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摘要：随着科学技术的飞速发展, 在物理教学中不仅需要使学生掌握丰富的科学文化知识, 而且还应培养其创造性。本文从物理实验在物理学领域的发展及科学技术中的地位和作用等方面, 论述了加强实验环节的必要性, 强调培养具有创新能力人才应注意理论与实践相结合。
关键词：实验环节；物理教学；创新能力
随着现今科学技术的高速发展, 不仅要求我们培养的学生要掌握丰富的科学文化知识, 而且还应具有创造性, 具有开拓精神。创造力是人的智力因素与非智力因素相结合的高级能力, 一般指产生新的想法, 做出新的产品及人的意志、品质和毅力, 其中产生新的想法是首要的。创造力的激发需以一定的知识和经验为基础。 我国科教人员及广大学生都发奋学习、刻苦钻研, 但一些人由于受到旧的传统性教育之影响, 存在着重理论、轻实践的倾向,必然成为国家建设创新人才培养的瓶颈［1］［2］。本文试图从物理实验在物理学及科学技术发展中的地位和作用等方面, 来阐明科学实验的必要性。用科学实验研究物理学, 特别是把实验方法与物理学规律的研究结合起来, 从此开始了物理学的新时代, 使物理学走上了真正科学的道路。 在实验的基础上, 进行了理论的演绎或逻辑的推理, 得出了超越实验本身的更为普遍的理论结论，把科学的实验方法发展到一个全新的高度，对于当前的实验工作和学生创新能力的培养都具有指导意义。
一、科学理论来源于科学实验
物理学从本质上说是一门实验科学, 物理学规律的发现和理论的建立, 都是以严格的科学实验为基础。如经典物理学中开普勒三定律是开普勒依据第谷、布拉赫对行星运动所积累的大量观测资料, 采纳了哥白尼体系, 把他的圆轨道修改为椭圆轨道而得到。英国物理学家牛顿是在伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的实验及工作基础上, 总结归纳出三条运动定律和万有引力定律, 奠定了经典力学基础。但在牛顿时代, 力学中的一些概念如质量、动量、能量等都是比较初步的, 不够明确, 直到十八、十九世纪期间, 又经过生产实践、科学实验和许多科学家的推理加工, 才逐渐明确起来。十八世纪后, 又通过数学物理学家如欧拉、拉格朗日和哈密顿等人的工作, 才使力学成为一门理论严密、系统完整的科学。
电磁学中诸定律如库仑定律, 欧姆定律, 安培定律, 毕奥-沙伐定律, 法拉第电磁感应定律等, 都是实验的总结。在有关实验规律、法拉第的“力线” 和场的概念基础上,麦克斯韦总结出经典电动力学方程组。
又如原子模型的演变, 汤姆逊1897年从阴极射线实验发现电子的存在, 证明原子是可分的, 人们才开始建立原子结构模型的各种尝试。如果没有电子的发现, 没有汤姆逊对原子结构先驱性的探索, 没有普朗克、爱因斯坦开创量子理论的工作, 没有卢瑟福和他的学生从实验证实原子核的存在和建立有核原子模型, 要想从巴耳末一里德伯一里兹的光谱公式直接建立原子理论是不可能的。玻尔之所以成功, 是由于全面继承了前人的工作, 正确地加以综合, 在旧的经典预言理论和新的实验事实的矛盾面前勇敢地冲破旧理论的束缚, 肯定实验事实, 从而开创性地提出了电子处于量子化圆轨道上进行定态跃迁的模型。1914年弗兰克-赫兹实验结果与理论很好符合。由于光谱精细结构的实验发现, 1915年索末菲把玻尔的圆轨道推广到椭圆轨道, 由此引入两个量子条件。应用相对论后, 斯塔克效应即原子光谱在电场上的多重分裂得到完满的解释。
1922年斯特恩-盖拉赫实验证实了原子也有磁偶极子的性质, 而且原子磁矩是空间量子化的, 使原子模型又进了一步。发展后的玻尔理论还不能解释光谱的相对强度, 在德布罗意物质波的基础上, 薛定愕提出了“ 波原子” 的理论, 解决了玻尔理论的困难。从上述可以看出, 自然科学的理论都是从科学实验的实践中总结出来的, 自然科学的理论都是相对正确的, 每向前发展一步, 都必须经受新实验的考验。科学实验是科学理论持续发展的必要保证。这就清楚地说明了理论是在实验的推动下产生和发展的［3］［4］。
