物理學(xué)方法論是自然科學(xué)方法論的一個(gè)分支，它是用唯物辯證法為指導(dǎo)對(duì)物理學(xué)的研究方法進(jìn)行研究的有關(guān)理論，主要探討用什么方法去研究物理現(xiàn)象、怎樣描述物理現(xiàn)象、如何探討并總結(jié)歸納物理規(guī)律等。本文就中學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行方法論教學(xué)的意義和如何進(jìn)行方法論教學(xué)的問題，談?wù)剛€(gè)人粗淺的看法。
一、進(jìn)行方法論教學(xué)的重要意義
學(xué)生在校學(xué)習(xí)物理應(yīng)學(xué)些什么？按照新的教學(xué)思想，學(xué)生必須學(xué)習(xí)這門學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，即基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、規(guī)律和研究這門學(xué)科的基本方法。
這兩大部分中，后者的價(jià)值并不小于前者。從某種意義講，知識(shí)是客觀存在的、不變的，而方法則是靈活的、活躍的、富有創(chuàng)造性的。伽里略已死去三百多年，他所發(fā)現(xiàn)的自由落體規(guī)律在物理學(xué)知識(shí)的長(zhǎng)河中所占比例愈來愈小，但他研究問題所創(chuàng)造的一套科學(xué)方法，卻不斷為后人所繼承、發(fā)揚(yáng)，創(chuàng)造了比自由落體規(guī)律高出千百倍的財(cái)富。實(shí)踐證明，如果僅僅讓學(xué)生學(xué)懂了自由落體規(guī)律當(dāng)不了科學(xué)家，但是，如掌握了伽里略研究問題的方法，那將受益不盡。
（二）歷，自然科學(xué)家都十分重視方法論的研究。許多物理研究工作者在取得科研成果的同時(shí)，也創(chuàng)造出了引人注目的方法論，這是人類寶貴的精伸財(cái)富。愛因斯坦指出：在衡量人才的貢獻(xiàn)時(shí)，主要看他們?cè)谧约旱囊簧小跋氲氖鞘裁春退鯓酉氲摹?，也就是說，既要關(guān)注人才向社會(huì)提供的物質(zhì)成果，更要注意從他們那里吸取科學(xué)的思想方法以及思維的藝術(shù)。他在介紹自己取得科學(xué)成功的秘訣時(shí)，總結(jié)了一個(gè)公式：A（成功）＝X（艱苦的勞動(dòng)）十Y（正確的方法）十Z（少說空話）。德國(guó)物理學(xué)家玻恩（188一1970）說：“我榮獲1954年的諾貝爾獎(jiǎng)金，與其說是因?yàn)槲宜l(fā)表的著作里包括了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因?yàn)槟抢锩姘ㄒ粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的新思想方法基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)。”
（三）正確的方法論是馬克思主義的重要組成部分。因?yàn)樽匀豢茖W(xué)方法論是自然科學(xué)與哲學(xué)的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，它的研究對(duì)于哲學(xué)和自然科學(xué)雙方都有重要的意義。在《反杜林論·哲學(xué)篇》及《自然辯證法》中，恩格斯對(duì)自然科學(xué)方法論作了廣泛的研究、探討，論述了方法論的許多重要原則。因此學(xué)習(xí)方法論有助于物理學(xué)工作者和青年人更好地學(xué)習(xí)唯物論和辯證法，促進(jìn)世界觀的改造。斯蒂芬·梅森說：說起任何特殊的科學(xué)理論來對(duì)人類的價(jià)值觀影響大的恐怕還是科學(xué)的方法論。特別應(yīng)該指出，由于物理學(xué)研究的是關(guān)于物質(zhì)的基本性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)知識(shí)，而它的研究方法又符合辯證唯物論的一般認(rèn)識(shí)規(guī)律，因此，物理學(xué)方法論在科學(xué)方法論的研究中又有著特殊的意義。例如，物理學(xué)方法向其他自然科學(xué)或技術(shù)科學(xué)轉(zhuǎn)化、移植，形成了一些新的邊緣科學(xué)：物理學(xué)與天文學(xué)結(jié)合形成天體力學(xué)、天體物理；與化學(xué)結(jié)合形成物理化學(xué)、量子化學(xué)；與生物學(xué)結(jié)合形成生物力學(xué)、生物物理、分子生物學(xué)、量子生物學(xué)等。
的理論物理學(xué)家薛定愕在《生命是什么》一書中，把熱力學(xué)和量子力學(xué)的理論和方法引入到了生物學(xué)中去。歷史學(xué)家運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)的方法，按照古書中記載的西漢造紙的蛛絲馬跡，經(jīng)過四十多次的模擬實(shí)驗(yàn)，制成了可以書寫的模擬西漢麻紙，使我國(guó)發(fā)明造紙的時(shí)間從東漢蔡倫提前至西漢，引起了國(guó)內(nèi)外歷史學(xué)家、科技史學(xué)家的注目。語言學(xué)家移植了物理學(xué)中“熵”的概念和熱力學(xué)第二定律，解釋了中外語言斷片的“拉長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)”（如“全身黃栗色的馬”，古漢語上用一個(gè)字“膘”即可表示了）。
因此，教給中學(xué)生研究物理學(xué)的方法，不論他們將來從事什么工作，都可以說是受益終身的。
