一個去殼的熟雞蛋以及廣口瓶，并且要保證雞蛋的直徑大于瓶子直徑，然后將雞蛋蓋住瓶口，這時候就要讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，讓他們來思考：如果不將雞蛋用手?jǐn)D壓進(jìn)入瓶子中，那么還有其它什么方法？這時候老師不要對學(xué)生的猜測進(jìn)行評論，等學(xué)生們已經(jīng)給出了各種答案時，老師可將標(biāo)準(zhǔn)量的熱水向瓶中導(dǎo)入，其后輕柔的搖晃瓶子，將其瓶子中的水輕輕的進(jìn)行搖晃，然后再將水倒出來，其后將雞蛋迅速的放置在廣口瓶瓶口處，這時就需學(xué)生集中精神進(jìn)行觀察，然后會發(fā)現(xiàn)雞蛋正被瓶子一點(diǎn)點(diǎn)地吞進(jìn)去，這時候，學(xué)生對此神奇現(xiàn)象會既興奮又渴望知道其中的實(shí)驗(yàn)原理，在一定程度上使學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣很好的被激發(fā)出來。教師在開展物理教學(xué)時應(yīng)以物理理論為基礎(chǔ)，以物理實(shí)驗(yàn)為輔，幫助學(xué)生形成良好的物理實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生物理水平的提高。

四、小結(jié)

物理常數(shù)的科學(xué)價值隨著學(xué)者們的不斷研究深化逐漸被挖掘，物理學(xué)科作為高中階段的必修科目，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，但是物理在高考中所占的比例相對大，學(xué)生必須將這門學(xué)科學(xué)好。為幫助學(xué)生掌握該學(xué)科，教師必須從物理常數(shù)與物理理論之間的關(guān)系出發(fā)，采取行之有效的教學(xué)措施，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，轉(zhuǎn)變觀念，注重學(xué)生動手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生物理創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生物理水平不斷提高，為我國物理教育事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

理論物理范文第3篇

一、易學(xué)自然觀

《周易》包括《易經(jīng)》和《易傳》兩部分，實(shí)際上是上古巫文化化出的符號、周初時期占筮驗(yàn)詞集錦和戰(zhàn)國末年理性詮釋的統(tǒng)合。作為《易傳》的十篇釋文已經(jīng)完全脫離卜筮，建立起一套以陰陽為綱闡釋變化的理論體系。漢興，《周易》作為官學(xué)傳習(xí)和研究的對象，被尊稱為“五經(jīng)”之首；漢易已經(jīng)納入陰陽五行學(xué)說，隋唐時期易學(xué)即以其理性向科學(xué)領(lǐng)域滲透；進(jìn)而逐漸形成以符號系統(tǒng)與以陰陽為綱紀(jì)相結(jié)合的范疇體系和理論結(jié)構(gòu)。

易學(xué)對宇宙的基本觀點(diǎn)是：陰陽相涵相因、流變會通，構(gòu)成一個合諧互補(bǔ)的有機(jī)整體。

張立文教授在《王船山易學(xué)思想略論》〔1-191〕中指出：船山的本體哲學(xué)，統(tǒng)體會通于和合。所謂和合者，就是“陰陽未分，二氣合一，氤氳太和之真體”。《易傳》有言“形而上者謂之道，形而下者謂之器”，作者認(rèn)定道器是虛實(shí)范疇，虛與實(shí)的主要差異在于隱與顯?！靶味险呤请[也”，隱不是無，而是潛在，是形而下所以存在的根據(jù)?！靶味抡呤秋@也”，指有形質(zhì)的東西，“即形之成乎物而可見可循者也”。即此可知，顯指可見可循的事物和現(xiàn)象，隱指寓于“器”而起作用的現(xiàn)象背后更本質(zhì)的東西；而隱又不是虛無，“道不虛生，則凡道皆實(shí)也”。從而推定道乃實(shí)存之體，得出道器交與為體、相涵相因、流變會通的兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論。

道和器的關(guān)系究竟如何？就邏輯上講，“形上者乃形之所自生”，因?yàn)榉财鹘杂行?，由“形”邏輯上得出對?yīng)于“形下”必然存在著“形上”。就二者的主從關(guān)系講，“當(dāng)其未形而隱然有不可喻之天則，天以之化”，依此概括二者的關(guān)系為：道是器存在的依據(jù)；道通過器而表現(xiàn)自己，一切顯性的運(yùn)動變化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度講，是“理不先而氣不后”，二者既不存在先后、本末之別，也就從根本上排除了天理、神創(chuàng)的觀念。

張教授立足于人文（兼及自然）闡述問題，認(rèn)為“王船山道器、氣關(guān)系，充分體現(xiàn)和貫徹了《周易》和合人文的精神”，本文專門討論自然而不涉及人文。依據(jù)形上學(xué)本體哲學(xué)，自然界的物理客體應(yīng)該分兩類，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本質(zhì)區(qū)別在于形下之“顯”和形上之“隱”。

小結(jié)：易學(xué)自然觀是兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論。從靜態(tài)角度講，“萬物（包括宇宙自身）負(fù)陰而抱陽，沖氣以為和”；從動態(tài)角度講，“陰變陽，陽變陰，其變無窮”。所謂的易，就是講陰陽變化之理的學(xué)問，即“易以道陰陽”。

二、兩種物理學(xué)理論

物理學(xué)作為一門學(xué)術(shù)的名稱，是從亞里士多德的希臘文著作延續(xù)下來的，這個希臘詞的意思是探討自然的秩序和原理的“自然學(xué)”，亞氏又稱其為自然哲學(xué)。大約到18世紀(jì)中葉，由于學(xué)科內(nèi)容的分化，自然史和化學(xué)從物理學(xué)中獨(dú)立出來，18世紀(jì)后半葉法國討論過留下的物理學(xué)意味著什么，結(jié)果是把物理學(xué)分為一般物理學(xué)和特殊物理學(xué)。前者指牛頓力學(xué)或由《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》導(dǎo)出的以數(shù)學(xué)描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的傳統(tǒng)，后者包括聲、光、電、磁等廣泛領(lǐng)域。通常都把這種劃分說成是數(shù)學(xué)科學(xué)傳統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的分離。

1829年，泊松把當(dāng)時法國物理學(xué)的思想傾向歸為兩類：物理力學(xué)和解析力學(xué)。他把前者的特征描述為“它的唯一的原理是把一切還原為分子運(yùn)動，而這些分子是把力的效果從一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)并保持這些力之平衡作用的核心”，即期望用天體運(yùn)動的牛頓平方反比定律數(shù)學(xué)格式，精密地描述宇宙一切現(xiàn)象，稱牛頓范式；而后者則強(qiáng)調(diào)現(xiàn)象的解析格式，輕視對物理原因進(jìn)行討論，稱非牛頓范式。1840年以后，牛頓范式的地位被非牛頓范式所取代；與之同時，拉格朗日原理被泊松和哈密頓予以發(fā)展，使力學(xué)成為完全分析的形式，并且以能量取代力的概念體系。本應(yīng)該由之意識到“根本不存在純粹的力學(xué)現(xiàn)象，實(shí)際上運(yùn)動總是結(jié)合著熱和電磁的變化，它們也規(guī)定運(yùn)動”〔2-9〕，從而結(jié)束牛頓的“力學(xué)神話”，可惜的是西方哲學(xué)沒有能夠?yàn)槲锢韺W(xué)提供合適的自然觀，以后的物理學(xué)就在迷茫中走了許多彎路。對兩種范式的本質(zhì)差異，一般都視為用幾何法還是用解析法的數(shù)學(xué)問題。

19世紀(jì)30年代之后，隨著實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的成熟，出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)物理學(xué)和理論物理學(xué)之區(qū)分；物理學(xué)的理論又分原理理論和構(gòu)造理論兩類。前者是先使用分析法在經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)自然過程的普遍特征（即原理），然后給出各種過程必須滿足的數(shù)學(xué)形式的判據(jù)，比如牛頓力學(xué)；后者又叫“假說—演繹”法，即先確立“想象的原理”（即“假說”），然后采用反證法通過由原理導(dǎo)出的結(jié)論對原理進(jìn)行證明，給出的內(nèi)容與經(jīng)驗(yàn)所顯示的現(xiàn)象吻合得愈多愈一致，特別是能夠從假說來預(yù)言現(xiàn)象并得到證實(shí)，這種構(gòu)造理論就愈成功。依據(jù)這種分類方法，一般都承認(rèn)17世紀(jì)牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》就分別代表了原理理論和構(gòu)造理論。對這兩種理論劃分的依據(jù)主要在于思維方式，即前者采用分析法而后者采用綜合法。

三、兩類物理客體

牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》，從近代物理學(xué)奠基開始，兩種截然不同的理論分別傳承為兩種體系，即牛頓范式——原理理論，惠更斯范式——構(gòu)造理論，其本質(zhì)差異不在思維方式和數(shù)學(xué)形式之不同，也不在是采用數(shù)學(xué)方法還是實(shí)驗(yàn)方法之別，而在于研究的客體分屬于根本不同的兩類。

以質(zhì)量對物體進(jìn)行計(jì)量，并假定質(zhì)量都集中在一個質(zhì)點(diǎn)，以相互傳遞力的作用描述運(yùn)動，是牛頓范式的核心觀念；非牛頓范式研究的光、熱、電、磁等現(xiàn)象，都不能以質(zhì)量進(jìn)行計(jì)量，最終認(rèn)識到了這種現(xiàn)象都與“能量”直接相關(guān)，并且以能量取代了力學(xué)概念體系。

而今首當(dāng)其沖應(yīng)該明確的是物理學(xué)根本就不直覺研究“物質(zhì)”，正象無法品嘗水果一樣，因?yàn)槎叨际浅橄蟮念惛拍?。物理學(xué)只研究質(zhì)量、能量、電量、時間和空間之間的關(guān)系，兩種理論的適用范圍不同，前者是關(guān)于質(zhì)量系統(tǒng)的理論，后者則適用于能量系統(tǒng)。以往不適當(dāng)?shù)匕涯芰空f成是物質(zhì)運(yùn)動的形式（如“能即運(yùn)動”）〔3-526〕，是產(chǎn)生混亂的肇端?，F(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)確認(rèn)物理客體分兩類：宇觀上有分立的天球和連續(xù)輻射，微觀上分粒子和場，粒子物理學(xué)分費(fèi)米子和玻色子，理論物理學(xué)稱其為物質(zhì)粒子和相互作用；物理學(xué)理論也分用質(zhì)量計(jì)量和時空描述、用能量計(jì)量和位形描述兩個系統(tǒng)。“我們首先把宇宙的物質(zhì)內(nèi)容分成兩個部分：“物質(zhì)”即諸如夸克、電子和繆介子等粒子，以及“相互作用”諸如引力和電磁力等等”〔4-38〕。當(dāng)代著名物理學(xué)家霍金居然會說出如此不合邏輯的荒唐話，不難看出“物質(zhì)”這個誤用概念帶來的混亂是何等嚴(yán)重。

