科学方法在物理研究与发展中的作用

张玲娟

摘要：众所周知，做任何事情都应该讲究方法，方法对头才能事半功倍。科学研究更是如此。科学在其长期的发展过程中，逐渐形成了一套基本的科学研究方法。本文将以科学研究方法中具体的科学方法为例，论述其在物理研究与发展中作用，并对其应用加以简单论述。文章中主要以科学发展中的具体科学研究事例有效的论述各种方法的含义及其作用。

关键词：科学方法;物理研究;作用

法国生理学家贝尔纳强调说：“良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能，而拙劣的方法则可能阻难才能的发挥，因此，科学中难能可贵的创造必才华，由于方法拙劣可能被削弱，甚至被扼杀，而良好的方法则会增长，促进这种才华。”

所谓科学研究方法是人们发现新现象，提出新理论的手段。就是人们如何运用自己的智慧，去寻找观念世界与现象世界之间的联系，就是在科学研究活动中，运用科学的实践与理论思维技巧。它是研究人的认识过程和规律的科学。

科学研究法中，最常用的方法一般有：归纳与演绎法科学抽象，类比法，分析与综合法，实验法等，本文将从这些具体的科学方法在物理学史上应用的事例为准，证明科学方法在物理研究与发展中的作用。

一、归纳与演绎法在物理研究与发展中的作用

所谓归纳法，就是从个别事实中概括出一般原理的思维方法，也就是从特殊性知识推出一般认识的推理方法。归纳法的应用，使人的认识超出个别性而进入到一般性的认识。归纳法即重视资料而收集，也很重视资料的整理。

例如，数学家高斯少年时代述算就是运用归纳法进行推理。老师出了道题1+2+3+……+99+100=？高斯观察到，第一项和倒数第一项，第二项和到数学第二项……每两项相加都是101，也就是1+100=101;2+99=101;……50+51=101，而这些数字是50对。他运用归纳推理得出结论。

所谓演绎就是从一般性的原则公理出发推出关于特殊或个别事物的思维方法，是一种必然性推理。演绎是从个别的经验事实总结出一般原理。导致科学发明发现，或受到启发提出科学假说。演绎推理是逻辑证明的有效工具，也是发展假说理论的中心环节。

例如，物体从高空下落运动，亚里士多德断言：“快慢与其重量成正比”。伽俐备认为在真空中，轻重物体应同时落地，他除了用实验证明之外，还指出简单的推理。设物体A比B重，按照亚里士多德的说法，A应比B先落地，把A和B捆在一起，显然A+B>A>B，它应比A先落地，另由于A比B落得快，B应减慢A的下落速度，所以A+B应比A后落地。这样得到相互矛盾的结论，A+B应比A先落地，又应该比A后落地。这个矛盾源于亚里士多德的判断，因此这个结论是错误的。

大量科学研究证明，归纳与演绎法可以有效的提取科学资料。提出科学的设想与实验，在科学研究中发挥着重要的作用。我们应把归纳法与演绎法辩证的统一起来应用。归纳为演绎提供正确的前提，演绎为归纳提供正确的指导。

二、抽象在物理研究与发展中的作用

抽象就是透过现象抽取本质的思维过程和思维方法，是科学认识由感性阶段向理性阶段飞跃的决定性环节。作为具体的对立面，是指在思维中分别抽取客观对象的具体内容，本质属性，而舍去一切非本质性的逻辑方法。

例如，伽利略根据科学抽象的理想实验，提出了惯性概念。让小球沿一个斜面从静止滚下来滚上另一个斜面。如果没有摩察小球将上到原来的高度，他推理如果减小第二个斜面的倾角，小球在斜面上达到原来的高度就通过更长的路程。继续减小倾角，成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定速度运动下去。该实验是想象中的实验，但以事实为基础，经过抽象思维抓主要因素，忽略次要因素，揭示了自然规律。