（四）學(xué)習(xí)方法論，有利于盡快培養(yǎng)創(chuàng)造性人才。因?yàn)閷W(xué)習(xí)方法論可以使人們掌握正確的思想方法和工作方法，提高科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)鑒識(shí)力，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的研究工作。實(shí)踐證明，知識(shí)愈豐富，方法論的思想愈新穎，而正確的方法又可以加快人們更多地去掌握知識(shí)，所以有人說，正確的方法是科學(xué)之魂。對(duì)青年學(xué)生來講，在學(xué)習(xí)階段較早地接受方法論的指導(dǎo)，無疑會(huì)大大地縮短他們參加工作后憑借個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)而漫無邊際摸索的階段，有利于青年充分利用富有創(chuàng)造力的青年時(shí)期。
因此，現(xiàn)在世界各國(guó)都把方法論的研究提到空前的高度，美國(guó)麻省理工學(xué)院為學(xué)生專門增設(shè)了方法論這一專門課程我國(guó)1978年在制定1978—1985年8年全國(guó)科技規(guī)劃時(shí)，“自然科學(xué)史和科學(xué)方法論”被列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一。南京大學(xué)為學(xué)生開設(shè)了科研方法論選修課。上海和四路小學(xué)，為學(xué)生開設(shè)創(chuàng)造技法課，從小培養(yǎng)學(xué)生掌握研究問題的方法，這都是有遠(yuǎn)見的做法。
后應(yīng)指出，進(jìn)行方法論的教學(xué)與培養(yǎng)能力是一致的，一個(gè)人掌握的方法愈新穎、愈靈活，他的能力也就愈強(qiáng)。
二、怎樣進(jìn)行方法論的教學(xué)
物理學(xué)任何一個(gè)概念的引入，或新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)都滲透著方法論的思想，而且是各種方法的綜合運(yùn)用，因此，應(yīng)該把方法論的教學(xué)貫徹于教學(xué)的始終，教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并且把方法論的教學(xué)寓于知識(shí)的傳授之中，與知識(shí)的傳授結(jié)合進(jìn)行。
（一）講授新概念，研究新問題，結(jié)合講授研究物理問題的基本方法。
例如，我們研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律首先要確定研究對(duì)象，這就涉及如何建立理想模型問題，諸如質(zhì)點(diǎn)、理想流體、理想氣體、點(diǎn)電荷、完全彈性體、簡(jiǎn)諧振動(dòng)等。因此可結(jié)合向?qū)W生介紹什么是理想模型！為什么引入理想模型？引入的可能性及其使用條件……。
又如，類比是科學(xué)地認(rèn)識(shí)自然的重要方法，它是立足在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)事物的一種有效的試探性方法，它往往是探索新知識(shí)的先導(dǎo)，是科學(xué)假說的前提，培養(yǎng)學(xué)生具有這種思維素質(zhì)是很有好處的。類比也可用于教學(xué)上，教學(xué)中恰當(dāng)?shù)仡惐?，可少費(fèi)口舌，化抽象為具體，使新知識(shí)有似曾相似的親切感，但又不是重復(fù)，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。例如講電勢(shì)概念時(shí)與電場(chǎng)強(qiáng)度的引入作類比。
（二）結(jié)合物理規(guī)律的研究，介紹總結(jié)物理規(guī)律的方法。
1．規(guī)律的總結(jié)一般都是在觀察與實(shí)驗(yàn)所提供的可靠的資料及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分析、綜合、歸納、演繹、數(shù)學(xué)運(yùn)算、猜測(cè)等多種方法而獲得的。
第谷畢生的精力都用于觀察星體上，積累了750個(gè)星體的豐富資料，但僅是一堆可靠的確切的資料而已，并不能說明天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，更無法根據(jù)這些資料作出科學(xué)的預(yù)見。后來，開普勒經(jīng)過九年艱苦的研究，運(yùn)用猜測(cè)、類比、假設(shè)、計(jì)算等各種方法，終于在雜亂無章的數(shù)字資料中找出了規(guī)律，總結(jié)出了開普勒三定律，從而為天體的運(yùn)行“立了法規(guī)”。
2．總結(jié)規(guī)律要遵循簡(jiǎn)單性原則，這也是物理學(xué)的美學(xué)原則之一。
物理學(xué)史表明，科學(xué)家都十分注意用簡(jiǎn)單的公式來表示客觀規(guī)律。例如，牛頓只用了幾條簡(jiǎn)潔的定律，就概括了物質(zhì)世界紛繁的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，完成了物理學(xué)偉大的綜合。相對(duì)論之父愛因斯坦說：“我們?cè)趯で笠粋€(gè)能把觀察到的事實(shí)聯(lián)結(jié)在一起的思想體系，它將具有大可能的簡(jiǎn)單性，我們所謂的簡(jiǎn)單性，……是指這體系所包含的彼此獨(dú)立的假設(shè)或公理少”。又如人們?cè)谘芯抗獾恼凵洮F(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)折射角隨著入射角的改變而變，下頁表列出了用玻璃磚所作的實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的幾組入射角和對(duì)應(yīng)的折射角的度數(shù)。