物理客體不能用“物質(zhì)”這個概念進(jìn)行抽象和概括，而應(yīng)該分為質(zhì)量和能量兩個系統(tǒng)，二者的本質(zhì)差異有3：1、分立和連續(xù)；2、有無靜質(zhì)量；3、量傳遞時物理客體僅只振動而不發(fā)生運(yùn)動方向的位移。確認(rèn)能量系統(tǒng)存在的依據(jù)有5：1、德西特從廣義相對論場方程得出沒有物質(zhì)的宇宙時空解；2、無限的（負(fù)能電子）海的發(fā)現(xiàn)；3、愛因斯坦說：“依據(jù)廣義相對論沒有以太的空間是不可思議的”；4、3K微波背景輻射證明“空間”不空；5、粒子物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)粒子為瞬息億變的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

“全〖ZZ(〗空間〖ZZ)〗充滿著相互作用著的各種不同的場”〔2-387〕，這種分布著某種物理量的空間，不同于經(jīng)典物理學(xué)中作為參量的空間?！皥鰪臄?shù)學(xué)上表述了能量局域性概念”，“是一個具有無窮多自由度的動力系統(tǒng)”〔2-353〕。即此可知，一切自然現(xiàn)象雖表現(xiàn)為質(zhì)量系統(tǒng)單元個體的運(yùn)動和變化，動變之因卻源于能量系統(tǒng)的作用；而能量系統(tǒng)本身不通過作用于質(zhì)量系統(tǒng)的效應(yīng)也根本就無法觀測。物理學(xué)早已將物理客體分為彌散態(tài)粒子和凝聚態(tài)物體，3K微波輻射發(fā)現(xiàn)之后，就應(yīng)該從分類學(xué)的角度再增添一種連續(xù)態(tài)網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)而將彌散態(tài)粒子分為質(zhì)量子和能量子，如此一來，物理世界圖象就會變得非常清晰。

物理客體分物體、粒子、網(wǎng)絡(luò)三類，分別用質(zhì)量、電量（或荷質(zhì)比）、能量計(jì)量；人類生活的現(xiàn)實(shí)世界屬于質(zhì)量系統(tǒng)（從天球到原子乃至質(zhì)子、電子），能量系統(tǒng)則是一切運(yùn)動變化的動力之源；所有的共振態(tài)、復(fù)合態(tài)粒子均屬于能量系統(tǒng)的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，只有那些穩(wěn)定的能量子才有現(xiàn)實(shí)意義；不同能量子的有序組合構(gòu)成信息（從質(zhì)量系統(tǒng)講，傳遞信息必須有載體，而對能量系統(tǒng)，信息和載體則合而為一，于此無暇展開討論），可以用于操作質(zhì)量系統(tǒng)的變化和存儲一切自然現(xiàn)象。

小結(jié)：物理客體分兩個系統(tǒng)三種態(tài)。質(zhì)量系統(tǒng)和能量系統(tǒng)確實(shí)屬于“負(fù)陰而抱陽，沖氣以為和”的狀態(tài)；作為兩系統(tǒng)“中介”的彌散態(tài)，是演繹世間萬象的“大舞臺”；何以產(chǎn)生質(zhì)量和電量，是現(xiàn)實(shí)世界存在的最根本機(jī)制。

四、時間和空間

無論哲學(xué)還是物理學(xué)，時間和空間都是一對非常重要的范疇，同時又是亙古至今爭論最多直到今天還沒有取得共識的兩個概念。16世紀(jì)之前，基本上沒有留下多少值得關(guān)注的重要論點(diǎn)；牛頓為了創(chuàng)立完整的力學(xué)體系，不得不提出人類歷史上第一個時空構(gòu)架。他認(rèn)為物質(zhì)是在絕對空間中運(yùn)動，時間不跟任何物質(zhì)對象相關(guān)、自身等速地在那里流；時間和空間各自獨(dú)立互不相關(guān)。亦即是說時間和空間僅只是描述運(yùn)動的參量。

現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)則是：“廣義相對論用空時結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)來表示引力場”〔2-328〕，場不但“是某種物理量的空間分布”，還是“一個具有無窮多自由度的動力系統(tǒng)”〔2-353〕。很顯然，時空結(jié)構(gòu)應(yīng)該被理解為改變物體或帶電粒子運(yùn)動狀態(tài)的作用量。

依據(jù)質(zhì)能兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論看待，即使在牛頓力學(xué)體系中，時空結(jié)構(gòu)也是作用量而不是描述運(yùn)動的參量。比如牛頓力學(xué)的第一號自然力——重力G=mg，如果沒有g(shù)作用于m，物體就不會自由下落，很顯然g是使m自由下落的作用量。如果用電磁作用相類比，g可以被稱為引力場強(qiáng)，其作用效應(yīng)跟電場作用于電量沒什么兩樣。自從發(fā)現(xiàn)了動量和能量守恒之后，牛頓力學(xué)方程基本上已經(jīng)不再使用，足以說明牛頓力學(xué)非常片面，能夠溝通三個領(lǐng)域最基本的物理量只有動量和動能，根本就不需要力這個概念。

時間和空間究竟指什么？答曰：二者分別是對能量系統(tǒng)單元個體持續(xù)性和廣延性的計(jì)量，恰如用質(zhì)量計(jì)量物體、用電量計(jì)量帶電粒子那樣。

“空間一時間未必是一種可以認(rèn)為離開物理實(shí)在的實(shí)際客體而獨(dú)立存在的東西。物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延性”〔5-112〕。愛因斯坦如果對中國古典哲學(xué)稍有理解，就會再說一句：這些客體還有著時間的持續(xù)性。這種“物理實(shí)在的實(shí)際客體”即指能量系統(tǒng)而言。

能量系統(tǒng)雖是連續(xù)態(tài)，探究其具體作用時卻需要量子化。假定其最小單元為h，由ε＝hν＝h/T可知，只要測出周期T，即可以知道具體的能量值，同理測出波長即可知動量。故而可以說時間和空間是對能量系統(tǒng)兩種屬性的計(jì)量。

董光璧教授猜想對于不同的相互作用，應(yīng)該“各有其時空結(jié)構(gòu)”，是有道理的。用于電動力學(xué)的時空結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常成功，“對于電磁相互作用，相對論提供的時空結(jié)構(gòu)和量子論提供的能量結(jié)構(gòu)，既在邏輯上自洽又與經(jīng)驗(yàn)相符”〔2-429〕；而對于質(zhì)量，發(fā)揮作用的時空結(jié)構(gòu)有ι2t-2和ιt-1兩種，對行星的運(yùn)行則有R3/T2＝K。

小結(jié)：時空不是獨(dú)立的存在，而是用于計(jì)量能量系統(tǒng)屬性的概念構(gòu)架。對于物體或帶電粒子，不同的時空結(jié)構(gòu)作用于質(zhì)量和電量可得能量和動量；對于能量系統(tǒng)，只需要用T和λ對基本單元個體計(jì)量，即是能量和動量。

五、兩種運(yùn)動

討論過物理學(xué)不應(yīng)該使用“物質(zhì)”這個哲學(xué)范疇，明確了物理客體分質(zhì)量、能量兩個系統(tǒng)，確立了質(zhì)量、電量、能量和時空是基本的物理量，并且弄清了時（T）空（λ）可以直接作為計(jì)量能量和動量的基本量，不同時空結(jié)構(gòu)又分別是驅(qū)動質(zhì)量或電量的基本作用量之后，還應(yīng)該討論一下運(yùn)動形式問題。

亞里士多德很早就提出自然運(yùn)動和強(qiáng)迫運(yùn)動區(qū)分之必要，物理學(xué)界至今都沒有認(rèn)真對待。所謂自然運(yùn)動，應(yīng)該是不受人的干預(yù)，不準(zhǔn)附加任何人為條件的運(yùn)動，比如自由落體、自組織系統(tǒng)的變化和行星運(yùn)轉(zhuǎn)等（下文稱絕對運(yùn)動）；所謂的強(qiáng)迫運(yùn)動當(dāng)指人為增添了特設(shè)條件的運(yùn)動，比如將物體抬高、擺鐘和日常生活中經(jīng)常發(fā)生的許多運(yùn)動。

牛頓力學(xué)除自由落體之外，幾乎都有附加條件，將運(yùn)動定義為一個物體對另一個物體的位移，運(yùn)動的基點(diǎn)建立在物體對物體的作用（即力）之上，并將物體看作一個質(zhì)點(diǎn)等，基本上都屬于質(zhì)量系統(tǒng)的相對運(yùn)動?，F(xiàn)代物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的因果關(guān)系被破壞，基本上都產(chǎn)生于對絕對運(yùn)動和相對運(yùn)動的作用機(jī)制之混淆。

“一個鐘所處的引力勢越低（深），它走得越慢，而那里發(fā)出的光在引力勢較高處去接收就會發(fā)生紅移”〔5-92〕，亦即是說原子鐘在那里發(fā)出的光頻率較小，周期變大。如果是擺鐘，依據(jù)T＝2πL/g，由于g變大，周期就必然變小。兩種鐘的結(jié)果居然完全相反，基于什么原因呢？這就恰好能夠說明相對運(yùn)動和絕對運(yùn)動的作用機(jī)制不同，顯示的結(jié)果就必然會適得其反。由于原子鐘的頻率直接決定于能量子的頻率，屬于絕對運(yùn)動；而擺鐘的周期則由作用量g與彈性勢的平衡決定，屬于相對運(yùn)動，g變大時相對而言等于固定不變的彈性勢變小，故而鐘的周期亦隨之變小。“量子理論和每一種合理的真實(shí)世界觀念都沖突”〔6-127〕；“量子力學(xué)改變了古典物理學(xué)的因果觀和實(shí)在論”〔2-328〕。這些觀念產(chǎn)生于發(fā)現(xiàn)了絕對運(yùn)動和相對運(yùn)動效果迥異，感到困惑的原因是沒有樹立起時間和空間“不再是事件在其中發(fā)生的被動的背景”，“相反的，它們現(xiàn)在成為動力學(xué)的量”〔4-53〕，根源在于沒有突破“物質(zhì)”一元論的樊籬。

