大學物理中的理想化方法及其在教學中的作用

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摘 要：該文簡述了理想化方法及其分類、其在物理學中的作用。簡述了大學物理教學中理想化方法在培養具有創新素質和創造能力的人才中能起到的作用。

關鍵詞：理想化方法 物理學 大學物理教學

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0162-01

在物理學發展史中，理想化方法在物理學的形成和發展過程中起到了十分重要的作用。理想模型、理想實驗和理想過程是物理學中常用的理想化方法。在科學研究和教育教學過程中，理想化方法是一種具有重要意義的方法論 [1]。

大學物理學課程是各大中院校理工科學生學習科學技術知識的公共必修課，同時也是一門培養學生科學素質，科學思維能力的重要課程。大學物理教學的目的不僅只是傳播物理知識和技術的教育，而且也是培養人的思辨能力和理性思維品格的教育，是開發潛在創造性的教育 [2]。

在物理教學的整個過程之中，理想化方法的認識和應用是非常重要的。在物理教學過程中，通過正確認識和應用理想化方法來可以提高物理教學質量， 能培養具有創新素質和創造能力的人才[3]。

1 物理學中的理想化方法

理想模型，是以抓住事物問題的本質為目的，通過對事物進行取支去葉，力求真實的描寫各種物理現象的一種方法。雖然理想模型是不能為人直接感知的，但是在實驗中能近似地接近。由于理想模型是以客觀存在為原型的，所以其原型在客觀世界中可以可找到的。大學物理課程中的主要理想模型有質點、剛體、理想氣體、點電荷、電力線和光線等。

理想實驗同時也稱為思想實驗，是指根據某種理想化的條件和規律在思維主體中進行的推理活動。建立理想模型是進行理想實驗的前提條件，以運用理想化的創造思維方法來建立理想模型。與在客觀世界中進行的實際實驗活動相比，理想實驗是一種創造性的思維，是進行在主觀世界中的創造性想象。伽利略指出亞里士多德理論的錯誤就用到了理想實驗。大學物理課程中的主要理想實驗有理慣性定律實驗和卡諾循環等等。

理想過程，自然界存在的運動過程是很復雜的，為了達到突出物體運動的主要特征和規律和方便地研究問題的目的，其次要因素忽略掉，把其想象為一種實際上不存在但經得起實踐驗證的、簡單化的運動過程。大學物理課程中的主要理想過程有勻速直線運動、完全彈性碰撞、絕熱過程，絕熱壓縮與絕熱膨脹、光的偏振、電磁振蕩和電磁感應等。

2 理想化方法在物理學中的作用

從新的思維角度出發，運用新的思維方法和程序來解決問題和認識客體的活動被看成是創造性思維活動。物理學的發展史可以看成為一部創新史，同時也是一部自然科學方法史。物理中具有非常豐富的創造性思維，其在物理學發展過程中起到了非常重要的關鍵作用。自亞里斯多德、阿基米德到伽利略、牛頓，再到普朗克、愛因斯坦等都是運用創造性思維來突破思維定勢[4]。

作為一種近似反映客觀事物及其變化過程的方法，理想模型具有使問題認識和處理簡化的特點。雖然理想模型是對客觀存在的一種近似的方法，但是描述客觀事物時不會產生很大的偏差。為了突出物質結構原型的本征特性，理想模型具有發揮想象力和對其進行邏輯思維非常方便等特點。充分發揮想象力和綜合運用多種邏輯方法是在理想模型的建立過程中非常必要的。通過對所建立的理想模型和實際事物及其變化進行進一步的仔細分析來，可以找到理想模型與實際結果之間所產生的矛盾之因。在分析和解決問題的過程之中可以獲得啟發，并可提出新的科學預見。

以具有可超越現有研究環境和科學條件之約的特點，運用理想實驗方法能夠提出新的科學研究方向。對于先進的實驗設備也做不到的一些尖端科學難題，在特定假設之下進行的理想實驗中，為突出所研究對象的主要特性，充分利用思維的靈活作用，經過純化和簡化的過程，能創建發現自然規律的新途徑。

物理學所研究的很多物理過程是比較復雜的，這些復雜過程與很多因素有關。在研究過程中，這些因素及其之間的聯系是不能忽略的。對這些復雜的過程進行理想過程的處理會產生通過理想過程方法概括和總結的規律和特性與所研究對象本身實際所存在的規律和特性之間的微小的差別。在對精度要求不是很高的情況下，在具體復雜過程的應用中，這種差別導致的誤差可以忽略不計。從這種意義上講，在深入研究物理過程的各種內部過程中，理想過程通過有條件地撇開一些客觀實際過程中存在的不能排除的次要因素來，充分暴露出所研究的復雜過程中主要的和基本的內在聯系以及其規律。

3 大學物理教學中理想化方法的作用

自然界中物質的運動是形式多樣、非常復雜的。在這些復雜、多樣的物質運動中，對所研究對象的條件和范圍近似滿足理想化狀態的進行理想化，抓住其主要因素，忽略次要的環節和因素，使復雜、豐富的現象和過程變成為簡單和純粹。在研究過程中，要發現和掌握形式多樣、非常復雜的物質運動的規律，就要從其中找到其相對穩定的、內在的實質關系。物理學中的每一個定律、定理只反映同一種性質的物理現象的規律并不是物理現象中的一切聯系。描述形式多樣、非常復雜的物質運動時，每一個定律、定理只包括某些方面起主要、決定性作用的因素之間的聯系。

創造性思維和創造能力是在創造過程中起極其重要作用的因素之一，因此在正常教學過程中要傳授知識的同時還需要培養學生創造性思維和創造能力。學生在學校的時間大部分在課堂上度過的，因此教學過程是他們接受知識和培養創造性思維和創造能力的主渠道[5]。

大學物理是大中院校理工科各專業的重要必修課程。在大學物理課程的研究方法里包含了實驗方法、理想化方法、推理、假說、數學方法等多樣化的研究方法。大學物理教學傳授物理概念、規律等內容，同時也講述包含在其背后的實驗方法、創造性思維以及其在工程中的應用等[6]。在大學物理教學過程中，通過對理想化方法的教育，教育學生學會如何去進行科學抽象，將學生學會如何去處理所遇到的各種問題。作為解決問題的特殊的思維模式，理想化方法的教育會讓學生學會觀念的轉變。在教學過程之中，對學生單純地進行方法的教育，學生會感到很抽象，因此教育過程中要適時適度地同步進行方法教育與知識教學。作為重要的科學研究方法，作為培養邏輯思維及創造性思維的重要方法，理想化方法在培養創造性人才的過程中起到重要的作用。

參考文獻

[1] 張景生，謝星海.理想實驗與創造性人才培養[J].聊城師院學報（自然科學版），2002，15（1）：104.

[2] 劉培姣.大學物理教學創新的探索與實踐[J].孝感學院學，2006，26（6）：114-116.

[3] 蔣秀麗.大學物理教學中傳受物理學思想的意義[J].科技資訊，2011（32）：158.

[4] 黃德中.大學物理教學在工科學生創新能力培養中的作用[J].紹興文理學院學報，2002，22（2）：101-103.

[5] 梁燕，周磊.物理問題中的“三化”處理[J].宿州師專學報，2002，17（1）：107.

[6] 吳淑花.淺談物理教學中理想化方法的教育[J].承德職業學院學報，2005（4）：11-13.endprint