目的是要找出r與i的關(guān)系，為此用橫坐標(biāo)表示i，縱坐標(biāo)表示y，用描點(diǎn)法畫出它們的圖線，如圖1中實(shí)線所示。因?yàn)閳D線不是簡(jiǎn)單的或二次函數(shù)，為了找出更為簡(jiǎn)單的關(guān)系，大約經(jīng)歷了一千多年的時(shí)間，荷蘭物理學(xué)家斯涅爾發(fā)現(xiàn)入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個(gè)常數(shù)（笛卡爾作了理論證明），這樣用圖2表示sini與sinr的關(guān)系就是一條簡(jiǎn)單的直線了。
入射角ｉ（度）
折射角γ（度）
比值ｉ／γ
比值sini／sinγ
0
0
不確定
10
6.7
1.50
1.49
20
13.3
1.50
1.49
30
19.6
1.53
1.49
40
35.2
1.59
1.51
50
30.7
1.63
1.50
60
35.1
1.71
1.51
70
38.6
1.81
1.50
80
40.6
1.97
1.51
3．講清楚在總結(jié)規(guī)律時(shí)容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。謬誤無所不在，無孔不入，沒有一種方法是萬無一失的?？茖W(xué)家在總結(jié)規(guī)律的過程中，也常常出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。例如對(duì)直觀感覺的材料不作理性分析就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。因?yàn)樽匀灰?guī)律總是隱藏在事物的大量現(xiàn)象的背后，有的現(xiàn)象反映了事物的本質(zhì)，有的卻是事物的假象。假象是事物易消失的俱然或次要因素的反映，如果不加分析，單憑直覺出發(fā)常會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)的理論，就是犯了這種方法論的錯(cuò)誤而往出的錯(cuò)誤的結(jié)淪。而伽里略能夠不被表面現(xiàn)象所迷惑，對(duì)直觀現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)真的理性分析，盡管他也是看到不同的物體在空氣里下落有快有慢，但他同時(shí)還注意到不同的物體在空氣里于落速度的差異比在水中小，因此他設(shè)想，如果介質(zhì)越稀薄物體下落速度的差異就越小，因此他推論“在一個(gè)完全沒有阻力的介質(zhì)中，所存物體以同一速度降落”。
又如，盲目地根據(jù)一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)規(guī)律，往往造成謬誤。研究欏次定律時(shí)，按照?qǐng)D3示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩次向線圈中插磁鐵、結(jié)果線圈中感生電流的磁場(chǎng)總是使線圈上端的極件與磁鐵下端的極性相同，如果據(jù)此我們總結(jié)規(guī)律：“感生電流的磁場(chǎng)方向總是與原來磁場(chǎng)的方向相反”（這是學(xué)生在應(yīng)用欏次定律時(shí)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤）。這顯然是不對(duì)的。
（三）結(jié)合介紹物理學(xué)家及物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，介紹物理學(xué)方法的綜合運(yùn)用。
物理學(xué)史已經(jīng)充分證明，每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)往往都是各種物理上方法綜合運(yùn)用的結(jié)果。例如在討論自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以結(jié)合教學(xué)伽里略的方法論去做。
大家知道，伽里略在物理學(xué)占有重要地位。被后世譽(yù)為“近代科學(xué)之父”，這不僅與他在科學(xué)上的偉大成就有關(guān)、而且與他在科學(xué)方法上的革命性轉(zhuǎn)變分不開。正是由于他在科學(xué)方法上的創(chuàng)新、引導(dǎo)自然科學(xué)走上了正確的道路。
伽里略創(chuàng)立的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，改變了從直觀感覺或臆想出發(fā)純粹邏輯地推演出結(jié)論的思辨方法、強(qiáng)調(diào)對(duì)直觀感覺材料要作理性分析，要由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。他非常重視觀察和實(shí)驗(yàn)，制造出望遠(yuǎn)鏡對(duì)星體進(jìn)行觀察；為了證實(shí)重物下落不比神物快的結(jié)論。他親自登上比薩斜塔作自由落體實(shí)驗(yàn)；作外面實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具、就用自己制造的水漏計(jì)時(shí)。