問起廣義相對論場方程的意義，通常的回答是：“物質(zhì)和能量要使時空向其自身彎曲”〔4-60〕，反過來彎曲時空的曲率又決定著物體運(yùn)動的路徑。這種表述本來存在一個因果互易的邏輯循環(huán)，只需要將誤用概念“物質(zhì)”去掉，就變成了非常明晰的單因（能量）決定單果（質(zhì)量運(yùn)動路徑）的關(guān)系。再如“勢函數(shù)V表示質(zhì)量系統(tǒng)對空間任意點(diǎn)的引力作用”〔2-361〕，實(shí)質(zhì)上則是勢函數(shù)表示任意時空點(diǎn)對質(zhì)量的趨動作用。作用和被作用的因果關(guān)系弄顛倒的原因，許多都出在用相對運(yùn)動的觀念去解釋絕對運(yùn)動；產(chǎn)生這種觀念的根源又非常久遠(yuǎn)和牢固，先是哲學(xué)上把物質(zhì)說成第一性，繼而近代科學(xué)一開始就決定只研究屬于第一性的質(zhì)量和重量，外加擔(dān)心宗教神學(xué)找麻煩，所有物理學(xué)理論就都必須把物質(zhì)或質(zhì)量說成是運(yùn)動變化的起因。依據(jù)兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論，動因僅來源于能量系統(tǒng)。

宇觀上的星體都是絕對運(yùn)動，很早很早之前就受到許多哲人的關(guān)注，他們的不少觀點(diǎn)由于跟相對運(yùn)動的理論不合，都受到了冷遇。歐拉認(rèn)為“一切物理過程都是以太與物質(zhì)相互作用的結(jié)果”〔2-180〕，歐多克斯認(rèn)為“日、月和行星分別固定在想象的勻速轉(zhuǎn)動的天球上，星體本身不動，它們隨著天球運(yùn)動”〔2-51〕，笛卡爾的觀點(diǎn)更明確：“宇宙空間充滿媒質(zhì)的旋渦運(yùn)動，天體被媒質(zhì)的旋渦推動”〔2-145〕；最直觀形象的描述莫過于那個陰陽互動的太極圖，那是華夏先民無數(shù)代人仰觀俯察智慧的結(jié)晶。天空中所有星系或星系團(tuán)無不都是一個渦旋，其中不少渦旋的中心根本就找不到質(zhì)量（被稱為質(zhì)量丟失的暗物質(zhì)）。很顯然這些渦旋都是能量積累形成的畸變時空，那些特定的R3/2＝K的不同旋線上，都可能會有星體在做自然運(yùn)動，根本就不需要什么引力作為向心力，自然也就沒有必要去找切線力的源。

易學(xué)中雖說沒有“自組織”這個詞，王船山卻早就講清了自組織的作用機(jī)制。“陽變陰合，乘機(jī)而為動靜”，“二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象”，如果將質(zhì)量子和能量子類比為陰陽，這種說法還滿有道理的。

小結(jié)：運(yùn)動有相對和絕對之別。因果關(guān)系被破壞的原因大都生之于用相對運(yùn)動的理論去解釋絕對運(yùn)動，根源在于物質(zhì)一元論不能作為物理學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)。

六、唯物宇宙觀

科學(xué)思想作為文化的一部分，在相當(dāng)長的時間內(nèi)世界各地都是沿著自己的傳統(tǒng)在發(fā)展；從16世紀(jì)開始，隨著西方殖民主義的掠奪，希臘傳統(tǒng)的科學(xué)逐漸傳播到世界各地。如今所說的近代科學(xué)，主要指希臘科學(xué)傳統(tǒng)的擴(kuò)展，其間也不乏阿拉伯、中國和印度等地科學(xué)成果的積累。物理學(xué)思想的發(fā)展在很大程度上跟古希臘哲學(xué)有著非常密切的關(guān)系，古希臘哲學(xué)的自然觀主張人與自然分離。

在古希臘文化傳統(tǒng)中，從公元1世紀(jì)基督教創(chuàng)立開始，就出現(xiàn)了理性和信仰、哲學(xué)和神學(xué)的紛爭，科學(xué)思想的發(fā)展亦被打上深深的烙印?；浇坛蔀閲讨?，“知識服從信仰”成為教會的基本準(zhǔn)則之一，于是就有人提出“學(xué)問來源于經(jīng)驗(yàn)”與之抗衡。

基督教創(chuàng)立不太久，某些護(hù)教派發(fā)現(xiàn)那些愚昧貧乏的教義抵抗不住古希臘、羅馬文化，特別是哲學(xué)，就開始從古希臘、羅馬哲學(xué)中尋找為教義辯護(hù)的依據(jù)，從而發(fā)展出貌似科學(xué)的神學(xué)，進(jìn)而宣布真正的哲學(xué)和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原則。中世紀(jì)的歐洲幾乎一切學(xué)術(shù)都在宗教神學(xué)的桎梏之下，自然科學(xué)也不例外，布魯諾被活活燒死，伽利略遭受終生監(jiān)禁，都因?yàn)樗麄兊睦碚搶ι駥W(xué)不利。

唯物主義宇宙觀針對信仰先于理性提出物質(zhì)第一性、意識第二性，自然科學(xué)總算找到了哲學(xué)基礎(chǔ)。由于近代科學(xué)確定只研究屬于第一性的質(zhì)量和重量，而不研究與感覺有關(guān)的第二性，即把意識范疇留給宗教，總算爭得了一席之地。當(dāng)我們立足于現(xiàn)代科學(xué)的成果和困惑，去反思物理學(xué)發(fā)展的歷史時發(fā)現(xiàn)，把物質(zhì)和意識的關(guān)系視為全部、特別是近代哲學(xué)重大基本問題的唯物主義哲學(xué)，根本就不能作為物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。為了從神學(xué)桎梏下掙脫出來，選擇第一性、第二性之分的哲學(xué)雖說必要，終歸總逃不掉為臨時應(yīng)付而“舉債”付出更高的代價。

物質(zhì)和意識對立，對立的雙方是自然和人，這是古希臘自然與人分離自然觀的延續(xù)。這種哲學(xué)適用的范圍應(yīng)該是人天系統(tǒng)，即探討的中心課題是人與自然的關(guān)系；而物理學(xué)則屬于純客觀地探討自然界的秩序和原理的學(xué)問，亦即是說它只研究物質(zhì)和物質(zhì)之間的聯(lián)系、相互作用和運(yùn)動變化規(guī)律等問題，絲毫不涉及物質(zhì)與意識關(guān)系的內(nèi)容。故而我們認(rèn)為，唯物主義宇宙觀雖說使物理學(xué)擺脫了宗教神學(xué)的束縛，而成為一門獨(dú)立的學(xué)科，卻不能做為物理學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)。

自然界是一個有機(jī)整體，要探討其運(yùn)動變化的規(guī)律，就不應(yīng)該將所有的物理客體用“物質(zhì)”一個概念概括。因?yàn)樽兓荒馨l(fā)生在至少兩種客體之間，如MN和NM；而MM則是永遠(yuǎn)無法觀測的。

“科學(xué)史界越來越多的學(xué)者認(rèn)識到，站在現(xiàn)代科學(xué)的立場尋找歷史來龍去脈的做法有誤入歧途的危險，轉(zhuǎn)而采取從原來的境況中重新闡釋科學(xué)思想”〔7-2〕，不少人發(fā)現(xiàn)了《周易》中保留著自然學(xué)的原初形式，可以為科學(xué)發(fā)展提供有益的哲學(xué)啟迪。本人沿著這條進(jìn)路摸索多年，學(xué)習(xí)探尋的心得是，物理學(xué)只有依據(jù)兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論的自然觀，才可以討論變與不變。

易以道陰陽；萬物負(fù)陰而抱陽，沖氣以為和；陰變陽，陽變陰，其變無窮；陽變陰合，乘機(jī)而為動靜；二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象——僅依據(jù)上述五句富涵哲理的格言，對物質(zhì)、時間、空間、運(yùn)動和因果關(guān)系等重要概念做一些簡要的剖析，就可以理出一條新的思路。如果依據(jù)兩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)論，對物理學(xué)的概念和理論進(jìn)行一次新的整合與梳理，極有可能會將物理學(xué)帶出當(dāng)前的困境。不當(dāng)之處，敬請各位師長、同仁指正。

參考書目：

1、朱伯昆主編《國際易學(xué)研究》第三輯，華夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理學(xué)史》吉林教育出版社1994年版

3、《馬克思恩格斯選集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金講演錄》湖南科技出版社1995年版

5、倪光炯等著《近代物理》上?？萍汲霭嫔?979年版

理論物理范文第4篇

一、理論物理學(xué)的重要方法

探索性的演繹法是理論物理學(xué)的重要方法。

在愛因斯坦看來，理論物理學(xué)的完整體系是由概念，被認(rèn)為對這些概念是有效的基本原理(亦稱基本假設(shè)、基本公設(shè)、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結(jié)論這三者所構(gòu)成的。因此，理論物理學(xué)家所運(yùn)用的方法，就在于應(yīng)用那些作為基礎(chǔ)的基本原理，從而導(dǎo)出結(jié)論；于是，他的工作可分為兩部分：他首先必須發(fā)現(xiàn)原理，然后從這些原理推導(dǎo)出結(jié)論。對于其中第二步工作，他在學(xué)生時代已得到很好的訓(xùn)練和準(zhǔn)備。因此，如果在某一領(lǐng)域中或者某一組相互聯(lián)系的現(xiàn)象中，他的第一個問題已經(jīng)得到解決，他就一定能夠成功?？墒堑谝徊焦ぷ?，即建立一些可用來作為演繹的出發(fā)點(diǎn)的原理，卻具有完全不同的性質(zhì)。這里并沒有可以學(xué)習(xí)的和可以系統(tǒng)地用來達(dá)到的的方法?？茖W(xué)家必須在龐雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中間抓住某些可精密公式來表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。

