“理想化”的教学方法

张萍

高中学生普遍反映物理难学，为了降低学生学习难度，就要求教师在教学中突出重点，抓主要因素，运用简捷思维，解决复杂的教学内容。如何能达到这个目的，我提出“理想化”教学方法与大家分享。

1.物质性模型

将物质性研究对象抽象为一个相关的理想模型。具体模型如：质点、理想气体、点电荷、原子模型、光子等，这种将物理研究对象模型化的优点是尽可能地剔除次要因素，突出主要因素，从而为研究和获得主要规律开辟道路。另一个优点是模型可以使被研究对象的物理图像显得鲜明和确切。

如质点模型就是将具有一定质量的物体在体积上被抽象为点。这种只有质量而没有大小和形状的点，其优点是避开转动问题，较为容易地获得了物体运动的规律。当然，质点的概念是相对的，不管物体的本身绝对尺寸怎样，只要是与所涉及的运动范围相比，其自身的限度可以被忽略时，该物体就可以抽象为质点。例如，地球的直径约为1.27×107m，比起它绕太阳公转的平均距离（1.5×1011m）小得多，这样在研究地球的公转问题时就可以把地球抽象为质点。但当我们研究地球的自转时，由于地球上各点的运动情况不同，此时就不能把地球抽象为质点。

2.概念性模型——力

力是指物体间的相互作用，如重力、弹力、摩擦力、静电力等，是一个在物理学中随处可以遇到的概念。用一个有方向、有大小的线段来表示，力不仅有方向，而且有大小，在运算时要遵从平行四边形法则。

一般情况下，学生对定义条文容易记忆，但是在理解和掌握概念上则往往吃不透，如电流的概念是指电荷的定向移动，对导线中某一被选定的横截面来讲，如果大量的电荷沿选定的正方向或沿相反的负方向通过导线截面时，则电流的方向也将有正负的改变。总有一部分学生认为电流是矢量，其错误在于教条地死记硬背定义“有方向和大小的量是矢量”，没有理解到有方向特性的矢量计算时应遵从平行四边形法则。这里电流的方向与矢量所指的方向是两个根本不同的概念，电流的方向是指以导线的循引方向为标准，非正即负，所以它是标量而不是矢量。

3.弹簧振子模型

这类模型的特点是在不同的时刻，系统的振动状态各有差异，但是都以一定的时间间隔为周期做往复运动。一般来说，振动现象不仅种类繁多，彼此各有差异，振动规律也比较复杂。但是我们能够在各具特色的振动系统中，从普遍存在的通性里面找出共同的核心作为研究对象，就完全可以使复杂的问题简单化。各种振动系统都存在一定的质量，也都具有一定的弹性，这就是共性。可以设想一个完全没有弹性形变的硬质小球为研究对象，将弹性和形变的特性全部集中在弹簧上，又可以设想弹簧的质量较轻，可以被忽略，这样将整个系统的质量全部集中到硬质小球上。

为了略去重力对振动系统的影响，可以设想弹簧一端固定，另一端系硬质小球，并且置于光滑水平面上，像这样一个被理想化了的模型就是弹簧振子模型。以这个模型作为研究对象，就可以比较容易地获得振动系统的回复力与位移成正比且反向的动力学方程F=-kx和振子随时间变化的关系：x=Asin（wt+φ）。

4.复杂物理过程的物理模型

对于较复杂的物理过程，往往可以分为若干个不同的物理过程或遵从不同运动规律的阶段。如碰撞问题，可以分为碰撞前、碰撞过程中和碰撞后三个阶段，每个阶段各有不同的物理特征，各自对应着不同的物理模型。当然每个阶段所遵从的物理规律也不相同。因此，对复杂的物理过程，只要能够抓住不同阶段的物理特性，并能选用恰当的理想化方法，包括研究对象的理想化和物理过程的理想化，就可以使复杂的问题变得简单明确。

5.物理过程的理想化研究方法

作为理想化的研究方法，除了上述列举的模型化方法之外，还有使物理过程被理想化的研究方法。

动力学的中心内容就是描述物体的各种运动状态。如各种匀速和匀加速，包括自由落体和竖直上抛运动。以匀速运动为例，表达式可以简单地写成x=vt，公式中的v从数学的角度来看是不变的比例恒量，公式表述了在一条直线上质点所通过的位移与时间成正比关系。怎样才能实现这种匀速直线运动呢？困难之一就是人们虽然可以使运动过程中存在的摩擦力尽量的减小，但是无法完全消灭。

人们可以在实践经验的基础上作如下的推论：如铅球在沙地上滚动可以很快停下来。若铅球在水泥地面上滚动时，会减速较慢，滚动的距离也较远。若铅球在冰面上滚动，减速会更慢，滚动的距离也会更远。可以设想，如果能够消灭摩擦力的影响，即在这种理想化的极限状态下，物体将会做不减速的匀速直线运动。牛顿第一定律所讲的惯性运动——匀速直线运动就是在上述逻辑推理过程中获得的，并非客观实际存在。而这种逻辑推理过程正是借助于物理过程的理想化——摩擦力为零——而获得的。由此可见，物理过程的理想化方法对人们寻求和认识物理现象的内在本质规律提供了一种有效的方法。

总之，在物理教学中，被理想化了的物体、系统或过程是很多的，应该强调的是引进各种理想模型和办法是一种非常重要的研究方法，目的是突出事物的本质因素，也只有这样才能比较容易地获得研究成果，使学生易于接受。

（作者单位：辽宁省本溪市高级中学）