二、科学理论需要用实验来检验
在科学实验事实的基础上, 科学家们提出大胆的设想或总结出理论的模型。此时问题的研究还没有完结，因认识从实践开始, 还必须回到科学实践中去检验。一个能够正确反映客观实在的理论, 不仅能够解释已知的实验事实, 而且还能预言未知的现象, 指导新的科学实验, 揭示出尚未发现的新的自然规律。如果理论推导的结果, 又得到新的科学实践的验证, 那么, 这种理论才能认为是科学的定论。如十九世纪六十年代, 麦克斯韦在大量实验的基础上, 把法拉第关于电磁现象所做的定性解释, 发展成为定量的数学形式, 提出了“涡旋场” 和“位移电流”的假说, 建立了著名的麦克斯韦方程组, 从理论上阐明了电磁波与光波有共同性, 均以光速在空间传播。并指出当时已知的全部电磁现象都可用他的四组微分方程来表示这一卓越的理论成果, 在1873年的著作《论电和磁》中已作了完全的阐述。但直到1887年赫兹的电磁波实验作出了电磁波的反射、折射、衍射和偏振, 测出电磁波的传播速度与光速同数量级, 从实验上证实了麦氏的全部假说, 麦克斯韦的电磁理论才开始被普遍接受。
如果理论或从它推出的结果与新的实验事实有矛盾, 就必须对这理论或依据的某些基本假说加以修正, 甚至放弃, 而在新的实验基础上建立能正确反映客观实在的新理论。例如, 热力学是在热动说与热质说的争论中得到发展和建立起来的。十五世纪后, 有些人认为热是一种运动, 如英国人培根认为矿热是一种膨胀的、被约束的作用于物体的较小粒子之上的运动”；波意耳认为热是“ 物体各部分发生的强烈而杂乱的运动；胡克认为热是“一个物体的各部分的非常活跃和极其猛烈的运动”；牛顿指出物体的粒子“ 因运动而发热”。这些都是信奉热动说的观点，但因缺乏足够的实验根据, 且又不能圆满解释遇到的热现象, 所以还不能形成为科学的理论。随着资本主义生产方式的萌起和文艺复兴的影响, 古希腊原子论思想重新活跃, 伽桑狄认为, 既然原子是构成万物最原始不可再分的基本要素。则热和冷自然也是由特殊的热原子和冷原子的运动引起的。荷兰波尔哈夫认为热的本源“是钻在物体细孔中的, 具有高度可塑性和贯穿性的物质粒子,没有重量, 彼此间有排斥性而且弥漫于全宇宙”。这是热质说的主要论点，在热学发展史上, 热质说流行了相当长时期, 到十八世纪末被美国沦福德伯爵的实验所否定。英国科学家戴维在1799年的一次实验中, 把一个真空容器用冰块同周围环境隔开, 并用一钟表机构使两块冰相互摩擦, 结果两块冰都溶化了,整个实验装置保持在水的冰点温度。这一实验否定了“热质守恒”的思想, 证明“热质是不存在的”。此后德国迈尔、英国焦尔、德国亥尔姆霍兹、丹麦柯尔丁等都分别提出能量守恒的思想。在许多事实面前, 直到十九世纪中叶热质说才逐渐被放弃, 热动说取得胜利, 形成能反映客观实在的新理论
［5］。
长期的实践告诉我们, 理论的产生、验证和发展都需依赖于科学实验。随着科学实验的实践活动的不断深入和对自然界的认识不断深化, 任何再好的自然科学理论, 归根结底都要经受新的科学实验事实的重新实验。科学实验是检验科学理论的唯一标准。物理学的研究方法遵循实验一理论一实验的周而复始的法则。自然科学的发展也离不开人类对客观世界的认识规律。这就是理论和实践的统一。
三、实验与科学技术