愛因斯坦指出，一旦找到了作為邏輯推理前提的基本理，那么通過邏輯演繹，推理就一個接著一個地涌現(xiàn)出來它們往往顯示出一些預(yù)料不到的關(guān)系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這些原理依據(jù)的實(shí)在的范圍。但是，只要這些用來作為演繹出發(fā)點(diǎn)原理尚未得出，個別經(jīng)驗(yàn)事實(shí)對理論家是毫無用處的。實(shí)際上，單靠一些從經(jīng)驗(yàn)中抽象出來的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出來。在他沒有揭示出那些能作為演繹推理基礎(chǔ)原理之前，他在經(jīng)驗(yàn)研究的個別結(jié)果面前總是無能為力。

愛因斯坦把物理學(xué)理論分為兩種不同的類型，其中之一是“原理理論”。建立這種理論使用的是分析方法，而不綜合方法。形成它們的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)的元素，不是用假設(shè)造出來的，而是在經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)到的，它們是自然過程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個過程或者它們的理論表述所必須滿足的數(shù)學(xué)形式的判據(jù)。熱力學(xué)就是這樣力圖用分析的方法，從永動機(jī)不可能這一普遍經(jīng)驗(yàn)得到的事實(shí)出發(fā)，推導(dǎo)出一些為各個事件都必須滿足的必然條件。用探索的演繹法建立起來的相對論，就屬于“原理理論”。但是物理學(xué)理論大多數(shù)是構(gòu)造性的。它們企圖從比較簡單的式體系出發(fā)，并以此為材料，對比較復(fù)雜的現(xiàn)象構(gòu)造出一幅圖像。氣體分子運(yùn)動論就是這樣力圖把機(jī)械的、熱的和擴(kuò)散的過程都?xì)w結(jié)為分子運(yùn)動——即用分子假設(shè)來構(gòu)造這些過程。當(dāng)我們說，我們已經(jīng)成功地了解一群自然過程，我們的思想必然是指，概括這些過程的構(gòu)造性的理論已經(jīng)建立起來了。愛因斯坦認(rèn)為，構(gòu)造性理論的優(yōu)點(diǎn)是完備，有適應(yīng)性和明確，原理理論的優(yōu)點(diǎn)則是邏輯上完整和基礎(chǔ)鞏固。

相對論就是愛因斯坦自覺地運(yùn)用探索性演繹法的杰作。它不僅以其革命性的新觀念和卓有成效的理論結(jié)果為人津津樂道，而且它所體現(xiàn)出的科學(xué)方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)，也令人嘆為觀止。愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論(1905)時，他依據(jù)的僅僅是光行差現(xiàn)象和斐索實(shí)驗(yàn)這兩個并不充分的實(shí)驗(yàn)材料，著名的二階以太漂移實(shí)驗(yàn)即邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)，對他并沒有直接影響。他主要通過對16歲時想到的“追光”思想實(shí)驗(yàn)的沉思，對經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動力學(xué)基礎(chǔ)的深入考察，發(fā)揮了思維的自由創(chuàng)造，提出了兩個基本假設(shè)——相對性原理和光速不變原理(美國著名科學(xué)史家霍耳頓認(rèn)為，在狹義相對論中，除了被提高為公設(shè)的兩個基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個假定：一是關(guān)于空間的各向同性和均勻性，另外三個是定義鐘的同步的三個邏輯性質(zhì)?；舳D的學(xué)生米勒后來指出，另外的四個假定也是兩個基本原理的必然結(jié)果，他們不是獨(dú)立的假設(shè)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導(dǎo)出了關(guān)于運(yùn)動學(xué)和電動力學(xué)的結(jié)論，著名的質(zhì)能關(guān)系式是他先前根本沒有料想到的，這些結(jié)論大大超出了兩個原理所依據(jù)的實(shí)在的范圍。廣義相對論(1915)的建立也是這樣。作為廣義相對論的兩個基本原理，即廣義相對性原理和等效原理，前者是愛因斯坦基于把相對性原理貫徹到底的信念（從慣性系推廣到加速系)提出的，后者是依據(jù)厄缶實(shí)驗(yàn)(慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量)和升降機(jī)思想實(shí)驗(yàn)提出的。

在1905年，由于愛因斯坦采用了探索性的演繹法，從而使他能夠高屋建瓴、勢如破竹，一舉砍斷了哥爾提阿斯死結(jié)(哥爾提阿斯是古代夫利基阿國王，相傳他曾把自己的車乘的轅與軛用繩結(jié)系住，死得無法解開，聲言能解開此死結(jié)者，得以結(jié)治亞細(xì)亞。這個死結(jié)后來被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開拓了一個奇妙的新世界。那些惱人的以太漂移實(shí)驗(yàn)，那些使人迷惑不解的單極電機(jī)電動勢的“位置”問題，在愛因斯坦的理論體系中已根本不成其為問題。但是，同時代的博大精深的科學(xué)大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)等以太漂移實(shí)驗(yàn)打交道，迷戀于做出種種構(gòu)造性假設(shè)，建立他們的構(gòu)造性理論——電子論和電子動力學(xué)。例如，洛倫茲1904年的著名論文盡管聲稱是以“基本假設(shè)”而不是以“特殊假設(shè)”為基礎(chǔ)的論文，但事實(shí)上卻包含有11個假設(shè)：假設(shè)有靜止以太，假設(shè)靜止電子是球形的，假設(shè)電子的電荷分布是均勻的，假設(shè)電子的全部質(zhì)量都是電磁質(zhì)量，假設(shè)運(yùn)動電子收縮，假設(shè)電子之間的作用力與分子力相同等等。洛倫茲和彭加勒雖說走到了狹義相對論的大門口，但他們并沒有打開這扇大門，其原因固然是多方面的。從方法論上講，就在于他們運(yùn)用的是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)歸納法，而沒有采用探索性的演繹法。在當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展的形勢下，僅靠個別的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行歸納，是建立不起什么嶄新的理論的。洛倫茲、彭加勒的電子論和電子動力學(xué)固然富麗堂皇，但畢竟只是經(jīng)典物理學(xué)的最后的建筑物。它們雖然包羅萬象，可是由于不適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的總趨勢，最終還是被人們遺忘了，僅有歷史的價值。

二、采用探索性的演繹法是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢

從文藝復(fù)興到19世紀(jì)的經(jīng)典科學(xué)，一般稱為近代科學(xué)。在科學(xué)史上，這個漫長的時期主要是積累材料和歸納材料的時期。與這一科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r相適應(yīng)，產(chǎn)生了經(jīng)典的科學(xué)哲學(xué)，它始于弗蘭西斯•培根的歸納主義。培根認(rèn)為，科學(xué)的發(fā)展是從個別上升到一般，從經(jīng)驗(yàn)歸納出理論。他比喻說，只要及時采摘成熟的葡萄，科學(xué)的酒漿就會源源不斷。到19世紀(jì)，整個科學(xué)一般說來還沒有擺脫這種“原始”狀態(tài)，因而經(jīng)典科學(xué)哲學(xué)能夠得以通過穆勒之手發(fā)展成為更完備的經(jīng)驗(yàn)論形態(tài)，經(jīng)驗(yàn)歸納法依然是正統(tǒng)的科學(xué)方法。

在物理學(xué)領(lǐng)域，這個時期的最大成就是牛頓力學(xué)和麥克斯韋的電動力學(xué)。牛頓力學(xué)雖則是超越了狹隘經(jīng)驗(yàn)論的人類理智的偉大成就，但它又同人們的日常經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。力學(xué)中的許多概念都比較直觀，可以直接在現(xiàn)實(shí)生活中找到某種原型。這種狀況掩蓋了基本概念和基本原理的思辨性質(zhì)，甚至牛頓本人也深深陷入這一幻覺之中。他一再聲稱他“不作假設(shè)”，實(shí)際上卻作了許多假設(shè)，他要求人們“必須把那些從各種現(xiàn)象中運(yùn)用一般歸納法導(dǎo)出的命題看作是完全正確的”。19世紀(jì)的經(jīng)典物理學(xué)也具有現(xiàn)象論和經(jīng)驗(yàn)論的特征：它盡量使用那些接近經(jīng)驗(yàn)的概念，因而在很大程度上必須放棄基礎(chǔ)的統(tǒng)一性。熱、電、光都用那些不同于力學(xué)量的各個狀態(tài)的變數(shù)和物質(zhì)常數(shù)來描述，至于要在它們的相互關(guān)系以及同時間的相互關(guān)系中去決定全部變數(shù)的任務(wù)，主要只能由經(jīng)驗(yàn)來解決。麥克斯韋及其同代人，在這種表示方式中看到了物理學(xué)的終極目的，他們想像這個目的只能純粹歸納地從經(jīng)驗(yàn)得出，因?yàn)檫@樣所使用的概念同經(jīng)驗(yàn)比較接近。從認(rèn)識論上看，穆勒和馬赫大概就是根據(jù)這個理由來決定他們的立場的。總而言之，這個時期的科學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家大都以為，“理論應(yīng)當(dāng)用純粹歸納法的方法來建立，而避免自由地創(chuàng)造性地創(chuàng)造概念；科學(xué)的狀況愈原始，研究者要保留這種幻想就愈容易，因?yàn)樗坪跏莻€經(jīng)驗(yàn)論者。直至19世紀(jì)，許多人還相信牛頓的原則——“我不作假設(shè)'——應(yīng)當(dāng)是任何健全的自然科學(xué)的基礎(chǔ)?！?/p>