伽里略十分重視數(shù)學(xué)的作用，把它作為描述自然界的語言，使自然科學(xué)不僅停留在定性敘述上，而且開始邁進(jìn)定量表示的階段。同時(shí)又把它作為推理的工具，使自然科學(xué)能確切地預(yù)言新的事實(shí)，他把實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合形成了實(shí)驗(yàn)──數(shù)學(xué)方法。他為了證明自由下落加速度為常數(shù)（在當(dāng)時(shí)是很困難的，因?yàn)楹芏蹋苄?，很難測(cè)試），于是他借助于數(shù)學(xué)，根據(jù)h＝平均速度時(shí)間,欲證a為常數(shù)，可轉(zhuǎn)化為證明為常數(shù)，顯然h與t比、易測(cè)定，很巧妙！
伽里略還把實(shí)際的實(shí)驗(yàn)與理論思維緊密結(jié)合起來，形成一種新的方法──理想實(shí)驗(yàn)的方法。并用此法導(dǎo)致了慣性定律的發(fā)現(xiàn)。這種方法使邏輯推理有了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，既改變了過去純粹邏輯推時(shí)的思辯方法，又克服了只重經(jīng)驗(yàn)、歸納的片面性。
（四）挖掘教材中的方法論思想。
教材不可能完全按科研的程序工編寫，因此教材中的一些方法論思想還要靠我們有意識(shí)地去挖掘。例如初中物理“測(cè)量”這部分?jǐn)?shù)村就包括著豐富的力法論思想：
測(cè)量本身滲透著等效的觀點(diǎn)（做測(cè)物體的長(zhǎng)度與當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的尺的幾倍相當(dāng)）；測(cè)量特殊形狀物體的尺度（如圓錐體的高）運(yùn)用幾何圖形的方法；測(cè)量很薄的紙張的厚度）在本很小的物體的質(zhì)量或者是很細(xì)的金屬絲的直徑采用了積分求和之后再求平均的方法；而測(cè)量曲線的長(zhǎng)度則是利用了以直求曲的方法，貫穿著微分求和的思想。在研究密度、比熱、電阻等表證物質(zhì)特性的量的買驗(yàn)時(shí)，采取了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法。運(yùn)用微小壓強(qiáng)計(jì)測(cè)壓強(qiáng)或者運(yùn)用細(xì)管中小液注的移動(dòng)來觀察氣體受熱后的膨脹現(xiàn)象，則是利用了“廣義的放大法”來提高演示實(shí)驗(yàn)效果的明顯性。
（五）注意吸取和介紹一些新的萬法論思想，例如系統(tǒng)理論的方法論思想
所謂系統(tǒng)方法，就是按照事物個(gè)身的系統(tǒng)性把對(duì)象放在系統(tǒng)中加以考察的一種方法；即從系統(tǒng)的觀點(diǎn)，始終著重從整體與部分之間，整體與外部環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系中，綜合地、精確地考察對(duì)象以達(dá)到佳地處理問題的一種方法。它的基本出發(fā)點(diǎn)就是把整體作為研究對(duì)象，這給我們提供了研究問題的有效方法。例如：
有甲乙丙三種液體，其質(zhì)量分別為m1、m2、m3，溫度分別為t1、t2、t3如果將它們混合在一起，試求達(dá)到平衡時(shí)的溫度。
按照一般教材中介紹的熱平衡方程，需要分兩步計(jì)算，即先計(jì)算甲乙混合后的溫度，然后再與第三種混合，這樣要列兩次熱平衡方程，而且實(shí)質(zhì)上是把本來同時(shí)進(jìn)行的過程，人為地分解成了分先后的過程（當(dāng)然從等效的角度看也是一樣的）。如果按系統(tǒng)論觀點(diǎn)，把這三種液體混合作為一個(gè)孤立系統(tǒng)對(duì)待，與外界不進(jìn)行熱交換，那么可列方程它反映了系統(tǒng)內(nèi)高溫物體放出的總熱總等于低溫物體吸收的總熱，吸熱與放熱的代數(shù)和為零。即：這樣去處理問題就方使得多了；
（六）介紹物理學(xué)的失敗方法。
人們總是希望成功。但實(shí)際上，在物理學(xué)的研究中，當(dāng)人們帶著現(xiàn)有的知識(shí)去開拓新的處女地時(shí)，由于種種條件的限制，首先遇到的往往是無情的失敗。物理學(xué)史表明，物理學(xué)大廈并不部是成功者創(chuàng)造的，它是成功者與失敗者共同創(chuàng)造的。
因?yàn)?，從某種意義上講失敗也是成功。愛迪生為了尋找一種合適的燈絲，試用了一千六方多種材料，在這里能確定某種材料不適合作燈絲，本身不既是失敗也是成功嗎？所以愛迪生說：“失敗也有我需要的。他和成功對(duì)我一樣有價(jià)值，只有在我知道一切做不好的方法之后，我才能知道做好一件工作的方法是什么?！庇?guó)物理學(xué)家、化學(xué)家戴維說：“我的那些主要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟示后得出的?！币虼?，能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并做出反應(yīng)從而獲得成功，是一個(gè)訓(xùn)練有素的物理學(xué)家的標(biāo)志。我們可以把一個(gè)理論的探討或發(fā)明的過程歸結(jié)成：研究的失敗──失敗的研究──研究的成功。顯然，沒有對(duì)于失敗的研究就不會(huì)有研究成功。美國(guó)麻省理工學(xué)院專門研究失敗的研究所，并給學(xué)生開設(shè)了相應(yīng)的課程，這是很耐人尋味的。因此我們應(yīng)該向?qū)W生介紹一些科學(xué)家研究過程中的失敗。
又如，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線之前，X射線已多次出現(xiàn)在一些物理學(xué)家面前，但是都沒有引起他們的注意，直到1895年，當(dāng)倫琴用陰極射線放電管做實(shí)驗(yàn)時(shí)，無意將一包照相底片放在附近，發(fā)現(xiàn)底片“跑光了”，引起了倫琴的注意，窮追下去，終于發(fā)現(xiàn)了X射線。于是，我們從中悟出一種方法：在從事科學(xué)研究中，要注意通過觀察，揭示隱藏在“區(qū)區(qū)小事”或者“普遍現(xiàn)象”中的秘密，從偶然的機(jī)遇中，追求必然的結(jié)果，這就是科學(xué)研究中的“機(jī)遇法”。