现代物理如半导体激光等都是从实验中发展起来的实验物理学，对现代物理学各个学科和应用技术的发展起着决定性的作用, 并成为新的物理学科和技术科学繁茂的生长点，在生产建设及现代科学技术和国民经济的发展中起着极其重要的作用。如低温物理是实验物理学的一个重要领域, 在超低温条件下, 发现物质的超导性、抗磁性、超流性以及电子和电子对可通过隧道效应而穿过两金属晶间的薄膜。超导的出现,为电子技术领域、为无能耗储电、输电及制造高效能元件提供了条件。激光导源于爱因斯坦在1916年提出的受激辐射原理, 它是在实验中产生和发展起来的。六十年代初, 迈曼首先制成红宝石激光器。由于激光具有方向性强、能量密度大、单色性好、空间相干性高等优点, 故激光技术发展十分迅速, 各种高效能的激光器不断出现。目前激光已成功地用于测距、机械加工、医疗手术和导弹截击等近代国防及各个领域。科学实验是发展技术的基础, 实验与现代科学技术的发展存在着密切的联系。没有缜密的科学实验, 科学真理便失去了检验的标准, 现代科学技术就失去了源泉, 生产建设也就失去了动力。
综上所述，自然科学的理论来源于科学实验的实践, 并要经受科学实验的检验。物理实验是研究理论的重要基础, 必须通过实验才能建立完善的理论。但理论还需要回到实践中去, 一方面对实践具有指导作用, 另一方面通过实践才能获得进一步的发展, 自然科学的研究是理论和实践的统一, 在理论和实践的相互影响、相互提高中, 自然科学才能逐步达到完善的程度。这就说明了实验与理论具有同等的重要地位，实验不论对科学技术的发展和生产建设都有着极其重要的作用。在物理教学中加强实验环节, 通过物理实验培养学生既能动脑, 又能动手的能力, 培养分析问题、解决问题的独立工作能力，掌握宽广的理论知识和熟练的现代科学实验技能, 做到理论联系实际, 造就创新型科技人才。
［参考文献］
［1］ 高剑森.发挥演示物理实验的创新教育功能［J］.现代物理知识,2005，16(1):46-48
［2］ 徐剑飞. 改革实验教学体系，强化创新人才培养.实验室研究与探索,2001，20(1):3-5
［3］ 徐玲.大学物理实验中引入物理学史的意义. 技术物理教学,2005，13(4):13-14
［4］ 周培源.纪念伟大的物理学家—尼尔斯•波尔诞辰一百周年,大学物理, 1985 (9):2-3
［5］ 范建中,焦小利， 对高师院校大学物理课程教学改革的探讨,太原师范学院学报，2008(2):142-144
关键词：实验环节；物理教学；创新能力
随着现今科学技术的高速发展, 不仅要求我们培养的学生要掌握丰富的科学文化知识, 而且还应具有创造性, 具有开拓精神。创造力是人的智力因素与非智力因素相结合的高级能力, 一般指产生新的想法, 做出新的产品及人的意志、品质和毅力, 其中产生新的想法是首要的。创造力的激发需以一定的知识和经验为基础。 我国科教人员及广大学生都发奋学习、刻苦钻研, 但一些人由于受到旧的传统性教育之影响, 存在着重理论、轻实践的倾向,必然成为国家建设创新人才培养的瓶颈［1］［2］。本文试图从物理实验在物理学及科学技术发展中的地位和作用等方面, 来阐明科学实验的必要性。用科学实验研究物理学, 特别是把实验方法与物理学规律的研究结合起来, 从此开始了物理学的新时代, 使物理学走上了真正科学的道路。 在实验的基础上, 进行了理论的演绎或逻辑的推理, 得出了超越实验本身的更为普遍的理论结论，把科学的实验方法发展到一个全新的高度，对于当前的实验工作和学生创新能力的培养都具有指导意义。
一、科学理论来源于科学实验
物理学从本质上说是一门实验科学, 物理学规律的发现和理论的建立, 都是以严格的科学实验为基础。如经典物理学中开普勒三定律是开普勒依据第谷、布拉赫对行星运动所积累的大量观测资料, 采纳了哥白尼体系, 把他的圆轨道修改为椭圆轨道而得到。英国物理学家牛顿是在伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的实验及工作基础上, 总结归纳出三条运动定律和万有引力定律, 奠定了经典力学基础。但在牛顿时代, 力学中的一些概念如质量、动量、能量等都是比较初步的, 不够明确, 直到十八、十九世纪期间, 又经过生产实践、科学实验和许多科学家的推理加工, 才逐渐明确起来。十八世纪后, 又通过数学物理学家如欧拉、拉格朗日和哈密顿等人的工作, 才使力学成为一门理论严密、系统完整的科学。