但是，在某些個別的科學(xué)部門，已經(jīng)悄悄地透進(jìn)了新時代的曙光；尤其是非歐幾何學(xué)，它仿佛故意向經(jīng)驗(yàn)論示威一樣，以毋庸置辯的方式顯示了理性思維的強(qiáng)大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科學(xué)與假設(shè)》中通過對非歐幾何學(xué)的深入研究以及對經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的慎密考察揭示出，科學(xué)的基本概念和原理不是經(jīng)驗(yàn)的直接歸納，而只能以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為指導(dǎo)，通過精神的自由活動(其產(chǎn)品即約定)來創(chuàng)造。通過研讀彭加勒的科學(xué)哲學(xué)著作，尤其是通過創(chuàng)立狹義和廣義相對論的科學(xué)實(shí)踐，使愛因斯坦清楚地看到，人們可以在完全不同于牛頓的基礎(chǔ)上，以更加令人滿意和更加完備的方式，來考慮范圍更廣泛的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。但是，完全撇開這種理論還是那種理論優(yōu)越的問題不談，基本原理的虛構(gòu)特征卻是完全明顯的，因?yàn)槲覀兡軌蛑赋鰞蓷l根本不同的原理，而兩者在很大程度上都同經(jīng)驗(yàn)相符合。這—點(diǎn)同時又證明，要在邏輯上從經(jīng)驗(yàn)推出力學(xué)的基本概念和基本假設(shè)的任何企圖，都是要失敗的。愛因斯坦還清楚地看到，相對論是說明理論科學(xué)在現(xiàn)展的基本特征的一個良好的例子。初始假設(shè)變得愈來愈抽象，離經(jīng)驗(yàn)愈來愈遠(yuǎn)。另一方面，它更接近一切科學(xué)的偉大目標(biāo)，即要從盡可能少的假設(shè)或者公理出發(fā)，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的事實(shí)。同時，從公理引向經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或者可證實(shí)的結(jié)論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙。理論科學(xué)家在他探索理論時，就不得不愈來愈聽從純粹數(shù)學(xué)的、形式的考慮，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)家的物理經(jīng)驗(yàn)不能把他提高到最抽象的領(lǐng)域中去。正是科學(xué)發(fā)展的這種理論化趨勢，使愛因斯坦認(rèn)識到：“科學(xué)一旦從它的原始階段脫胎出來以后，僅僅靠著排列的過程已不能使理論獲得進(jìn)展。由經(jīng)驗(yàn)材料作為引導(dǎo)。研究者寧愿提出一種思想體系，它——般地是在邏輯上從少數(shù)幾個所謂公理的基本假定建立起來的?！彼M(jìn)而指出：“適用于科學(xué)幼年時代的以歸納為主的方法，正在讓位給探索性的演繹法?！?/p>

三、愛因斯坦大膽運(yùn)用探索性的演繹法的直接動因

只是在廣義相對論建立之后，愛因斯坦才把探索性的演繹法作為一個方法論原則從理論上加以論述?？墒?，早在創(chuàng)立狹義相對論時，他就在研究中大膽運(yùn)用這一科學(xué)方法了，并在思想上對它已有比較深刻的認(rèn)識。促使愛因斯坦大膽運(yùn)用探索性的演繹法的直接原因有兩個：其一是赫茲、玻耳茲曼、彭加勒等人的思想影響，其二是當(dāng)時的物理學(xué)現(xiàn)狀使得他不能不那樣做。

在聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)期間(1896~1900)，愛因斯坦自學(xué)了赫茲、玻耳茲曼等科學(xué)大師們的著作。赫茲在他的名著《力學(xué)原理》(1894)中試圖重構(gòu)力學(xué)，為此他僅利用空間、時間和質(zhì)量三個原始概念。赫茲的力學(xué)體系建立在通過科學(xué)家個人的“內(nèi)在直覺規(guī)律”從經(jīng)驗(yàn)引出的公理之上，它能夠?qū)С鼋?jīng)驗(yàn)預(yù)言。赫茲認(rèn)為“內(nèi)在直覺規(guī)律”的功能像“康德意義上的先驗(yàn)判斷”一樣，并且聲稱他的力學(xué)重構(gòu)是演繹系統(tǒng)，與牛頓的《原理》(全稱《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》)有許多相同的風(fēng)格。在這個公理體系中，我們可以推演出與我們的觀察記錄相對照的可檢驗(yàn)的結(jié)論，依據(jù)該結(jié)論與可觀察的世界一致還是不一致，來決定這個體系是否正確。盡管愛因斯坦不贊同赫茲的隱質(zhì)量概念和“把自然現(xiàn)象追溯到力學(xué)的主要定律”的長遠(yuǎn)目標(biāo)，但是赫茲強(qiáng)調(diào)公理描述的威力卻給他留下了深刻的印象。這種公理描述與其說在經(jīng)驗(yàn)材料上預(yù)言理論結(jié)構(gòu)，倒不如說在公理和直覺上預(yù)言理論結(jié)構(gòu)。

愛因斯坦也自學(xué)了玻耳茲曼的《力學(xué)講義》(1897)。在該書中，玻耳茲曼把力學(xué)作為物理學(xué)的核心，愛因斯坦當(dāng)然不會同意這種看法的。但是，玻耳茲曼重構(gòu)力學(xué)的方法的下述特點(diǎn)，一定會強(qiáng)烈地震撼愛因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力學(xué)原理的不明晰性，在我看來不是同時以假設(shè)的智力圖像為起點(diǎn)而得到的，而是從一開始就以與外部經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的嘗試而得到的?！辈６澛囊馑己芮宄毫W(xué)原理的不明晰，在于經(jīng)驗(yàn)歸納，而不在于智力圖像。玻耳茲曼的“智力圖像”概念比赫茲的“外部對象的圖像或符號”更自由，愛因斯坦可能山此注意到，力學(xué)的發(fā)展已使原理凌駕于經(jīng)驗(yàn)材料之上。

彭加勒在《科學(xué)與假設(shè)》(1902)中對約定主義的論述，對愛因斯坦的探索性的演繹法的形成必定大有裨益，愛因斯坦在“奧林比亞科學(xué)院”時期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研讀過這本膾炙人口的暢銷名著。彭加勒通過對數(shù)理科學(xué)的基礎(chǔ)進(jìn)行了敏銳的、批判性的審查和分析后得出：幾何學(xué)的公理既非先驗(yàn)綜合判斷，亦非經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，它們原來都是約定。物理學(xué)盡管比較直接地以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，但它的一些基本原理也具有幾何學(xué)公理那樣的約定特征。例如慣性原理，它不是先驗(yàn)地支配我們的真理，否則希臘學(xué)者早就知道它了，它也不是經(jīng)驗(yàn)的事實(shí)，因?yàn)槿藗儚膩硪膊荒苡貌皇芡饬Φ奈矬w做實(shí)驗(yàn)，因而無法用實(shí)驗(yàn)證實(shí)或否證它。經(jīng)過最終分析，它們化歸為約定或隱蔽的定義。因此，彭加勒得出結(jié)論說：在數(shù)學(xué)及其相關(guān)的學(xué)科中，“可以看出自由約定的特征”；他進(jìn)而指出：“約定是我們的精神的自由活動的產(chǎn)品”，“我們在所有可能的約定中進(jìn)行選擇時，要受實(shí)驗(yàn)事實(shí)的引導(dǎo)；但它仍是自由的，只是為了避免一切矛盾起見，才有所限制。”

彭加勒在考察了物理學(xué)的理論后認(rèn)為，物理學(xué)有兩類陳述——原理和定律。定律是實(shí)驗(yàn)的概括，它們相對于孤立的系統(tǒng)而言可以近似地被證實(shí)，原理是約定而成的公設(shè)，它們是十分普遍的、嚴(yán)格真實(shí)的，超越了實(shí)驗(yàn)所及的范圍。彭加勒還闡述了約定主義的方法論意義。他說，當(dāng)一個定律被認(rèn)為由實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)時，我們可以采取兩種態(tài)度。我們可以把這個定律提交討論，于是，它依然要受到持續(xù)不斷的修正，毋庸置疑，這將僅僅以證明它是近似的而終結(jié)。或者，我們也可以通過選擇這樣一個約定使命題為真，從而把定律提升為原理。在彭加勒看來，經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)的六大基本原理(邁爾原理即能量守恒原理、卡諾原理即能量退降原理、牛頓原理即作用與反作用原理、相對性原理、拉瓦錫原理即質(zhì)量守恒原理、最小作用原理)就是這樣形成的。

彭加勒提出約定主義并不是無緣無故的。在近代科學(xué)發(fā)展的早期，弗蘭西斯•培根提出了經(jīng)驗(yàn)歸納的新方法，這種方法對促進(jìn)近代科學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用，但后來卻助長了狹隘經(jīng)驗(yàn)事義的盛行。到19世紀(jì)，以惠威爾、穆勒為代表的“全歸納派”和以孔德、斯賓塞為代表的實(shí)證主義廣為流行，把經(jīng)驗(yàn)和歸納視為唯一可能的認(rèn)識方法。到19世紀(jì)末，第二代的實(shí)證主義的代表人物馬赫更是揚(yáng)言要把一切“形而上學(xué)的東西”從科學(xué)中“排除掉”。另一方面，康德不滿意經(jīng)驗(yàn)論的歸納主義的階梯，他把梯子顛倒過來，不是從經(jīng)驗(yàn)上升到理論，而是以先天的“感性直觀的純形式”(時間和空間)和先天的“知性的純粹概念或純粹范疇(因果關(guān)系、必然性、可能性等十二個范疇)去組織后天經(jīng)驗(yàn)，以構(gòu)成絕對可靠的“先驗(yàn)綜合知識”。彭加勒看到，無論是經(jīng)驗(yàn)論還是先驗(yàn)論，都不能圓滿地說明科學(xué)理論體系的特征。為了強(qiáng)調(diào)在從事實(shí)過渡到原理時，科學(xué)家應(yīng)充分有發(fā)揮能動性的自由，他于是提出了約定主義。約定主義既要求擺脫狹隘的經(jīng)驗(yàn)論，又要求擺脫經(jīng)驗(yàn)論，它順應(yīng)了科學(xué)發(fā)展的潮流，反映了當(dāng)時科學(xué)界自由創(chuàng)造、大膽假設(shè)的要求，在科學(xué)和哲學(xué)上都有其積極意義。

《科學(xué)與假設(shè)》一書對愛因斯坦的印象極深，他和同伴們花了好幾個星期緊張地讀完了它。愛因斯坦坦率地承認(rèn)彭加勒對他的直接影響。他贊同“敏銳的深刻的思想家”彭加勒的約定主義觀點(diǎn)，認(rèn)為概念和公理是思維的自由創(chuàng)造，是理智的自由發(fā)明。他這樣說過：“一切概念，甚至那些最接近經(jīng)驗(yàn)韻概念，從邏輯觀點(diǎn)看來，都是一些自由選擇的約定。