一、進(jìn)行方法論教學(xué)的重要意義
學(xué)生在校學(xué)習(xí)物理應(yīng)學(xué)些什么？按照新的教學(xué)思想，學(xué)生必須學(xué)習(xí)這門學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，即基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、規(guī)律和研究這門學(xué)科的基本方法。
這兩大部分中，后者的價(jià)值并不小于前者。從某種意義講，知識(shí)是客觀存在的、不變的，而方法則是靈活的、活躍的、富有創(chuàng)造性的。伽里略已死去三百多年，他所發(fā)現(xiàn)的自由落體規(guī)律在物理學(xué)知識(shí)的長(zhǎng)河中所占比例愈來愈小，但他研究問題所創(chuàng)造的一套科學(xué)方法，卻不斷為后人所繼承、發(fā)揚(yáng)，創(chuàng)造了比自由落體規(guī)律高出千百倍的財(cái)富。實(shí)踐證明，如果僅僅讓學(xué)生學(xué)懂了自由落體規(guī)律當(dāng)不了科學(xué)家，但是，如掌握了伽里略研究問題的方法，那將受益不盡。
（二）歷，自然科學(xué)家都十分重視方法論的研究。許多物理研究工作者在取得科研成果的同時(shí)，也創(chuàng)造出了引人注目的方法論，這是人類寶貴的精伸財(cái)富。愛因斯坦指出：在衡量人才的貢獻(xiàn)時(shí)，主要看他們?cè)谧约旱囊簧小跋氲氖鞘裁春退鯓酉氲摹?，也就是說，既要關(guān)注人才向社會(huì)提供的物質(zhì)成果，更要注意從他們那里吸取科學(xué)的思想方法以及思維的藝術(shù)。他在介紹自己取得科學(xué)成功的秘訣時(shí)，總結(jié)了一個(gè)公式：A（成功）＝X（艱苦的勞動(dòng)）十Y（正確的方法）十Z（少說空話）。德國(guó)物理學(xué)家玻恩（188一1970）說：“我榮獲1954年的諾貝爾獎(jiǎng)金，與其說是因?yàn)槲宜l(fā)表的著作里包括了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因?yàn)槟抢锩姘ㄒ粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的新思想方法基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)。”
（三）正確的方法論是馬克思主義的重要組成部分。因?yàn)樽匀豢茖W(xué)方法論是自然科學(xué)與哲學(xué)的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，它的研究對(duì)于哲學(xué)和自然科學(xué)雙方都有重要的意義。在《反杜林論·哲學(xué)篇》及《自然辯證法》中，恩格斯對(duì)自然科學(xué)方法論作了廣泛的研究、探討，論述了方法論的許多重要原則。因此學(xué)習(xí)方法論有助于物理學(xué)工作者和青年人更好地學(xué)習(xí)唯物論和辯證法，促進(jìn)世界觀的改造。斯蒂芬·梅森說：說起任何特殊的科學(xué)理論來對(duì)人類的價(jià)值觀影響大的恐怕還是科學(xué)的方法論。特別應(yīng)該指出，由于物理學(xué)研究的是關(guān)于物質(zhì)的基本性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)知識(shí)，而它的研究方法又符合辯證唯物論的一般認(rèn)識(shí)規(guī)律，因此，物理學(xué)方法論在科學(xué)方法論的研究中又有著特殊的意義。例如，物理學(xué)方法向其他自然科學(xué)或技術(shù)科學(xué)轉(zhuǎn)化、移植，形成了一些新的邊緣科學(xué)：物理學(xué)與天文學(xué)結(jié)合形成天體力學(xué)、天體物理；與化學(xué)結(jié)合形成物理化學(xué)、量子化學(xué)；與生物學(xué)結(jié)合形成生物力學(xué)、生物物理、分子生物學(xué)、量子生物學(xué)等。
的理論物理學(xué)家薛定愕在《生命是什么》一書中，把熱力學(xué)和量子力學(xué)的理論和方法引入到了生物學(xué)中去。歷史學(xué)家運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)的方法，按照古書中記載的西漢造紙的蛛絲馬跡，經(jīng)過四十多次的模擬實(shí)驗(yàn)，制成了可以書寫的模擬西漢麻紙，使我國(guó)發(fā)明造紙的時(shí)間從東漢蔡倫提前至西漢，引起了國(guó)內(nèi)外歷史學(xué)家、科技史學(xué)家的注目。語言學(xué)家移植了物理學(xué)中“熵”的概念和熱力學(xué)第二定律，解釋了中外語言斷片的“拉長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)”（如“全身黃栗色的馬”，古漢語上用一個(gè)字“膘”即可表示了）。
因此，教給中學(xué)生研究物理學(xué)的方法，不論他們將來從事什么工作，都可以說是受益終身的。
