高中物理教学中理想模型法初探

段美玲

（黑龙江省讷河市第一中学 黑龙江讷河 161300）

高中物理教学中理想模型法初探

段美玲

（黑龙江省讷河市第一中学 黑龙江讷河 161300）

挖掘高中物理教学中物理方法的作用。让学生学习本文后进一步了解学习物理过程中哪些基本概念属于理想模型。

物理教学 理想模型法 初探

考查物理问题的方法，一定会成为今后物理教学重要话题和高考的热点。高中教材的内容，是根据课程标准编写的，它的主体当然是物理学科的知识体系。然而科学方法也是探究问题补课缺少的内容。

一、理想模型法是物理学中经常使用的一种研究方法

特点是它把研究对象所具有的特征理想化，突出强调研究对象在方面的特征或主要特征，而有意识地忽略研究对象其他方面的特征或次要的特征。使用这种方法的根本目的在于，使人们能集中全力掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律。事实证明，这是一种研究物理问题的有效方法，也是我们理解有关物理知识的基础。光线、磁感应线、质点、力的示意图、弹簧振子、单摆、理想气体、钢体、点电荷、电路图、将撬棒看做杠杆都是理想化。[1]

作为科学抽象的结果，理想模型也是一种科学概念，广泛应用在各门科学中。例如，数学中的“点”，没有粗细的“线”，没有厚度的“面”；物理学中的单摆，“理想气体”，“点电荷”等；在化学和生物学中也有类似的理想模型。这些理想模型都是以客观存在为原型的。作为抽象思维的结果，它们也是对客观事物的一种反映。在自然科学的研究中，理想模型的建立，具有十分重要的意义。由于客观事物具有质的多样性，它们的运动规律往往是非常复杂的，不可能一下子把它们认识清楚。引入理想模型的概念，可以使问题的处理大为简化，从而便于人们去认识和掌握并应用它们。

二、“理想实验”同真实的科学实验是有原则区别的

真实的科学实验是一种实践的活动，而“理想实验”则是一种思维的活动；前者是可以将设计通过物化过程而实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”。

但是，“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想．首先，“理想实验”是以实践为基础的．所谓的“理想实验”就是在真实的科学实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深入一层的抽象分析．其次，“理想实验”的推理过程，是以一定的逻辑法则为根据的．而这些逻辑法则，都是从长期的社会实践中总结出来的，并为实践所证实了的。在自然科学的理论研究中，“理想实验”具有重要的作用．作为一种抽象思维的方法，“理想实验”可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。例如，作为经典力学基础的惯性定律，就是“理想实验”的一个重要结论。这个结论是不能直接从实验中得出的。伽利略曾注意到，当一个球从一个斜面上滚下而又滚上第二个斜面时，球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等。伽利略断定高度上的这一微小差别是由于摩擦而产生的，如能将摩擦完全消除的话，高度将恰好相等。然后，他推想说，在完全没有摩擦的情况下，不管第二个斜面的倾斜度多么小，球在第二个斜面上总要达到相同的高度。最后，如果第二个斜面的倾斜度完全消除了，那么球从第一个斜面上滚下来之后，将以恒定的速度在无限长的平面上永远不停地运动下去。这个实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦完全消除掉。所以，这只是一个“理想实验”。但是，伽利略由此而得到的结论，打破了自亚里士多德以来二千多年间关于“受力运动的物体，当外力停止作用时便归于静止”这一类的陈旧观念，为近代力学的建立奠定了基础。后来，这个结论经过牛顿进一步实验和科学推理总结为牛顿第一定律，也就是惯性定律。

三、高中物理教学中的理想模型法实例

法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁铁周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。卢瑟福也在1911年构思出原子的核式结构模型。用理想化模型代替客观原型的研究方法就是“理想模型法”。它又分为“理想实验法”和“理想模型法”。例如，我们在研究真空能否传声的时候，将一只小电铃放在密闭的玻璃罩内，接通电路，可清楚的听到铃声，用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，听到铃声越来越弱，这说明空气越稀薄，空气的传声能力越弱。实验中无法达到绝对的真空，但可以通过铃声的变化趋势，推测出真空不能传声，这与牛顿第一定律的建立过程是非常类似的，这属于理想实验法。如果教师在教学中注意很好地渗透这一方法，有利于培养学生的科学思想，提高学生的创新能力。在高中教材中，我们熟悉的理想化模型有：质点、点电荷、光线、磁感线等等。正是引入了这些理想化的物理模型，才得以使我们面对许多复杂的现实问题，通过简化处理能够比较顺利地予以解决。我们也常常运用理想化方法，对于某些问题可以通过寻找和建立合适的理想化模型来处理，即将研究对象、条件等理想化，以达到化繁为简的目的。总之，在高中物理教学中，蕴含着许多科学方法，我们既不能视而不见的忽视它，又不能唯方法讲方法，要时时做有心人，把握时机，把科学方法渗透到教学活动中，恰当点拨，就能不断提高学生的科学探究能力，让学生领悟科学的本质，培养他们的科学思想以及创新思维，提高他们的科学素质。

[1]张宪魁,秦晓文.物理科学方法教育理论与实践[M].北京:北京师范大学出版社,2015:5.