一開始，愛因斯坦也對洛倫茲的電子論（是1895年的論文，而不是1904年的電子論的最終形式）發(fā)生過興趣，這是一種構(gòu)造性的理論?？墒遣痪茫麖钠绽士说牧孔诱撝锌吹?，輻射具有一種分子結(jié)構(gòu)。這是同麥克斯韋理論相矛盾的，而且麥克斯韋理論也不能導(dǎo)致出正確的輻射壓漲落。愛因斯坦在“自述”中談到了他當(dāng)時的轉(zhuǎn)變：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首創(chuàng)性工作以后不久，這類思考已使我清楚地看到：不論是力學(xué)還是熱力學(xué)(除非在極限情況下)都不能要求嚴(yán)格有效。漸漸地我對那種根據(jù)已知事實(shí)用構(gòu)造性的努力去發(fā)現(xiàn)真實(shí)定律的可能性感到絕望了。我努力得愈久，就愈加絕望，也就愈加確信，只有發(fā)現(xiàn)一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結(jié)果?！睆拇藭r起，愛因斯坦就斷然決定用探索性的演繹法來解決問題。

四、愛因斯坦的探索性的演繹法的特色

作為科學(xué)推理的演繹法，可以說是源遠(yuǎn)流長了。早在古希臘時代，著名的哲學(xué)家、形式邏輯的創(chuàng)始人亞里士多德就提出了歸納和演繹這兩種邏輯方法，并認(rèn)為演繹推理的價值高于歸納推理。而古希臘名聲最大的數(shù)學(xué)家歐幾里得，在《幾何原本》中把幾何學(xué)系統(tǒng)化了，這部流傳千古的名著就是邏輯演繹法的典范。牛頓在建立他的力學(xué)理論體系時雖然運(yùn)用了歸納法，但其集大成著作《原理》的敘述方法卻采用的是演繹法。愛因斯坦的探索性的演繹法絕不是這種古老的演繹法的簡單照搬。他根據(jù)自己的科學(xué)研究實(shí)踐，順應(yīng)當(dāng)時理論科學(xué)發(fā)展的潮流，對演繹法作了重大發(fā)展，賦予了新的內(nèi)容。也許是為了強(qiáng)調(diào)他的演繹法與傳統(tǒng)的演繹法的不同，他在“演繹法”前面加上了限制性的定語——“探索性的”，這個定語也恰當(dāng)?shù)乇砻髁怂难堇[法的主要特征。與傳統(tǒng)的演繹法相比，愛因斯坦的探索性的演繹法是頗有特色的。這主要表現(xiàn)在以下三個方面。

第一，明確地闡述了科學(xué)理論體系的結(jié)構(gòu)，恰當(dāng)?shù)刂该髁怂季S同經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系問題，充分肯定了約定在建造理論體系時的重要作用。愛因斯坦把科學(xué)理論體系分為兩大部分，其一是作為理論的基礎(chǔ)的基本概念和基本原理，其二是由此推導(dǎo)出的具體結(jié)論。在愛因斯坦看來，那些不能在邏輯上進(jìn)一步簡化的基本概念和基本假設(shè)，是理論體系的根本部分，是整個理論體系的公理基礎(chǔ)或邏輯前提。它們實(shí)際上“都是一些自由選擇的約定”；它們“不能從經(jīng)驗(yàn)中抽取出米，而必須自由地發(fā)明出來”。談到思維同經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系問題時，愛因斯坦說：直接經(jīng)驗(yàn)ε是已知的，A是假設(shè)或公理，由它們可以通過邏輯道路推導(dǎo)出各個個別的結(jié)論S；S然后可以同ε聯(lián)系起來(用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)明)。從心理狀態(tài)方面來說，A是以ε為基礎(chǔ)的。但是在A和ε之間不存在任何必然的邏輯聯(lián)系，而只有通過非邏輯的方法——“思維的自由創(chuàng)造”(或約定)——才能找到理論體系的基礎(chǔ)A。愛因斯坦明確指出：“物理學(xué)構(gòu)成一種處在不斷進(jìn)化過程中的思想的邏輯體系。它的基礎(chǔ)可以說是不能用歸納法從經(jīng)驗(yàn)中提取出來的。而只能靠自由發(fā)明來得到。這種體系的根據(jù)(真理內(nèi)容)在于導(dǎo)出的命題可由感覺經(jīng)驗(yàn)來證實(shí)，而感覺經(jīng)驗(yàn)對這基礎(chǔ)的關(guān)系，只能直覺地去領(lǐng)悟。進(jìn)化是循著不斷增加邏輯基礎(chǔ)簡單性的方向前進(jìn)的。為了要進(jìn)一步接近這個目標(biāo)，我們必須聽從這樣的事實(shí)：邏輯基礎(chǔ)愈來愈遠(yuǎn)離經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，而且我們從根本基礎(chǔ)通向那些同感覺經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的導(dǎo)出命題的思想路線，也不斷地變得愈來愈艱難、愈來愈漫長了。”

第二，大膽地提出了“概念是思維的自由創(chuàng)造”、“范疇是自由的約定”的命題，詳細(xì)地闡述了從感覺經(jīng)驗(yàn)到基本概念和基本原理的非邏輯途徑。愛因斯坦指出，象馬赫和奧斯特瓦爾德這樣的具有勇敢精神和敏銳本能的學(xué)者，也因?yàn)檎軐W(xué)上的偏見而妨礙他們對事實(shí)做出正確的解釋(指他們反對原子論)。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在于相信毋須自由的構(gòu)造概念，事實(shí)本身能夠而且應(yīng)該為我們提供科學(xué)知識。這種誤解之所以可能，是因?yàn)槿藗儾蝗菀渍J(rèn)識到，經(jīng)過驗(yàn)證和長期使用而顯得似乎同經(jīng)驗(yàn)材料直接相聯(lián)系的那些概念，其實(shí)都是自由選擇出來的。愛因斯坦認(rèn)為，物理學(xué)家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界體系就能用單純的演繹法建立起來。要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律。”

為了從經(jīng)驗(yàn)材料中得到基本原理。除了通過“以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺”外，愛因斯坦還指出可以通過“假設(shè)”、“猜測”、“大膽思辨”、“創(chuàng)造性的想像”、“靈感”、“幻想”、“思維的自由創(chuàng)造”、“理智的自由發(fā)明”、“自由選擇的約定”等等。不管方法如何變化，它們都有—個共同點(diǎn)，即基本概念和基本原理只能通過非邏輯的途徑自由創(chuàng)造出來。這樣一來，基本概念和基本原理對于感覺經(jīng)驗(yàn)而言在邏輯上是獨(dú)立的。愛因斯坦認(rèn)為二者的關(guān)系并不像肉湯同肉的關(guān)系，而倒有點(diǎn)像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關(guān)系。也正由于如此，從感覺經(jīng)驗(yàn)得到基本概念和原理就是一項(xiàng)十分艱巨的工作，這也是探索性的演繹法的關(guān)鍵一步。因此，愛因斯坦要求人們“對于承擔(dān)這種勞動的理論家，不應(yīng)當(dāng)吹毛求疵地說他是‘異想天開'；相反，應(yīng)當(dāng)允許他有權(quán)去自由發(fā)揮他的幻想，因?yàn)槌艘酝饩蜎]有別的道路可以達(dá)到目的。他的幻想并不是無聊的白日做夢，而是為求得邏輯上最簡單的可能性及其結(jié)論的探索?！?/p>

關(guān)于愛因斯坦所說的“概念是思維的自由創(chuàng)造”和“范疇是自由的約定”，其中的“自由”并非任意之謂，即不是隨心所欲的杜撰.愛因斯坦認(rèn)為，基本概念和基本原理的選擇自由是一種特殊的自由。它完全不同作家寫小說時的自由，它倒多少有點(diǎn)像一個人在猜一個設(shè)計(jì)得很巧妙的字謎時的那種自由。他固然可以猜想以無論什么字作為謎底，但是只有一個字才真正完全解決了這個字謎。顯然，愛因斯坦所謂的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理時思維方式的自由、它們的表達(dá)方式的自由以及概括程度高低的自由，—般說來，它們包含的客觀實(shí)在的內(nèi)容則不能是任意的。這就是作為反映客觀實(shí)在的人類理智結(jié)晶的科學(xué)之客觀性和主觀性的統(tǒng)一。誠如愛因斯坦所說：“科學(xué)作為一種現(xiàn)存的和完成的東西，是人們所知道的最客觀的，同人無關(guān)的東西。但是，科學(xué)作為一種尚在制定中的東西，作為一種被迫求的目的，卻同人類其他一切事業(yè)一樣，是主觀的，受心理狀態(tài)制約的?！?/p>

第三，明確地把“內(nèi)在的完備”作為評判理論體系的合法性和正確性的標(biāo)準(zhǔn)之一。在愛因斯坦看來，探索性的演繹法就是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的引導(dǎo)下，通過思維的自由創(chuàng)造，發(fā)明出公理基礎(chǔ)，然后以此為出發(fā)點(diǎn)，通過邏輯演繹導(dǎo)出各個具體結(jié)論，從而構(gòu)成完整的理論體系。但是，評判這個理論體系的合法性和正確性的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢?愛因斯坦晚年在“自述”中對這個問題作了綱領(lǐng)性的回答。他認(rèn)為，第一個標(biāo)準(zhǔn)是“外部的證實(shí)”，也就是說，理論不應(yīng)當(dāng)同經(jīng)驗(yàn)事實(shí)相矛盾。這個要求初看起來似乎十分明顯，但應(yīng)用起來卻非常傷腦筋。因?yàn)槿藗兂３?，甚至總是可以用人為的補(bǔ)充假設(shè)來使理論同事實(shí)相適應(yīng)，從而堅(jiān)持一種普遍的理論基礎(chǔ)。但是，無論如何，這種觀點(diǎn)所涉及的是用現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)采證實(shí)理論基礎(chǔ)。這個標(biāo)準(zhǔn)是眾所周知的，也是經(jīng)常運(yùn)用的。有趣的是愛因斯坦提出的第二個標(biāo)準(zhǔn)——“內(nèi)在的完備”。它涉及的不是理論同觀察材料的關(guān)系問題，而是關(guān)于理論本身的前提，關(guān)于人們可以簡單地、但比較含糊地稱之為前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“邏輯簡單性”。也就是說，這些不能在邏輯上進(jìn)一步簡化的元素要盡可能簡單，并且在數(shù)目上盡可能少，同時不至于放棄對任何經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容的適當(dāng)表示。這個觀點(diǎn)從來都在選擇和評價各種理論時起著重大的作用，但是確切地把它表達(dá)出來卻有很大困難。這里的問題不單是一種列舉邏輯上獨(dú)立的前提問題(如果這種列舉是毫不含糊地可能的話)，而是一種在不可通約的質(zhì)之間作相互權(quán)衡的問題。其次，在幾種基礎(chǔ)同樣“簡單”的理論中，那種對理論體系的可能性質(zhì)限制最嚴(yán)格的理論(即含有最確定論點(diǎn)的理論)被認(rèn)為是比較優(yōu)越的。理論的“內(nèi)在的完備”還表現(xiàn)在：從邏輯的觀點(diǎn)來看，如果一種理論并不是從那些等價的和以類似方式構(gòu)造起來的理論中任意選出的，那么我們就給予這種理論以較高的評價。

