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【摘要】新课程标准强调在中学物理教学中应注重提高全体学生的科学素养，这同时也是我国高中物理课程的目的和培养目标。如何培养学生的科学素养也一直是一个值得研究的问题，本文试图结合物理学发展过程中有关思想实验史料，探讨思想实验对于培养中学生科学素养的途径。
【关键词】思想实验科学素养
利用科学发展史知识对于培养学生的科学素养具有重要的意义，如何利用科学史中的有关思想实验史料来培养学生的科学素养是个值得研究的问题，对于思想实验，有些老师往往只重视了思想实验的知识功能，对于其丰富的思想内涵则较少进行挖掘，特别是它对于培养学生科学素养的意义。本文试图对此进行探讨。
1什么是思想实验
根据中国大百科全书可知，思想实验 （thought experiment）是一种按照实验程序设计的并在思维中进行的特殊论证方法。它既不同于真实实验，也有别于形式逻辑的推理。是按照假想的实验手段和步骤，进行思维推理，得出合乎逻辑的结果。在物理学发展的历史过程中伽利略、爱因斯坦等许多科学大师都曾经借助思想实验延伸其理论的触角。
从科学思想实验发展的历史，我们可以看到思想实验主要特点。
1.1 可操作性。思想实验不是实际进行的实验，但是它是按照实验的格式展开的，是可操作的。
1.2 严密的逻辑性。思想实验的操作过程，既是想象自由展开的过程，又是逻辑运动的过程。在这中间，逻辑起着主导作用，它引导、控制着想象，保证想象既是丰富的．又不是胡思乱想。
1.3 高度的创造性。科学家做思想实验的目的，是为了揭示事物内部的规律性。因此其探索是前无先例的，带有高度的创造性。
2什么是科学素养
科学素养（scientific literacy）概念的形成与发展经历了长期的演进过程，并且随着科学技术的发展和变革，概念的含义也将不断变化。本文采用以下观点。科学素养的基本要素包括以下几个方面。
一是科学知识与技能，是人们在科学实践中获得的关于客观世界的各种事物的本质及规律性的认识程度和实际操作本领。
二是科学方法与能力，是人们在认识和改造客观世界的实践中总结出来的，并能在实践中正确运用的思维和行为方式，以及把握事物本质的策略与熟练程度。
三是科学行为与习惯。科学习惯是长期积累和科学行为的定型。
四是科学精神、态度与价值观。科学精神是指人所具有的科学的意识、思维活动和一般心理状态，其中以推动并指引一个人采取决定和行动的科学的原则、信念和标准组成的科学价值观为核心。科学态度则指个体在科学价值观的支配下，对某一对象所持的评论和行为倾向。
我国在制定中学"科学"标准时，认为科学素养还应该涉及科学、技术与社会的关系方面。这些都是科学素养所包含的重要内容。
3利用思想实验培养学生的科学素养的途径
思想实验可以对所研究的过程设想出真实实验暂时不可能或原则上不可能达到的实验条件，进行逻辑论证。在这个过程中，不仅包含有丰富的科学知识与技能，体现了物理学研究事物的方式与方法，而且也蕴含着人类认识事物，研究事物时所伴随的丰富的科学精神和人文精神。这些对于提高学生的科学素养都是具有重要意义的，都是值得挖掘与充分利用的。
3.1 挖掘科学史中思想实验提高学生科学素养
伽利略是第一位思想实验大师，他重视实验对理论的检验作用，但由于外部环境的恶劣、实验条件的简陋以及哲学思想的影响，因此思想实验是一个常用的方法，并依此获得许多重要的发现与结论。
重力作用下的落体运动在伽利略的力学中占据着中心位置，他在关于落体运动的讨论中仍然运用了他早先提出的"落体佯谬"，对亚里士多德的落体定律提出诘难，然后逐步显示出他的研究的全部丰富内容，在这个思想实验中，他已把早先所说的密度相同而大小不同的物体改变成重量不同的物体。对话是这样进行的：
"如果让两块石头（其中之一的重量十倍于另一块的重量）同时从比如说100腕尺高处落下，那么这两块石头下落的速率便会不同，那较重的石块落到地面时，另一块石头只不过下落了10腕尺。"
"如果我们取天然速率不同的两个物体，显而易见，如果把那两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将会因受到速率较小物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大的物体的影响其速率要快一些。……但是，如果这是对的话，并假定一块大石头以8的速率运动，而一块较小的石块以4的速率运动，那么把二者连在一起，这两块石头将以小于8的速率运动；但两块连在一起的石头当然比先前以8的速率运动的更重。可见，较重的物体反而比较轻的物体运动的慢，而这个效应同你的设想是相反的。"
这个佯谬不仅揭示了亚里士多德理论的破绽和逻辑混乱，同时也表明了，运用这种思想实验的推理法，比起永远可能被人挑剔的真实实验，有时会更有说服力的推翻一个包含着错误的理论。