（四）學(xué)習(xí)方法論，有利于盡快培養(yǎng)創(chuàng)造性人才。因?yàn)閷W(xué)習(xí)方法論可以使人們掌握正確的思想方法和工作方法，提高科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)鑒識(shí)力，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的研究工作。實(shí)踐證明，知識(shí)愈豐富，方法論的思想愈新穎，而正確的方法又可以加快人們更多地去掌握知識(shí)，所以有人說，正確的方法是科學(xué)之魂。對(duì)青年學(xué)生來講，在學(xué)習(xí)階段較早地接受方法論的指導(dǎo)，無疑會(huì)大大地縮短他們參加工作后憑借個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)而漫無邊際摸索的階段，有利于青年充分利用富有創(chuàng)造力的青年時(shí)期。
因此，現(xiàn)在世界各國(guó)都把方法論的研究提到空前的高度，美國(guó)麻省理工學(xué)院為學(xué)生專門增設(shè)了方法論這一專門課程我國(guó)1978年在制定1978—1985年8年全國(guó)科技規(guī)劃時(shí)，“自然科學(xué)史和科學(xué)方法論”被列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一。南京大學(xué)為學(xué)生開設(shè)了科研方法論選修課。上海和四路小學(xué)，為學(xué)生開設(shè)創(chuàng)造技法課，從小培養(yǎng)學(xué)生掌握研究問題的方法，這都是有遠(yuǎn)見的做法。
后應(yīng)指出，進(jìn)行方法論的教學(xué)與培養(yǎng)能力是一致的，一個(gè)人掌握的方法愈新穎、愈靈活，他的能力也就愈強(qiáng)。
二、怎樣進(jìn)行方法論的教學(xué)
物理學(xué)任何一個(gè)概念的引入，或新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)都滲透著方法論的思想，而且是各種方法的綜合運(yùn)用，因此，應(yīng)該把方法論的教學(xué)貫徹于教學(xué)的始終，教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并且把方法論的教學(xué)寓于知識(shí)的傳授之中，與知識(shí)的傳授結(jié)合進(jìn)行。
（一）講授新概念，研究新問題，結(jié)合講授研究物理問題的基本方法。
例如，我們研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律首先要確定研究對(duì)象，這就涉及如何建立理想模型問題，諸如質(zhì)點(diǎn)、理想流體、理想氣體、點(diǎn)電荷、完全彈性體、簡(jiǎn)諧振動(dòng)等。因此可結(jié)合向?qū)W生介紹什么是理想模型！為什么引入理想模型？引入的可能性及其使用條件……。
又如，類比是科學(xué)地認(rèn)識(shí)自然的重要方法，它是立足在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)事物的一種有效的試探性方法，它往往是探索新知識(shí)的先導(dǎo)，是科學(xué)假說的前提，培養(yǎng)學(xué)生具有這種思維素質(zhì)是很有好處的。類比也可用于教學(xué)上，教學(xué)中恰當(dāng)?shù)仡惐?，可少費(fèi)口舌，化抽象為具體，使新知識(shí)有似曾相似的親切感，但又不是重復(fù)，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。例如講電勢(shì)概念時(shí)與電場(chǎng)強(qiáng)度的引入作類比。
（二）結(jié)合物理規(guī)律的研究，介紹總結(jié)物理規(guī)律的方法。
1．規(guī)律的總結(jié)一般都是在觀察與實(shí)驗(yàn)所提供的可靠的資料及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用分析、綜合、歸納、演繹、數(shù)學(xué)運(yùn)算、猜測(cè)等多種方法而獲得的。
第谷畢生的精力都用于觀察星體上，積累了750個(gè)星體的豐富資料，但僅是一堆可靠的確切的資料而已，并不能說明天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，更無法根據(jù)這些資料作出科學(xué)的預(yù)見。后來，開普勒經(jīng)過九年艱苦的研究，運(yùn)用猜測(cè)、類比、假設(shè)、計(jì)算等各種方法，終于在雜亂無章的數(shù)字資料中找出了規(guī)律，總結(jié)出了開普勒三定律，從而為天體的運(yùn)行“立了法規(guī)”。
2．總結(jié)規(guī)律要遵循簡(jiǎn)單性原則，這也是物理學(xué)的美學(xué)原則之一。
物理學(xué)史表明，科學(xué)家都十分注意用簡(jiǎn)單的公式來表示客觀規(guī)律。例如，牛頓只用了幾條簡(jiǎn)潔的定律，就概括了物質(zhì)世界紛繁的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，完成了物理學(xué)偉大的綜合。相對(duì)論之父愛因斯坦說：“我們?cè)趯で笠粋€(gè)能把觀察到的事實(shí)聯(lián)結(jié)在一起的思想體系，它將具有大可能的簡(jiǎn)單性，我們所謂的簡(jiǎn)單性，……是指這體系所包含的彼此獨(dú)立的假設(shè)或公理少”。又如人們?cè)谘芯抗獾恼凵洮F(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)折射角隨著入射角的改變而變，下頁表列出了用玻璃磚所作的實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的幾組入射角和對(duì)應(yīng)的折射角的度數(shù)。