愛因斯坦看到了“內(nèi)在的完備”這一標(biāo)準(zhǔn)不容忽視、不可替代的特殊作用。他指出，當(dāng)基本概念和基本原理距離直接可觀察的東西愈來愈遠(yuǎn)，以致用事實(shí)來驗(yàn)證理論的含義就變得愈來愈困難和更費(fèi)時日的時候，“內(nèi)在的完備”標(biāo)準(zhǔn)對于理論的選擇和評價就一定會起更大的作用。他還指出，只要數(shù)學(xué)上暫時還存在著難以克服的困難，而不能確立這個理論的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)涵：邏輯的簡單性就是衡量這個理論的價值的唯一準(zhǔn)則，即使是一個當(dāng)然還不充分的準(zhǔn)則。愛因斯坦的“內(nèi)在完備”標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上是不可言傳的，但是它在像愛因斯坦這樣的具有“以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺”的人的手中，卻能夠有效地加以運(yùn)用，而且預(yù)言家們在判斷理論的內(nèi)在完備時，它們之間的意見往往是一致的。

理論物理范文第5篇

有人可能認(rèn)為培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生主要靠課外小組和個別輔導(dǎo)，與課堂教學(xué)關(guān)系不大，這種看法是片面的，實(shí)際上課堂教學(xué)也是至關(guān)重要的．本文著重從高中物理課堂教學(xué)這一側(cè)面來總結(jié)取得這些成果的經(jīng)驗(yàn)．

我們十多年來的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以總結(jié)成三句話：追根尋源真一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)研究多一點(diǎn)，能力要求高一點(diǎn)，簡稱“三點(diǎn)”教學(xué)法，因此我們稱自己的教材為“三點(diǎn)”法教材．

我們的“三點(diǎn)”法教學(xué)完全是根據(jù)國家教委頒布的高中物理教學(xué)大綱編寫的．因?yàn)槲覀兠鎸Φ氖侨鄬W(xué)生，不可能而且也不應(yīng)該把課堂教學(xué)變成物理競賽輔導(dǎo)，我們確確實(shí)實(shí)通過課堂教學(xué)明顯提高了學(xué)生的素質(zhì)和能力，為學(xué)生在高考和物理競賽中取得優(yōu)異成績打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)．

一、追根尋源真一點(diǎn)

一個學(xué)生學(xué)習(xí)物理，首先接觸到的就是物理定律．因此，怎樣搞好物理定律教學(xué)，必然是每個物理教師首先要考慮的問題．

在進(jìn)行某一物理定律教學(xué)時，我們有意識補(bǔ)充了大量的與這一定律的建立過程有關(guān)的內(nèi)容，這就是所謂的“溯源”教學(xué)．任何一個重要物理定律的建立，都有一個艱辛而漫長的過程．探索定律的工作只所以能成功，這個定律最后只所以能夠確立起來，其中一定有很多科學(xué)的研究方法和正確的推理思維方式，這些內(nèi)容毫無疑問是屬于物理學(xué)科中最重要的東西，是人類一筆寶貴的知識財(cái)富，也是我們物理教學(xué)的寶貴財(cái)富．

在講授牛頓萬有引力定律時，我們從第谷對行星進(jìn)行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起，然后是開普勒在擁有這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過大量計(jì)算總結(jié)出描寫天體運(yùn)動的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律（開普勒三定律），最后才是牛頓用定量的動力學(xué)原理對這些規(guī)律予以解釋，終于發(fā)現(xiàn)了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律．在學(xué)習(xí)牛頓萬有引力定律的過程中，我們還著重向?qū)W生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗(yàn)證”三種科學(xué)研究的重要方法．

在學(xué)習(xí)庫侖定律的過程中，我們糾正了學(xué)生由于大多數(shù)教科書敘述籠統(tǒng)而形成的錯誤觀念，使他們明白：1．庫侖當(dāng)年只用扭秤做了兩個同種電荷互相排斥的實(shí)驗(yàn)，而未做兩個異種電荷互相吸引的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵诤笠粚?shí)驗(yàn)中的平衡有可能是不穩(wěn)定的．庫侖是用電擺來完成后一實(shí)驗(yàn)的；2．無論是扭秤還是電擺，精確度都是很有限的，根本無法確定兩電荷之間的作用力與距離的平方成反比，更不是和距離的1．98次方或2．02次方成反比．當(dāng)年的庫侖（實(shí)際上還有更早的卡文迪許），以及后來的麥克斯韋、普林普頓等人都是用另一種實(shí)驗(yàn)方法將指數(shù)的精度逐漸提高，直至今天的2±3×10－16，終于使庫侖定律成為當(dāng)今物理學(xué)中最精確的定律之一．結(jié)合庫侖定律的建立過程，我們還向?qū)W生介紹了“類比”和“演繹驗(yàn)證”的方法．

在學(xué)習(xí)歐姆定律的過程中，學(xué)生一開始都以為研究通過導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系是不困難的，只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可．可是我告訴他們，在歐姆那個年代，非但沒有電流表、電壓表等儀器，連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有，歐姆所面臨的困難之大是可想而知的．他到底是怎樣得到這個電學(xué)中最重要的定律的呢？學(xué)生頓時產(chǎn)生了濃厚的興趣．在學(xué)習(xí)歐姆定律誕生過程的同時，我們還結(jié)合歐姆的實(shí)踐，介紹了用圖線探究新規(guī)律的方法．

此外，我們還結(jié)合牛頓運(yùn)動定律介紹了“理想實(shí)驗(yàn)”、“推理”、“實(shí)驗(yàn)研究”等方法，結(jié)合氣體定律介紹了“分析法”，結(jié)合能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律介紹了“綜合法”．使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握了一些重要的科學(xué)研究方法．有的同學(xué)深有體會地說：物理定律是寶貴的，但研究物理定律的科學(xué)方法更寶貴．誰掌握了這些方法，誰就能不斷地去探索大自然層出不窮的奧秘．

在物理定律的教學(xué)中，我們在課堂上經(jīng)常采用設(shè)問的方法，不是直接告訴學(xué)生某個定律是怎樣建立起來的，而是不斷地提出問題讓學(xué)生去思考，擺出困難讓學(xué)生去克服，提出任務(wù)讓學(xué)生去完成，制定目標(biāo)讓學(xué)生去實(shí)現(xiàn)．這樣可以有效地發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維和解決問題的能力．

我們要求學(xué)生在課外進(jìn)行大量自學(xué)．早在公元前4世紀(jì)，古希臘蘇格拉底明確強(qiáng)調(diào)過：“好的、正確的教學(xué)不是傳遞，而是對學(xué)生的自學(xué)輔導(dǎo)”．我一貫強(qiáng)調(diào)學(xué)生要學(xué)會自學(xué)、討論、研究．我教的優(yōu)秀學(xué)生，學(xué)得的物理知識，最多只有一半是在課堂上聽我講的，其它一概由他們自學(xué)．到一定階段，我開始指定幾個學(xué)得比較好的學(xué)生輪流給其他學(xué)生上課．每次課分兩部分，前半部分由主講同學(xué)講，后半部分由全體同學(xué)提問、討論．像王泰然和任宇翔在高二階段就給其他同學(xué)作過二十幾次講座，楊亮、謝小林、陳匯鋼等同學(xué)也不例外．

我們這種自學(xué)討論式教學(xué)還延續(xù)到學(xué)生畢業(yè)以后．獲金牌或?qū)W有所成的學(xué)生進(jìn)了大學(xué)甚至出國留學(xué)后，有機(jī)會還回來給小同學(xué)談自己的體會．例如1994年暑假任宇翔從美國回國探親一個月，來學(xué)校給95、96屆學(xué)生講了10次課．他向小學(xué)友介紹物理學(xué)中一些新進(jìn)展、中美物理教學(xué)中的差異以及他們當(dāng)年學(xué)習(xí)過程中曾激烈爭論過的問題，使聽課的學(xué)生大受裨益．1996年暑假，謝小林和陳匯鋼兩位金牌獲得者又為97、98屆同學(xué)講了十多天課．他們既講物理知識，又講國家集訓(xùn)隊(duì)隊(duì)員奮發(fā)學(xué)習(xí)的感人事跡，使小同學(xué)們大開眼界．

這樣的訓(xùn)練方法也得到了權(quán)威人士的肯定．1992年10月，在上海召開的全國物理特級教師會議上，原中國物理學(xué)會副理事長、現(xiàn)全國中學(xué)物理競賽委員會主任、北京大學(xué)沈克琦教授在他的題為“國際物理奧林匹克競賽與中學(xué)物理教學(xué)”的報(bào)告中說：“我聽到兩名得金牌的上海學(xué)生講他們的老師如何培養(yǎng)他們的情況，我認(rèn)為這個經(jīng)驗(yàn)倒很值得推廣．他們說他們的老師不是采取灌輸?shù)霓k法，而是啟發(fā)引導(dǎo)，要求他們給同學(xué)講課，這對他們搞清概念原理和科學(xué)地進(jìn)行表達(dá)都非常有幫助．我想這可能是提高優(yōu)秀學(xué)生能力的有效方法之一．”

那么自學(xué)為什么會對提高學(xué)生的能力起這么大的作用呢？從心理學(xué)角度來看，自學(xué)與聽課可能有以下兩點(diǎn)不同：

（1）人類的思維活動表現(xiàn)為分析、綜合、比較、抽象、概括等過程．一個學(xué)生在自學(xué)某一個新的物理內(nèi)容時，少不了理解、思考、建立正確的物理模型等工作，這里面充滿了分析、綜合、比較等過程．因此相對聽課而言，自學(xué)對學(xué)生的思維活動提出了更高的要求，從而使他們得到更大的鍛煉．