在这个过程中，不仅说明了重力作用下的落体运动规律，而且体现了物理学研究问题的方法，如认真观察现象，提出要研究的问题，并对问题提出猜想与假设，然后进行论证。更蕴含了丰富的科学精神与科学态度，对于前人的观点不是盲目的接受，而是具有怀疑精神，敢于提出问题，实事求是地面对科学并勇于坚持。这些都是科学素养的范畴，因此，从物理学的重大发现中吸取营养，对提高学生的科学素养是大有裨益的。
3.2利用物理学方法中的思想实验提高学生科学素养
如果所设想的条件是完全理想化的，如绝对真空、绝对光滑等，在这种条件下所进行的论证称为理想实验法，它是思想实验的一种重要形式。
这一部分在中学的物理教学中涉及的知识很多。如牛顿运动定律等。真正代表近代科学方法论精神的伽利略与牛顿。伽利略最先倡导并实践了实验加数学的方法，但是他所谓的实验并不是培根意义上的观察实验，而是理想化实验。地球上的任何力学实验都不能避免摩擦力的影响，但是认识基本的力学规律，又要从观念上排除这种摩擦力，这就需要全新的概念体系来支撑将做得实验，包括设计、实施和解释实验结果，只有这种理想化的实验才可能与数学处理相配套。伽利略的研究程序可以分为三个阶段：直观分解、数学演绎、实验证明。牛顿在吸收前人经验的基础上做了进一步完善，牛顿的方法可以称之为"归纳-演绎"法，并且认为演绎的结果必须重新诉诸实验确证。牛顿运动定律就是这些过程的直接结果。
牛顿运动定律不仅内容上说明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同样也具有重要的价值。它是以观察和实验中了解到的资料作为出发点，把自然现象合理简化并建立起恰当的物理模型；运用思想实验，即在绝对简化理想条件下，运用思维中的逻辑演绎推理导出某种科学结论，再去接受科学实践的检验的过程。
从这个研究的过程本身我们可以发现其中不仅包括科学知识，而且还涉及一种比较完善的物理学的研究方法，这对后人进行进一步的研究具有重要的借鉴意义。发现过程本身也暗含了牛顿对于科学的浓厚兴趣和科学探究的整个过程。这些都是培养科学素养的重要素材，应该给予充分利用。
3.3利用现代物理学研究中的思想实验部分提高学生科学素养
新课程强调科学与社会，技术的联系，必须看到，现代科技已经逐渐渗透到了我们生活的方方面面，因此需要学生对于现代物理学有些初步的认识。如中学物理课本加入了关于爱因斯坦的相对论和一些量子力学的简单介绍。但是现代物理学的研究，无论在微观还是宏观上越来越多地进入了不能完全直接靠实验证实或证伪的领域。相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，其中都包含有丰富思想实验的部分。
【关键词】思想实验科学素养
利用科学发展史知识对于培养学生的科学素养具有重要的意义，如何利用科学史中的有关思想实验史料来培养学生的科学素养是个值得研究的问题，对于思想实验，有些老师往往只重视了思想实验的知识功能，对于其丰富的思想内涵则较少进行挖掘，特别是它对于培养学生科学素养的意义。本文试图对此进行探讨。
1什么是思想实验
根据中国大百科全书可知，思想实验 （thought experiment）是一种按照实验程序设计的并在思维中进行的特殊论证方法。它既不同于真实实验，也有别于形式逻辑的推理。是按照假想的实验手段和步骤，进行思维推理，得出合乎逻辑的结果。在物理学发展的历史过程中伽利略、爱因斯坦等许多科学大师都曾经借助思想实验延伸其理论的触角。
从科学思想实验发展的历史，我们可以看到思想实验主要特点。
1.1 可操作性。思想实验不是实际进行的实验，但是它是按照实验的格式展开的，是可操作的。
1.2 严密的逻辑性。思想实验的操作过程，既是想象自由展开的过程，又是逻辑运动的过程。在这中间，逻辑起着主导作用，它引导、控制着想象，保证想象既是丰富的．又不是胡思乱想。
1.3 高度的创造性。科学家做思想实验的目的，是为了揭示事物内部的规律性。因此其探索是前无先例的，带有高度的创造性。
2什么是科学素养
科学素养（scientific literacy）概念的形成与发展经历了长期的演进过程，并且随着科学技术的发展和变革，概念的含义也将不断变化。本文采用以下观点。科学素养的基本要素包括以下几个方面。
一是科学知识与技能，是人们在科学实践中获得的关于客观世界的各种事物的本质及规律性的认识程度和实际操作本领。
二是科学方法与能力，是人们在认识和改造客观世界的实践中总结出来的，并能在实践中正确运用的思维和行为方式，以及把握事物本质的策略与熟练程度。
三是科学行为与习惯。科学习惯是长期积累和科学行为的定型。
四是科学精神、态度与价值观。科学精神是指人所具有的科学的意识、思维活动和一般心理状态，其中以推动并指引一个人采取决定和行动的科学的原则、信念和标准组成的科学价值观为核心。科学态度则指个体在科学价值观的支配下，对某一对象所持的评论和行为倾向。