目的是要找出r與i的關(guān)系，為此用橫坐標(biāo)表示i，縱坐標(biāo)表示y，用描點(diǎn)法畫出它們的圖線，如圖1中實(shí)線所示。因?yàn)閳D線不是簡(jiǎn)單的或二次函數(shù)，為了找出更為簡(jiǎn)單的關(guān)系，大約經(jīng)歷了一千多年的時(shí)間，荷蘭物理學(xué)家斯涅爾發(fā)現(xiàn)入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個(gè)常數(shù)（笛卡爾作了理論證明），這樣用圖2表示sini與sinr的關(guān)系就是一條簡(jiǎn)單的直線了。
入射角ｉ（度）
折射角γ（度）
比值ｉ／γ
比值sini／sinγ
0
0
不確定
10
6.7
1.50
1.49
20
13.3
1.50
1.49
30
19.6
1.53
1.49
40
35.2
1.59
1.51
50
30.7
1.63
1.50
60
35.1
1.71
1.51
70
38.6
1.81
1.50
80
40.6
1.97
1.51
3．講清楚在總結(jié)規(guī)律時(shí)容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。謬誤無所不在，無孔不入，沒有一種方法是萬無一失的?？茖W(xué)家在總結(jié)規(guī)律的過程中，也常常出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。例如對(duì)直觀感覺的材料不作理性分析就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。因?yàn)樽匀灰?guī)律總是隱藏在事物的大量現(xiàn)象的背后，有的現(xiàn)象反映了事物的本質(zhì)，有的卻是事物的假象。假象是事物易消失的俱然或次要因素的反映，如果不加分析，單憑直覺出發(fā)常會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)的理論，就是犯了這種方法論的錯(cuò)誤而往出的錯(cuò)誤的結(jié)淪。而伽里略能夠不被表面現(xiàn)象所迷惑，對(duì)直觀現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)真的理性分析，盡管他也是看到不同的物體在空氣里下落有快有慢，但他同時(shí)還注意到不同的物體在空氣里于落速度的差異比在水中小，因此他設(shè)想，如果介質(zhì)越稀薄物體下落速度的差異就越小，因此他推論“在一個(gè)完全沒有阻力的介質(zhì)中，所存物體以同一速度降落”。
又如，盲目地根據(jù)一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)規(guī)律，往往造成謬誤。研究欏次定律時(shí)，按照?qǐng)D3示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩次向線圈中插磁鐵、結(jié)果線圈中感生電流的磁場(chǎng)總是使線圈上端的極件與磁鐵下端的極性相同，如果據(jù)此我們總結(jié)規(guī)律：“感生電流的磁場(chǎng)方向總是與原來磁場(chǎng)的方向相反”（這是學(xué)生在應(yīng)用欏次定律時(shí)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤）。這顯然是不對(duì)的。
（三）結(jié)合介紹物理學(xué)家及物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，介紹物理學(xué)方法的綜合運(yùn)用。
物理學(xué)史已經(jīng)充分證明，每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)往往都是各種物理上方法綜合運(yùn)用的結(jié)果。例如在討論自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以結(jié)合教學(xué)伽里略的方法論去做。
大家知道，伽里略在物理學(xué)占有重要地位。被后世譽(yù)為“近代科學(xué)之父”，這不僅與他在科學(xué)上的偉大成就有關(guān)、而且與他在科學(xué)方法上的革命性轉(zhuǎn)變分不開。正是由于他在科學(xué)方法上的創(chuàng)新、引導(dǎo)自然科學(xué)走上了正確的道路。
伽里略創(chuàng)立的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，改變了從直觀感覺或臆想出發(fā)純粹邏輯地推演出結(jié)論的思辨方法、強(qiáng)調(diào)對(duì)直觀感覺材料要作理性分析，要由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。他非常重視觀察和實(shí)驗(yàn)，制造出望遠(yuǎn)鏡對(duì)星體進(jìn)行觀察；為了證實(shí)重物下落不比神物快的結(jié)論。他親自登上比薩斜塔作自由落體實(shí)驗(yàn)；作外面實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具、就用自己制造的水漏計(jì)時(shí)。
伽里略十分重視數(shù)學(xué)的作用，把它作為描述自然界的語言，使自然科學(xué)不僅停留在定性敘述上，而且開始邁進(jìn)定量表示的階段。同時(shí)又把它作為推理的工具，使自然科學(xué)能確切地預(yù)言新的事實(shí)，他把實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合形成了實(shí)驗(yàn)──數(shù)學(xué)方法。他為了證明自由下落加速度為常數(shù)（在當(dāng)時(shí)是很困難的，因?yàn)楹芏蹋苄?，很難測(cè)試），于是他借助于數(shù)學(xué)，根據(jù)h＝平均速度時(shí)間,欲證a為常數(shù)，可轉(zhuǎn)化為證明為常數(shù)，顯然h與t比、易測(cè)定，很巧妙！