（2）人們的注意可分為無意注意、有意注意和有意后注意三種．事先沒有預(yù)定的目標(biāo)，也不需要作意志努力的注意叫做無意注意；有預(yù)定的目標(biāo)，在必要時還需作一定的意志努力的注意叫做有意注意．一個學(xué)生在自學(xué)的時候，他的目的一定是十分明確的，而且需要一定的意志努力（否則難以堅(jiān)持），因此學(xué)生在自學(xué)時，可保證在絕大多時間內(nèi)都處于有意注意的狀態(tài)，這一點(diǎn)對提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)能力都是很有好處的．有的學(xué)生在自學(xué)中往往會十分投入，進(jìn)入一種旁若無人的境地，而相對來說，這種情況在聽課時就比較少．一個學(xué)生堅(jiān)持自學(xué)一段時間之后，便能漸漸地從有意注意轉(zhuǎn)化到有意后注意，即不需要意志努力也能夠?qū)⒆约旱淖⒁饬﹂L期保持在這項(xiàng)工作上．有意后注意是一種高級類型的注意，它既有明確的目的，又不需要用意志努力來維持，是人類從事創(chuàng)造性活動的必需條件．學(xué)生一旦進(jìn)入這種狀態(tài)，他們的物理學(xué)習(xí)效率就會大大提高，學(xué)習(xí)成績就會有明顯進(jìn)步．

二、實(shí)驗(yàn)研究多一點(diǎn)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)中的每一個概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和確立主要依賴于實(shí)驗(yàn)．因此，在高中物理教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方面的訓(xùn)練，無疑是提高物理教學(xué)質(zhì)量的一條必由之路．

目前中學(xué)物理教學(xué)大綱中安排了相對數(shù)量的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，不難發(fā)現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)存在著某些不足，主要表現(xiàn)在下面幾個方面：

第一，教材中幾乎所有實(shí)驗(yàn)是為配合所學(xué)內(nèi)容而安排的，目的是幫助學(xué)生加深對所學(xué)內(nèi)容的理解，因此學(xué)生不易通過這些實(shí)驗(yàn)掌握一些重要的實(shí)驗(yàn)方法．

第二，課本中每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟都講得十分清楚，學(xué)生只需按部就班地完成實(shí)驗(yàn)操作即可．這樣的實(shí)驗(yàn)只能增加學(xué)生的感性認(rèn)識，鍛煉學(xué)生的動手操作能力，而對學(xué)生創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練是不夠的，也無法培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力．

第三，目前課本中的實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只要學(xué)懂了書上的定律，一般都能輕而易舉地完成實(shí)驗(yàn)．這種安排違反了教育應(yīng)該走在學(xué)生智力發(fā)展前面的原則，對培養(yǎng)學(xué)生的能力是不利的．

針對以上不足，我們對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改革，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)為發(fā)展學(xué)生的智力，提高學(xué)生的素質(zhì)服務(wù)．在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革方面，我們主要采取了以下三條措施：

（1）增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量．

不論是在課堂演示實(shí)驗(yàn)，還是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)或小實(shí)驗(yàn)方面，平均增加了60％的實(shí)驗(yàn)．其中有一部分新實(shí)驗(yàn)，學(xué)校沒有現(xiàn)成的儀器，安排學(xué)生自己制作，對學(xué)生有較高的要求．

（2）重視實(shí)驗(yàn)誤差討論．

物理實(shí)驗(yàn)離不開測量，測量是實(shí)驗(yàn)科學(xué)最本質(zhì)的東西．從某種意義上講，結(jié)果準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)就是成功的實(shí)驗(yàn)，反之就是不成功的實(shí)驗(yàn)．因此在培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生的過程中，應(yīng)該讓他們掌握一些必要的實(shí)驗(yàn)誤差的基本知識．在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時，要求學(xué)生們盡量消除實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差；在選擇實(shí)驗(yàn)器材時要考慮它的精確程度；在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，要采用盡量科學(xué)的方法．

（3）加強(qiáng)重要實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)．

在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中有一些重要的方法，比如減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的方法、減小實(shí)驗(yàn)偶然誤差的方法、實(shí)驗(yàn)探究規(guī)律的方法、迂回測量的方法等，這些方法不是在個別實(shí)驗(yàn)中，而是在許多實(shí)驗(yàn)中都有應(yīng)用，因此具有一定的普遍意義，這些方法一定要讓學(xué)生很好地掌握．在必要時，我們甚至根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法來安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，集中安排幾個某種方法體現(xiàn)比較典型的實(shí)驗(yàn)，這樣便于學(xué)生深刻領(lǐng)會和熟練掌握某一種實(shí)驗(yàn)方法．

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革方面，我們做了以下嘗試：

（1）在課堂上創(chuàng)設(shè)一些實(shí)驗(yàn)問題讓學(xué)生研究．

在高中階段，每周至少有4節(jié)物理課，充分利用物理課中碰到的各種各樣問題，可設(shè)計(jì)一些供學(xué)生討論的實(shí)驗(yàn)題目，并引導(dǎo)他們一步一步地探索、解決．

我在講功率一節(jié)時，設(shè)計(jì)了這樣一個實(shí)驗(yàn)題目：要求測定一個人騎自行車的功率．在自行車由靜止啟動的過程中，人做的功除了增加人和車的動能之外，還要克服空氣阻力和地面的摩擦力，其中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的？學(xué)生根據(jù)自己騎自行車的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為空氣阻力是很明顯的，不能忽略，而地面和車輪之間的滾動摩擦一般比較小，可以忽略．接下來的問題是怎樣測量人克服空氣阻力做的功？學(xué)生都有這樣的體會：頂風(fēng)騎車時，騎得越快風(fēng)的阻力越大，因此可以設(shè)風(fēng)的阻力和車的速度成正比．車的速度怎樣測？風(fēng)的阻力和車速成正比的比例因數(shù)是多少？問題一個接著一個地出現(xiàn)，被大家一個又一個地解決，終于找到了一個大家都比較滿意的實(shí)驗(yàn)方案．接著全班同學(xué)興高采烈地到操場上去做實(shí)驗(yàn)，最后再回到教室里，師生一起處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出圖象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果．在整個實(shí)驗(yàn)過程中，除了實(shí)驗(yàn)題目是由老師提出的外，實(shí)驗(yàn)方案和解決問題的途徑都是由學(xué)生討論研究出來的，因此他們都覺得很有意思，收獲很大．

（2）對課本中一些重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究．

物理課本中有大量現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)，有時可以對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一些討論和改進(jìn)．

在做直流電路的實(shí)驗(yàn)時，我們讓學(xué)生對伏安法測量導(dǎo)體的電阻這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的研究．用簡單的伏安法電路，不論是采用電流表內(nèi)接還是電流表外接，都有系統(tǒng)誤差．結(jié)合這個問題，我給學(xué)生介紹了補(bǔ)償?shù)乃枷?，然后由學(xué)生自己設(shè)計(jì)了電流補(bǔ)償和電壓補(bǔ)償兩種線路．補(bǔ)償法解決了由于實(shí)驗(yàn)電路不完善帶來的系統(tǒng)誤差，但這個矛盾解決了，電流表和電壓表不夠準(zhǔn)確的問題上升為主要矛盾．怎么辦？經(jīng)過進(jìn)一步研究改進(jìn)，大家認(rèn)為可以用準(zhǔn)確度高得多的電阻箱來取代電壓表和電流表，再輔以靈敏度很高的電流表，便可以明顯提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，這就是常用的惠斯通電橋．接下來學(xué)生分別用簡單伏安法、補(bǔ)償伏安法和惠斯通電橋測量了同一個標(biāo)準(zhǔn)電阻，比較測量結(jié)果，可以證實(shí)先前的想法．在歷史上，從伏安法到惠斯通電橋是有一個很長的過程的，而在我們這堂實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生經(jīng)歷了這么一個碰到問題、分析問題、解決問題的完整過程．這樣的實(shí)驗(yàn)課對增強(qiáng)學(xué)生的能力是很有幫助的．

（1）和（2）實(shí)際上都是不斷地給學(xué)生提出新的目標(biāo)，誘導(dǎo)他們提高實(shí)驗(yàn)水平，我們有時稱之為“目的誘導(dǎo)法”．

（3）給特優(yōu)學(xué)生安排一些特殊實(shí)驗(yàn)．

我校有一批進(jìn)口物理儀器，性能比較好，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容面也比較廣．這批儀器的說明書是英文或日文的，我指定一名學(xué)生準(zhǔn)備某一個實(shí)驗(yàn)，要求他先翻譯好說明書，準(zhǔn)備好器材，然后帶領(lǐng)其他同學(xué)做實(shí)驗(yàn)．這個主講的學(xué)生還要準(zhǔn)備好一些討論題，在實(shí)驗(yàn)后供同學(xué)們討論．學(xué)生對這樣的實(shí)驗(yàn)非常感興趣．此類實(shí)驗(yàn)雖然有時和高考、競賽沒有直接的關(guān)系，但是這種帶有研究性的實(shí)驗(yàn)對優(yōu)秀學(xué)生很有好處．

三、能力要求高一點(diǎn)

物理習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分．不論是教師還是學(xué)生，都在解習(xí)題上花費(fèi)了大量的時間，因此，習(xí)題教學(xué)的改革是一個很重要的問題．

就本質(zhì)來說，物理習(xí)題是人們編制的一些假想物理場景．毫無疑問，物理學(xué)家是不會去做物理習(xí)題的，而他們是在研究那些真實(shí)的、尚未發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律．同樣，發(fā)明家也是不會去做物理習(xí)題的，他們是在力圖應(yīng)用已有的物理規(guī)律去解決一系列實(shí)際問題，那么我們?yōu)槭裁匆寣W(xué)生做那么多人為假想的物理習(xí)題？目的無非是要培養(yǎng)學(xué)生的理解、分析、推理等能力．所以物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)該圍繞這個目標(biāo)來進(jìn)行．

我們常用以下兩種方法來進(jìn)行習(xí)題教學(xué)：

（1）按照解題方法組織習(xí)題教學(xué)

一般的習(xí)題都是按力、熱、電、光的順序來講授的，但我們比較傾向于按照解題方法來講解物理習(xí)題．例如理想化法、整體法和隔離法、等效替代法、小量分析法、疊加法、對稱法、圖象法等，這樣比較有利于學(xué)生掌握一些重要的解題方法．到學(xué)習(xí)的某一階段，集中將一批用解決方法相同的習(xí)題安排給學(xué)生練習(xí)，使他們由不會用到會用這種方法．在以后的學(xué)習(xí)中，每隔一定階段讓這種方法再出現(xiàn)一次，以加深這種解題方法在大腦中的印象，達(dá)到牢固掌握，應(yīng)用自如的目的．