抽象可以区分科学现象的真相与假相。从复杂现象中抽取出同类现象进行鉴别，从同类现象中，提取主要和次要，从而促使科研的成功。

三、類比法在物理研究与发展中的作用

类比是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相似或相同而推出其它方面也可能相似或相同的一种逻辑方法。

其公式是：A具有a、b、c、d属性，B具有a'、b'、c'、属性;所以B可能有d'属性，其中分别有a'、b'、c'、d'相似或相同。在科学认识中，人为了变未知为已知，往往借助类比方法，把陌生的对象和熟悉的对象相比较，把未知的东西与已知的东西相比较，这种方法具有启发思路、提供线索、举一反三、触类旁通的作用。

例如，卢福瑟原子结构模型的建立应用了这种方法。太阳系的核心，太阳相对太阳系来说体积很小，却占了太阳系99、87%的质量。行星都服从万有引力定律。原子核是原子的核心，原子核相对原子来说体积很小，却占了原子99.97%的质量，并服从库仑定律。卢瑟福将原子内部结构和太阳系的结构相类比。他想既然行星绕太阳运转，电子是不是也绕原子核运转呢？从而启发他创立了原子结构行星模型假说。

四、分析与综合在物理研究与发展中的作用

分析就是把整体分解为部分，把复杂事物分解为各个要素，并对各个要素或部分进行研究和认识，找出事物本质的一种思维方法。分析可以使科学认识从整体的笼统认识深入到各个部分中去，使科研从一个层次发展到更深的层次，使现象的认识进入到本质的认识。

例如，“元过程分析法”，利用分析方法从事物的部分揭示整体规律的特点。如流体中取一个非常小的体积元，从有一定质量分布的钢体内部“分离”出一个非常小的质元等。然后深入分析这个小单元的特点和各种物理量的相互关系和变化规律，从而建立起描述整个物理过程的微分方程。

所谓综合方法就是把对象的各个部分、侧面、因素连接统一起来进行考察，从而在整体上把握事物的本质。综合是通向科学发现的重要的条件。

例如，沃森和克里克理提出了DNA的双螺旋模型。他们综合了生物学家所提示的DNA作为主要遗传物质的信息传递功能，又综合了生物化学家分析DNA各种成分大量材料，特别是综合了威尔金斯等人的DNA晶体射线衍射图样和实验数据，把DNA的整体结构完全表现出来。这次综合使他从整体上把握了DNA的各个方面结构和功能。

但是，综合也不是简单的回复到整体的混沌认识，而是分析事物细节的基础上，揭示出物质的本质和规律。应当指出，综合法总是与分析法并用的，科学认识的发展总是沿着分析—综合—新的分析—新的综合的轨迹不断前进的。

五、实验在物理研究与发展中的作用

实验是人们在认识世界和改造世界的实际过程中，逐步产生的一种特殊的实践形式，是形成和检验科学假说与理论的实践基础。实验能够对复杂现象起到简化和纯化的作用，强化和激化研究对象的作用，在需要时可以延缓和加速，再现或模似实际现象的作用，可以直接导致一项科研的成功，导致一个重大的科学发现。

例如，居里夫妇在系统地检验所有已知化学元素，有没有放射性的实验中，注意到特别纯净的镭盐样品经常显示出具有比周围更高的温度。他们证明其原因是持续不断地有热产生，每克镭每小时总计约放出100克卡的热量。这个惊人的实验事实为后来的蜕变定律打下了坚实的基础。

总之，物理研究中合理恰当的科学方法至关重要的。但我们应该承认，自然科学的范围是非常广泛的。即使是作为基础科学的数学、物理学、代学、天文学等等，由于各自的研究对象不同，因而所采用的研究方法也各自的特点，不应该完全一样，而且在某一项研究中，应灵活应用，将几种方法综合使用，达到科研的目的。

参考文献：

[1]张培林，丁新瑞，高金声，科学研究的方法，北京，科学出版社，2002

[2]贝弗里奇，科学研究的艺术，北京：科学出版社，1979

[3][美]E·B威尔逊，科学研究方法论，上海科学技术文献出