电磁学中诸定律如库仑定律, 欧姆定律, 安培定律, 毕奥-沙伐定律, 法拉第电磁感应定律等, 都是实验的总结。在有关实验规律、法拉第的“力线” 和场的概念基础上,麦克斯韦总结出经典电动力学方程组。
又如原子模型的演变, 汤姆逊1897年从阴极射线实验发现电子的存在, 证明原子是可分的, 人们才开始建立原子结构模型的各种尝试。如果没有电子的发现, 没有汤姆逊对原子结构先驱性的探索, 没有普朗克、爱因斯坦开创量子理论的工作, 没有卢瑟福和他的学生从实验证实原子核的存在和建立有核原子模型, 要想从巴耳末一里德伯一里兹的光谱公式直接建立原子理论是不可能的。玻尔之所以成功, 是由于全面继承了前人的工作, 正确地加以综合, 在旧的经典预言理论和新的实验事实的矛盾面前勇敢地冲破旧理论的束缚, 肯定实验事实, 从而开创性地提出了电子处于量子化圆轨道上进行定态跃迁的模型。1914年弗兰克-赫兹实验结果与理论很好符合。由于光谱精细结构的实验发现, 1915年索末菲把玻尔的圆轨道推广到椭圆轨道, 由此引入两个量子条件。应用相对论后, 斯塔克效应即原子光谱在电场上的多重分裂得到完满的解释。
1922年斯特恩-盖拉赫实验证实了原子也有磁偶极子的性质, 而且原子磁矩是空间量子化的, 使原子模型又进了一步。发展后的玻尔理论还不能解释光谱的相对强度, 在德布罗意物质波的基础上, 薛定愕提出了“ 波原子” 的理论, 解决了玻尔理论的困难。从上述可以看出, 自然科学的理论都是从科学实验的实践中总结出来的, 自然科学的理论都是相对正确的, 每向前发展一步, 都必须经受新实验的考验。科学实验是科学理论持续发展的必要保证。这就清楚地说明了理论是在实验的推动下产生和发展的［3］［4］。
二、科学理论需要用实验来检验
在科学实验事实的基础上, 科学家们提出大胆的设想或总结出理论的模型。此时问题的研究还没有完结，因认识从实践开始, 还必须回到科学实践中去检验。一个能够正确反映客观实在的理论, 不仅能够解释已知的实验事实, 而且还能预言未知的现象, 指导新的科学实验, 揭示出尚未发现的新的自然规律。如果理论推导的结果, 又得到新的科学实践的验证, 那么, 这种理论才能认为是科学的定论。如十九世纪六十年代, 麦克斯韦在大量实验的基础上, 把法拉第关于电磁现象所做的定性解释, 发展成为定量的数学形式, 提出了“涡旋场” 和“位移电流”的假说, 建立了著名的麦克斯韦方程组, 从理论上阐明了电磁波与光波有共同性, 均以光速在空间传播。并指出当时已知的全部电磁现象都可用他的四组微分方程来表示这一卓越的理论成果, 在1873年的著作《论电和磁》中已作了完全的阐述。但直到1887年赫兹的电磁波实验作出了电磁波的反射、折射、衍射和偏振, 测出电磁波的传播速度与光速同数量级, 从实验上证实了麦氏的全部假说, 麦克斯韦的电磁理论才开始被普遍接受。
如果理论或从它推出的结果与新的实验事实有矛盾, 就必须对这理论或依据的某些基本假说加以修正, 甚至放弃, 而在新的实验基础上建立能正确反映客观实在的新理论。例如, 热力学是在热动说与热质说的争论中得到发展和建立起来的。十五世纪后, 有些人认为热是一种运动, 如英国人培根认为矿热是一种膨胀的、被约束的作用于物体的较小粒子之上的运动”；波意耳认为热是“ 物体各部分发生的强烈而杂乱的运动；胡克认为热是“一个物体的各部分的非常活跃和极其猛烈的运动”；牛顿指出物体的粒子“ 因运动而发热”。这些都是信奉热动说的观点，但因缺乏足够的实验根据, 且又不能圆满解释遇到的热现象, 所以还不能形成为科学的理论。