理想物理模型在高中物理教学中的基础作用和意义

理想物理模型在高中物理教学中的基础作用和意义

理想物理模型在高中物理教学中的基础作用和意义

刘晓春

（甘肃省舟曲县一中）

摘要为使人们逐渐理解和掌握物理学的重要和基本的规律，物理学中用理想化模型代替实在、复杂的物理研究对象，即所谓的理想物理模型。它是物理学研究方法和逻辑思维的结晶，是研究物理规律的重要基石，也是贯穿于整个高中阶段物理教学内容的重要组成部分。

关键词研究对象理想物理模型高中物理教学

在科学研究中，一种重要的方法就是在研究事物时常忽略事物的次要因素而抓住事物的主要因素，从而得出事物的结果、性质或规律；同样在物理学研究中，为了便于研究，人们在观察和实验时，会忽略研究对象和物理过程中的次要因素而只抓住主要因素，从而掌握研究对象的基本性质和重要物理规律。物理学是一门研究物质最普遍、最基本的运动形式的自然科学。而所有的自然现象都不是孤立的。这种事物之间复杂的相互联系，一方面反映了事物联系的规律性，同时又存在着许多偶然性，使我们的研究产生了复杂性。例如，在研究物体的机械运动时，实际上的运动往往非常复杂，不可能有单纯的直线运动、匀速运动、圆周运动。为了使研究变为可能和简化，我们常采取先忽略某些次要因素，把问题理想化的方法，如引入匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动和简谐运动等理想化的运动。这就是先建立理想化的物理模型，然后在一定条件下，用于处理某些实际问题。这种把物理研究对象形式化、纯粹化的方法就是一种理想化的方法，理想化的研究对象就是物理学中的理想化物理模型。理想化物理模型是学习物理知识的重要手段和方法，在高中物理知识架构和学习中始终起着非常重要的作用。在高中物理教学过程中如何引导学生对物理模型及其科学方法的正确有效建立及其思维方法的掌握，直接关系到高中物理教学及学生学习的成败。１

理想物理模型的类型

到它们的表现形式。在建造物理模型的同时，也在不断地建造表现物理状态和物理过程规律的数学模型。当然，由于理想化物理模型是客观实体的一种近似，以理想化物理模型为描述对象的数学模型，也只能是客观实体的近似的定量描述。例如，在研究外力一定时加速度和质量的关系实验中，认为小车受到的拉力等于钩码的重力，其实，小车受到的拉力不完全等于钩码的总重力。只有当钩码的总质量远小于小车和砝码的总质量时，才可近似地认为钩码的总重力为小车所受的拉力，这是我们采取简化计算的一种数学模型。２

物理理想模型的作用

（１）模拟型模型。物理概念和规律在形式上常常是抽象的，但在内容上是具体的，对于这样的研究对象我们可以采用模拟形式来描述。如电磁学中的电力线、磁感线、等势面等物理模型。这些实际不存在的线或面并非是凭空臆造，而是通过科学模型的建立，达到形象地用这些模拟的线或面使得这些看不见、摸不着难以理解的客观存在的物体、物质、规律具体化、形象化，使人们对研究对象的本质和规律得到形象化的理解和掌握，并借助这样的形象化模型对其抽象的内蕴的客观物理规律方便地进行研究。中学阶段教师的物理教学和学生对于这部分电磁学抽象物理知识和规律的学习掌握都建立在这些理想物理模型的建立之上。否则教与学都无法想象该怎么进行。

（２）实物模型。对物理研究对象在一定的环境下将一些次要因素忽略不计而理想化的模型。如：光滑面、质点、弹簧振子、单摆、原子核结构模型、杠杆、薄透镜、理想气体、点电荷、变压器、理想电流表、理想电压表等，这些模型忽略了研究对象受到研究系统对其所施加的一些次要因素的影响作用，从而便于学习者和研究者掌握研究对象的一些基本规律和性质所建立的一种物理模型。

（３）过程模型。这种模型一般用于分析物理事件发生的过程，在实际的物理过程中忽略某些对物理过程而言的次要因素时往往可抽象为理想化的变化过程。如：热学中气体的等温变化、气体的等压变化、气体的等容变化；动力学中的弹性碰撞、简谐运动、匀速直线运动、抛体运动、自由落体运动；电学中的恒定电流、等幅振动等等都是物理过程和物理状态的理想化，这类模型忽略物体在运动过程中受到的一些次要因素的影响，可以突出物体运动过程中的主要方面和规律，从而使学习者和研究者更容易掌握物体的主要运动规律。

（４）实验模型。在实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑推理法则，对过程进一步分析、推理，找出其规律。例如，伽利略的理想实验为牛顿第一定律的产生奠定了基础。

（５）数学模型。客观世界的一切规律原则上都可以在数学中找

（１）培养学生正确的科学思维方法：中学物理教学中培养学生正确的思维方法是提高物理思维能力的基础，初学物理的学生往往只注意知识的学习，并不关心思维方法是否正确，而在整个中学的物理学习中，不同阶段物理学习思维方法有不同要求和特点，对此特点和规律的掌握直接影响学生物理思维的发展和学习的效果，因此引导学生建立和运用正确的思维方法很重要。在物理教学过程中对理想物理模型的建立和分析过程就是科学的思维方法培养和建立过程，由此能使学生运用物理思维方式正确透彻理解物理概念、物理规律和掌握、理解物理运动的过程。

（２）理解物理学中的难点：中学物理教材中有许多物理知识比较抽象难懂，学生不容易理解和掌握，理想物理模型就是科学抽象方法的一种形式，它是以客观实体为原型经过科学抽象的产物，是客体主要特性的反映。通过物理理想模型教学，突出问题的主要因素、约化次要因素，帮助学生建立起清晰的物理研究对象，达到疏通思维渠道，使物理问题化繁为简、化难为易，起到降低教学难度的作用，易于学生理解和掌握物理研究对象的本质特征及其规律。如质点、理想气体、点电荷、点光源等等。学生在理解这些概念时，很难把握其实质，而建立概念模型则是一种有效的思维方式。

（３）形成科学的预见：由于理想模型的抽象过程中舍去了大量的次要因素，突出了事物的主要特性，这就便于发挥逻辑思维的能力，从而使得研究结果能够超越现有条件，指导研究的方向，形成科学的预见，得到重要的物理规律。例如，为了研究平抛运动规律，我们先将问题简化为下列两个过程：第一，质点在水平方向不受外力作用，那么在此方向上就做匀速直线运动；第二，质点在竖直方向仅受重力作用，就会预见到做自由落体运动。如此可以使曲线问题得到简化，从而寻找到其运动规律。３

理想物理模型在教学中的意义

由于客观事物具有质的多样性，它们的物理性质和运动规律往往是非常复杂的，不可能一下子把它们的规律全面认识和掌握清楚，因而在中学物理教学中采用理想化物理模型来代替实在的客体，可以使事物的性质和规律具有比较简单简明的形式，从而便于学生认识和掌握它们的概念、运动规律及其本质特征。建立理想物理模型也是一种科学的研究方法和思维方法，它的运用有助于学生思维品质的提高，建立和正确使用物理模型可以提高学生理解和接受新知识的能力，同时也有助于学生掌握物理学的研究方法。可使学生对物理本质的理解更加细致深入，对物理问题的分析更加清晰明了。所以，物理模型在物理教学中有着重要的物理思维方法、物理研究方法等方面的价值意义。４

结论

（转１９２页）

理想物理模型在高中物理教学中的基础作用和意义

《电工学》教学方法改革浅析

陈彦涛

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