理想实验在物理教学中的作用

【摘要】近些年来，我国的中学物理教学取得了重大的进步，而物理知识的学习和研究往往是离不开实验的，在物理学中有许多的研究成果都是科学家应用理想实验来分析论证得到的，而无法通过真实实验的具体操作来展现，但它却能够更深刻的反映自然规律以及实验对象的本质。理想实验在我们的中学物理教学中起到了很大的作用，帮助学生建立物理学理论体系，加深对物理知识的理解，应用理想实验的学习不仅可以激发学生的学习兴趣，也提高了学生的思维能力和分析问题的能力。

【关键词】理想实验;物理教学;学习兴趣;作用;能力

一、什么是理想实验

1.物理实验

在物理的科学研究过程中，物理实验担负了重要作用，如探索新物质、发现新的规律、验证理论、测定常数、实现理论向技术的转化等。由于物理教学的本身的地位和特点，物理实验在教学中有着特殊作用。

2.理想实验

所谓理想实验，又叫做假想实验和思想上的实验，就是无法应用具体的物理实验来准确的展现出结果的实验，是科学家应用物理学的理论知识合理的想象并且以真实物理实验为基础进行的理论研究、推理和进一步的抽象分析，并且在研究中，忽略了次要问题，放大了主要问题，它能够达到真实物理实验无法达到的简化程度，并且实验分析的结果简明扼要的说明了实验对象的本质，更深刻的反映了自然规律。也就是说，思维上可以达到理想化，实际上却永远无法依靠真实的实验精准无误的给出详细证明，甚至有很多的理想实验至今都无法应用真实的实验来证明，但它们仍然都是正确的，模拟虽然有别于观察实验，但它仍属于获取知识的实践过程，其中也应用到了分析、比较、判断推理等理性思维，而在我们现实的技术发展中也或多或少的应用了这些原理。

3.理想实验与普通物理实验的区别

理想实验在特征和目的上是与真实的物理实验极为相似的，但由于它无法精准的展现出实验现象而不能当做是检验科学理论的标准。但设计理想实验要以真实的物理实验为基础，设想与之相似的实验物、实验条件和实验过程，而且推理要严密，经得起推敲。

理想实验与真实物理实验的差别就在于，在真实物理实验中，科学家通过实验的现象来分析研究得出的结论，总是存在一些不可消除的误差，但在理想实验中，理想实验则是由科学家通过针对理论知识的分析，不断猜想和应用理论基础验证而得来的，大大简化了实验中的问题，而判定它并不存在误差，并且，理想实验是可以充分发挥人们的想象力，并且可以超过现代科学技术的一种实验，但是普通物理实验则会受到实际科学技术的限制。所以在针对于中学物理的某些知识的讲解上，我们有时无法让学生真正的观察到实验的过程及现象，只能依靠教师建立理想模型来进行实验，针对过程来讲解，提出猜想和假设，通过理论分析来解释问题，这不仅对教师在这方面知识的掌握要求有所提高，也需要学生在学习上更加的集中专注。并且学习理想实验的建立分析过程，这不仅大大的锻炼了学生的想象力、思维能力和分析问题的能力，同时也激发了学生想要知道、想要理解问题的迫切心情和激发了学生学习物理的兴趣。

二、如何应用理想实验进行物理教学及其作用

（一）应用理想实验进行物理教学

在初中物理学中有声音的传播是需要依靠介质的，高中物理学中有单摆以及牛顿第一定律等等，接下来我们分别进行分析。

1.真空不可传声

在讲解这一节课的时候，我们都知道声音是可以在空气中传播的，就像我们聽到的各种声音就可以说明，并且除了在空气中还能在水中在金属中传播，我们可知，声音传播都是通过一些物质或物体的，而我们要判断声音的传播是否一定需要介质的时候，那就要判断真空中声音是否可以传播，具体实验如下：首先是把一个手机放入一个玻璃罩内，开始的时候玻璃罩内有空气内外压强相同，我们用另一个手机打入电话时，可以听到手机铃声的声响，这时教师开始不断地抽出玻璃罩内的空气，学生们会发现玻璃罩内的手机铃声的声响在逐渐的变小，我们会发现随着玻璃罩内空气的密度变小，传播声音的能力越来越小，因为我们课堂上的实验是无法把玻璃罩内抽成绝对的真空，所以无法达到我们想要的理想实验环境，这时我们就可以利用合理的猜想，假设我们把玻璃罩内的空气全部抽完，抽成绝对的真空情况下，我们猜想将不会听到手机铃声。

2.牛顿第一定律

在讲解这一节课的时候，学生们首先会认为亚里士多德的结论“力是维持物体运动的原因”是正确的，就像人在行走的时候都是因为人的脚地受到了摩擦力的作用所以人才能向前行走，还有就是小孩踢球的时候，正是因为受到力的作用了，球才会被踢开，针对我们实际观察的现象都很容易给学生造成这种假象，认为力是维持物体运动的原因。并且在实际上，我们也无法让物体不受任何力的作用，这个时候，教师就会想到应用我们之前学过的伽利略的实验，小球在光滑的斜面上运动的情况来进行分析，在小球不受任何力的作用下，当小球从一个斜面上滑落下来，紧接着又滑上另一个斜面上会达到与第一个斜面相同高度时停止，不断的做往复运动并且每次都达到相同的高度，这时，如果我们把另一个斜面改成平滑的水平面呢？让学生们来猜想，小球如果其中一个斜面变成了平滑的水平面，这样小球无法达到和第一个斜面相同的高度则它会继续不断的运动下去，永不停止。这个猜想的提出是因为我们都知道完全无摩擦的运动是不存在的，所以我们应用了理想实验，从这样的猜想分析，就得到了牛顿第一定律的结论，物体在不受任何外力的作用下或它所受的合外力为零的情况下，它将保持静止或匀速直线运动状态。