随着资本主义生产方式的萌起和文艺复兴的影响, 古希腊原子论思想重新活跃, 伽桑狄认为, 既然原子是构成万物最原始不可再分的基本要素。则热和冷自然也是由特殊的热原子和冷原子的运动引起的。荷兰波尔哈夫认为热的本源“是钻在物体细孔中的, 具有高度可塑性和贯穿性的物质粒子,没有重量, 彼此间有排斥性而且弥漫于全宇宙”。这是热质说的主要论点，在热学发展史上, 热质说流行了相当长时期, 到十八世纪末被美国沦福德伯爵的实验所否定。英国科学家戴维在1799年的一次实验中, 把一个真空容器用冰块同周围环境隔开, 并用一钟表机构使两块冰相互摩擦, 结果两块冰都溶化了,整个实验装置保持在水的冰点温度。这一实验否定了“热质守恒”的思想, 证明“热质是不存在的”。此后德国迈尔、英国焦尔、德国亥尔姆霍兹、丹麦柯尔丁等都分别提出能量守恒的思想。在许多事实面前, 直到十九世纪中叶热质说才逐渐被放弃, 热动说取得胜利, 形成能反映客观实在的新理论
［5］。
长期的实践告诉我们, 理论的产生、验证和发展都需依赖于科学实验。随着科学实验的实践活动的不断深入和对自然界的认识不断深化, 任何再好的自然科学理论, 归根结底都要经受新的科学实验事实的重新实验。科学实验是检验科学理论的唯一标准。物理学的研究方法遵循实验一理论一实验的周而复始的法则。自然科学的发展也离不开人类对客观世界的认识规律。这就是理论和实践的统一。
三、实验与科学技术
现代物理如半导体激光等都是从实验中发展起来的实验物理学，对现代物理学各个学科和应用技术的发展起着决定性的作用, 并成为新的物理学科和技术科学繁茂的生长点，在生产建设及现代科学技术和国民经济的发展中起着极其重要的作用。如低温物理是实验物理学的一个重要领域, 在超低温条件下, 发现物质的超导性、抗磁性、超流性以及电子和电子对可通过隧道效应而穿过两金属晶间的薄膜。超导的出现,为电子技术领域、为无能耗储电、输电及制造高效能元件提供了条件。激光导源于爱因斯坦在1916年提出的受激辐射原理, 它是在实验中产生和发展起来的。六十年代初, 迈曼首先制成红宝石激光器。由于激光具有方向性强、能量密度大、单色性好、空间相干性高等优点, 故激光技术发展十分迅速, 各种高效能的激光器不断出现。目前激光已成功地用于测距、机械加工、医疗手术和导弹截击等近代国防及各个领域。科学实验是发展技术的基础, 实验与现代科学技术的发展存在着密切的联系。没有缜密的科学实验, 科学真理便失去了检验的标准, 现代科学技术就失去了源泉, 生产建设也就失去了动力。
综上所述，自然科学的理论来源于科学实验的实践, 并要经受科学实验的检验。物理实验是研究理论的重要基础, 必须通过实验才能建立完善的理论。但理论还需要回到实践中去, 一方面对实践具有指导作用, 另一方面通过实践才能获得进一步的发展, 自然科学的研究是理论和实践的统一, 在理论和实践的相互影响、相互提高中, 自然科学才能逐步达到完善的程度。这就说明了实验与理论具有同等的重要地位，实验不论对科学技术的发展和生产建设都有着极其重要的作用。在物理教学中加强实验环节, 通过物理实验培养学生既能动脑, 又能动手的能力, 培养分析问题、解决问题的独立工作能力，掌握宽广的理论知识和熟练的现代科学实验技能, 做到理论联系实际, 造就创新型科技人才。
［参考文献］
［1］ 高剑森.发挥演示物理实验的创新教育功能［J］.现代物理知识,2005，16(1):46-48
［2］ 徐剑飞. 改革实验教学体系，强化创新人才培养.实验室研究与探索,2001，20(1):3-5
［3］ 徐玲.大学物理实验中引入物理学史的意义. 技术物理教学,2005，13(4):13-14
［4］ 周培源.纪念伟大的物理学家—尼尔斯•波尔诞辰一百周年,大学物理, 1985 (9):2-3
［5］ 范建中,焦小利， 对高师院校大学物理课程教学改革的探讨,太原师范学院学报，2008(2):142-144