我国在制定中学"科学"标准时，认为科学素养还应该涉及科学、技术与社会的关系方面。这些都是科学素养所包含的重要内容。
3利用思想实验培养学生的科学素养的途径
思想实验可以对所研究的过程设想出真实实验暂时不可能或原则上不可能达到的实验条件，进行逻辑论证。在这个过程中，不仅包含有丰富的科学知识与技能，体现了物理学研究事物的方式与方法，而且也蕴含着人类认识事物，研究事物时所伴随的丰富的科学精神和人文精神。这些对于提高学生的科学素养都是具有重要意义的，都是值得挖掘与充分利用的。
3.1 挖掘科学史中思想实验提高学生科学素养
伽利略是第一位思想实验大师，他重视实验对理论的检验作用，但由于外部环境的恶劣、实验条件的简陋以及哲学思想的影响，因此思想实验是一个常用的方法，并依此获得许多重要的发现与结论。
重力作用下的落体运动在伽利略的力学中占据着中心位置，他在关于落体运动的讨论中仍然运用了他早先提出的"落体佯谬"，对亚里士多德的落体定律提出诘难，然后逐步显示出他的研究的全部丰富内容，在这个思想实验中，他已把早先所说的密度相同而大小不同的物体改变成重量不同的物体。对话是这样进行的：
"如果让两块石头（其中之一的重量十倍于另一块的重量）同时从比如说100腕尺高处落下，那么这两块石头下落的速率便会不同，那较重的石块落到地面时，另一块石头只不过下落了10腕尺。"
"如果我们取天然速率不同的两个物体，显而易见，如果把那两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将会因受到速率较小物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大的物体的影响其速率要快一些。……但是，如果这是对的话，并假定一块大石头以8的速率运动，而一块较小的石块以4的速率运动，那么把二者连在一起，这两块石头将以小于8的速率运动；但两块连在一起的石头当然比先前以8的速率运动的更重。可见，较重的物体反而比较轻的物体运动的慢，而这个效应同你的设想是相反的。"
这个佯谬不仅揭示了亚里士多德理论的破绽和逻辑混乱，同时也表明了，运用这种思想实验的推理法，比起永远可能被人挑剔的真实实验，有时会更有说服力的推翻一个包含着错误的理论。
在这个过程中，不仅说明了重力作用下的落体运动规律，而且体现了物理学研究问题的方法，如认真观察现象，提出要研究的问题，并对问题提出猜想与假设，然后进行论证。更蕴含了丰富的科学精神与科学态度，对于前人的观点不是盲目的接受，而是具有怀疑精神，敢于提出问题，实事求是地面对科学并勇于坚持。这些都是科学素养的范畴，因此，从物理学的重大发现中吸取营养，对提高学生的科学素养是大有裨益的。
3.2利用物理学方法中的思想实验提高学生科学素养
如果所设想的条件是完全理想化的，如绝对真空、绝对光滑等，在这种条件下所进行的论证称为理想实验法，它是思想实验的一种重要形式。
这一部分在中学的物理教学中涉及的知识很多。如牛顿运动定律等。真正代表近代科学方法论精神的伽利略与牛顿。伽利略最先倡导并实践了实验加数学的方法，但是他所谓的实验并不是培根意义上的观察实验，而是理想化实验。地球上的任何力学实验都不能避免摩擦力的影响，但是认识基本的力学规律，又要从观念上排除这种摩擦力，这就需要全新的概念体系来支撑将做得实验，包括设计、实施和解释实验结果，只有这种理想化的实验才可能与数学处理相配套。伽利略的研究程序可以分为三个阶段：直观分解、数学演绎、实验证明。牛顿在吸收前人经验的基础上做了进一步完善，牛顿的方法可以称之为"归纳-演绎"法，并且认为演绎的结果必须重新诉诸实验确证。牛顿运动定律就是这些过程的直接结果。
牛顿运动定律不仅内容上说明了自然界的重要定律，他的研究方法、研究思想同样也具有重要的价值。它是以观察和实验中了解到的资料作为出发点，把自然现象合理简化并建立起恰当的物理模型；运用思想实验，即在绝对简化理想条件下，运用思维中的逻辑演绎推理导出某种科学结论，再去接受科学实践的检验的过程。
从这个研究的过程本身我们可以发现其中不仅包括科学知识，而且还涉及一种比较完善的物理学的研究方法，这对后人进行进一步的研究具有重要的借鉴意义。发现过程本身也暗含了牛顿对于科学的浓厚兴趣和科学探究的整个过程。这些都是培养科学素养的重要素材，应该给予充分利用。
3.3利用现代物理学研究中的思想实验部分提高学生科学素养
新课程强调科学与社会，技术的联系，必须看到，现代科技已经逐渐渗透到了我们生活的方方面面，因此需要学生对于现代物理学有些初步的认识。如中学物理课本加入了关于爱因斯坦的相对论和一些量子力学的简单介绍。但是现代物理学的研究，无论在微观还是宏观上越来越多地进入了不能完全直接靠实验证实或证伪的领域。相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，其中都包含有丰富思想实验的部分。