通过以上两个无法真实演示的理论，应用理想实验来进行分析的中学物理课程，我们从中了解到，理想实验对于我们中学物理学习和教学会存在很大的帮助，它不仅简化了许多问题使我们的课堂教学和问题研究更加简单，还能够更直接更快速的得到准确的结果，这也是理想实验被广泛应用的原因。

（二）理想实验的作用

理想实验不仅仅是在科学研究上起到很大作用，在物理教学中也有很大的作用，通过理想实验在中学物理课堂上的应用我们得知，理想实验不仅可以帮助我们解决许许多多的科学探究难题，还有助于培养学生的想象力、创造力以及自主学习自主思考的能力，还能够激发学生对物理学科的学习兴趣。

1.理想实验在探究物理问题中的作用

我们在学习物理的同时，少不了的就是对于物理问题的探究，而探究过程也就少不了实验，对于过去的很多实验结论的得出，因科学技术的限制无法应用具体的实验来研究，科学家采用了理想实验的方法来分析研究，然而对于现在的科学研究、学术研究、教学研究的实验，也都会因为现代科学技术的局限条件而影响到我们的实验结果，更有甚至使我们根本无法用实际的实验来演示的，这当然就要应用到我们的理论知识来具体问题具体的分析，思想理想化，提出理想化条件，建立理想实验模型，利用我们所掌握的理论知识猜想假设，提出问题，以便我们对问题进行分析讨论研究，能够帮助我们解释更多无法应用现有的科学实验演示出来的问题和结论。

在进行物理课时，理想实验同样也帮助了教师们来解决一些无法用普通物理实验来给学生们演示的物理原理及物理现象，并且能够丰富理论知识的内容，使学生能够把学习过的知识相互串联，使学生找到物理知识中的衔接点，了解到知识是相互紧密联系的，相互铺垫的，并且能够更加清晰的展现出物理知识的条理性以及实验的原理和实验现象的本质问题。

2.如何利用理想实验培养学生的想象力、创造力和自主学习自主思考的能力

（1）利用理想实验培养学生的想象力和创造力

在物理实验课上，老师通常会应用一些学过的知识引发学生思考并回顾之前所学过的知识，来引出本节课的内容，引发学生思考和想象，有助于学生自己得出结论，这也说明了物理知识是相互联系的。对于物理实验来说也是一样的，就像我们介绍的真空不能传声这个实验时，也是通过让学生对实验现象一点一点的观察分析理解，总结归纳的，教师引发让学生自己在思维中创建实验条件，通过之前的实验现象，让学生自己来想象当我们把玻璃罩内的空气全部抽空的情景，并使实验条件达到理想条件，绝对真空条件，猜想是否我们就听不到玻璃罩里面的手机铃声的声音了，这个问题研究的过程就锻炼了学生的想象力和创造力。对于学生今后的学习以及科学研究来说是有很大帮助的，在面对类似的难题时，他们会应用他们的想象力和创造力以及适当的探究方法进行研究。

（2）利用理想试验培养学生的自主学习自主思考的能力

在我们的实验探究过程中，学生的思维思考的方式方法也很重要，在学习牛顿第一定律时，由于我们日常生活中的一些情况给学生造成了很多的假象以至于学生们对于亚里士多德的结论是赞同的，当老师提出了不同的结论时，就会引发学生们对这两个不同结论的思考和分析，这时候就需要学生自主的思考分析问题，使自己自觉主动的参与到学习探究过程中，这同样也锻炼了学生主动猜想、主动学习、主动思考的能力，這完全是符合现代教学计划的，让学生参与到学习和探究中来，教师的教导为引导，学生自主学习为主体的现代教学模式。

3.如何利用理想实验培养学生的学习兴趣

物理学科是一门理论知识和实验相互联系、相互辅助的学科，在中学我们所学习的所有科目中，物理学科也可以算是最难理解和学习的一门学科，对于大部分学生来说学好物理学还是存在着一定难度的，这就更需要提高学生的课堂效率、学习效率，这样才能够帮助学生学好物理。怎样才能够提高学生在课堂上学习物理的效率呢？这就需要教师在课程进行时多下功夫，想办法吸引住学生的目光，让学生发现探索知识的奥妙，对这门学科产生学习的兴趣，都说兴趣是最好的老师，有了兴趣就有了学习的动力。

我们都知道对于物理课来说，让学生学习纯粹的物理理论知识是乏味的，所以教师在进行物理课时，都会引用很多的实验，通过实验现象的奇妙之处来吸引学生学习物理，但是在我们的物理课程中，往往会有很多教师无法进行实验演示的内容，这样的课堂就很难带动学生参与到学习中来，而当这种情况就需要教师来发动学生，带动学生一起在思维中建立理想模型，进行理想实验，不仅锻炼了学生的思维能力，并且也应用到了实验过程，同样也可以让学生体验实验过程、实验方法，并且可以让学生感受到不同的实验方法有不同的结论不同的效果，发现理想试验中的新奇，从而吸引着学生继续进行研究，并使学生热爱这样的实验方式，这样才能够激发学生的对物理学科学习兴趣。

从以上的论述中我们不难发现，在我们中学物理教学的不断发展中，以及教师的教育方法，学生的学习方法的不断转变，在物理学的不断发展和进步中，在我们对物理学的研究和学习过程中，理想试验的巨大作用不断的显现出来，无论是在科学探究或是教师教学以及学生学习中，理想实验都会起到某些绝对性的作用。

参考文献

[1]李来政，何雄智《现代基础物理教育学》，华中师范大学出版社，2004年.

[2]封小超，王力邦《物理课程与教学论》，科学出版社，2005年.

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