伽里略還把實(shí)際的實(shí)驗(yàn)與理論思維緊密結(jié)合起來，形成一種新的方法──理想實(shí)驗(yàn)的方法。并用此法導(dǎo)致了慣性定律的發(fā)現(xiàn)。這種方法使邏輯推理有了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，既改變了過去純粹邏輯推時(shí)的思辯方法，又克服了只重經(jīng)驗(yàn)、歸納的片面性。
（四）挖掘教材中的方法論思想。
教材不可能完全按科研的程序工編寫，因此教材中的一些方法論思想還要靠我們有意識(shí)地去挖掘。例如初中物理“測(cè)量”這部分?jǐn)?shù)村就包括著豐富的力法論思想：
測(cè)量本身滲透著等效的觀點(diǎn)（做測(cè)物體的長(zhǎng)度與當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的尺的幾倍相當(dāng)）；測(cè)量特殊形狀物體的尺度（如圓錐體的高）運(yùn)用幾何圖形的方法；測(cè)量很薄的紙張的厚度）在本很小的物體的質(zhì)量或者是很細(xì)的金屬絲的直徑采用了積分求和之后再求平均的方法；而測(cè)量曲線的長(zhǎng)度則是利用了以直求曲的方法，貫穿著微分求和的思想。在研究密度、比熱、電阻等表證物質(zhì)特性的量的買驗(yàn)時(shí)，采取了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法。運(yùn)用微小壓強(qiáng)計(jì)測(cè)壓強(qiáng)或者運(yùn)用細(xì)管中小液注的移動(dòng)來觀察氣體受熱后的膨脹現(xiàn)象，則是利用了“廣義的放大法”來提高演示實(shí)驗(yàn)效果的明顯性。
（五）注意吸取和介紹一些新的萬法論思想，例如系統(tǒng)理論的方法論思想
所謂系統(tǒng)方法，就是按照事物個(gè)身的系統(tǒng)性把對(duì)象放在系統(tǒng)中加以考察的一種方法；即從系統(tǒng)的觀點(diǎn)，始終著重從整體與部分之間，整體與外部環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系中，綜合地、精確地考察對(duì)象以達(dá)到佳地處理問題的一種方法。它的基本出發(fā)點(diǎn)就是把整體作為研究對(duì)象，這給我們提供了研究問題的有效方法。例如：
有甲乙丙三種液體，其質(zhì)量分別為m1、m2、m3，溫度分別為t1、t2、t3如果將它們混合在一起，試求達(dá)到平衡時(shí)的溫度。
按照一般教材中介紹的熱平衡方程，需要分兩步計(jì)算，即先計(jì)算甲乙混合后的溫度，然后再與第三種混合，這樣要列兩次熱平衡方程，而且實(shí)質(zhì)上是把本來同時(shí)進(jìn)行的過程，人為地分解成了分先后的過程（當(dāng)然從等效的角度看也是一樣的）。如果按系統(tǒng)論觀點(diǎn)，把這三種液體混合作為一個(gè)孤立系統(tǒng)對(duì)待，與外界不進(jìn)行熱交換，那么可列方程它反映了系統(tǒng)內(nèi)高溫物體放出的總熱總等于低溫物體吸收的總熱，吸熱與放熱的代數(shù)和為零。即：這樣去處理問題就方使得多了；
（六）介紹物理學(xué)的失敗方法。
人們總是希望成功。但實(shí)際上，在物理學(xué)的研究中，當(dāng)人們帶著現(xiàn)有的知識(shí)去開拓新的處女地時(shí)，由于種種條件的限制，首先遇到的往往是無情的失敗。物理學(xué)史表明，物理學(xué)大廈并不部是成功者創(chuàng)造的，它是成功者與失敗者共同創(chuàng)造的。
因?yàn)?，從某種意義上講失敗也是成功。愛迪生為了尋找一種合適的燈絲，試用了一千六方多種材料，在這里能確定某種材料不適合作燈絲，本身不既是失敗也是成功嗎？所以愛迪生說：“失敗也有我需要的。他和成功對(duì)我一樣有價(jià)值，只有在我知道一切做不好的方法之后，我才能知道做好一件工作的方法是什么?！庇?guó)物理學(xué)家、化學(xué)家戴維說：“我的那些主要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟示后得出的?！币虼?，能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并做出反應(yīng)從而獲得成功，是一個(gè)訓(xùn)練有素的物理學(xué)家的標(biāo)志。我們可以把一個(gè)理論的探討或發(fā)明的過程歸結(jié)成：研究的失敗──失敗的研究──研究的成功。顯然，沒有對(duì)于失敗的研究就不會(huì)有研究成功。美國(guó)麻省理工學(xué)院專門研究失敗的研究所，并給學(xué)生開設(shè)了相應(yīng)的課程，這是很耐人尋味的。因此我們應(yīng)該向?qū)W生介紹一些科學(xué)家研究過程中的失敗。
又如，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線之前，X射線已多次出現(xiàn)在一些物理學(xué)家面前，但是都沒有引起他們的注意，直到1895年，當(dāng)倫琴用陰極射線放電管做實(shí)驗(yàn)時(shí)，無意將一包照相底片放在附近，發(fā)現(xiàn)底片“跑光了”，引起了倫琴的注意，窮追下去，終于發(fā)現(xiàn)了X射線。于是，我們從中悟出一種方法：在從事科學(xué)研究中，要注意通過觀察，揭示隱藏在“區(qū)區(qū)小事”或者“普遍現(xiàn)象”中的秘密，從偶然的機(jī)遇中，追求必然的結(jié)果，這就是科學(xué)研究中的“機(jī)遇法”。