建立理想模型 发展学生科学思维

朱忠海

(江苏省靖江市第一高级中学 214500)

物理学的研究对象是自然界中最普遍的运动形式，比如机械运动、电磁运动等等.由于我们所处的世界纷繁复杂，任何一个具体问题都涉及到多种因素相互作用，且各具特征，这也增加了我们分析和研究的难度，为此科学家在研究相关现象时，都要采用抽象、假设等探究方法，建立理想模型，以实现问题分析和研究的简化.

一、理想模型的定义和优点

理想模型是从实际情境提取出来，并经过理想化处理的模型，这其中涉及到理想化思维，它是物理研究最基本的方法之一.一般来讲，如果所研究的物理问题牵扯到诸多元素，且非常复杂，研究时我们都要区分对象中哪些因素是主要的，哪些因素是次要的，进一步的研究一般会保留主要因素而忽略次要因素，对一些无关的干扰更是要彻底排除其影响，如此即可突出事物的本质，让问题处理的过程简便而快捷.

结合上述分析方法简介，我们可以看出，建立理想模型之后，某些不太重要的影响因素都会被屏蔽掉，这样的处理将能把主要因素凸显出来，这也有助于人们一眼看穿问题的关键所在，将其运用于物理教学，也可以让学生更加清晰地把握物理规律，提升他们物理问题分析和解决的效率.

二、高中物理的理想模型分类

理想模型大多是研究者从客观存在的场景出发，把握其最根本的特征，结合抽象思维的运用，对其进行了纯化处理，由此建立起各种理想模型.高中物理中常见的理想模型包括三种，它们分别是理想实体模型、理想过程模型和理想状态模型.

1．理想实体模型

在正式开始高中物理学习的第一课上，学生所接触的第一个物理概念是“质点”，即把物体的体积和形状彻底忽略掉，将其视为一个有质量的“点”，这一模型源于真实的物理实在，是理想思维的产物，是一种典型的理想化模型.在物理研究中，我们对具体的物体进行抽象化的处理，提炼出来的物理模型就是理想实体模型，类似的概念还包括：点光源、光滑平面、轻杆、理想气体等等.

2．理想过程模型

物理研究的对象包括很多物理过程，我们在分析问题时将过程进行纯粹化和理想化的处理，把握其中的主要因素，由此所提炼出来的过程就是所谓的“理想过程模型”，比如自由落体运动，此类运动需要物体在只受到重力影响的环境中无初速地释放，而一般在地球表面所发生的运动都会受到空气阻力的影响，为了研究的方便，某些质量大体积小的物体在下落过程中所受的空气影响都很小，因此我们将这些次要因素忽略掉，这样就可以采用自由落体运动的规律和方法来研究和处理问题.类似的问题包括：单摆运动、气体的绝热膨胀、两个小球的弹性碰撞等等.

3．理想状态模型

某些物理状态比较复杂，面对相关问题时，我们也要对状态进行理想化的抽象，由此建立理想化的模型，比如动态平衡问题，多个力作用下物体保持平衡，如果缓慢调节某个外力，但是物体的平衡状态依然保持不变，由此探索其他力的变化特点.上述问题的调整过程中，物体往往会发生一些运动，但是为了处理的方便，我们往往对这些微小的变化视而不见，将整个状态视作一个理想状态，以此来提升问题分析的效率.

三、理想模型在高中物理教学中的运用

在物理教学过程中，教师要建立这样一个认识：理想模型是一种科学化的思维，将其引入教学能够提升学生理解的效率；但同时教学过程中，我们切忌直接将模型灌输给学生，因为这样的教学很容易割裂知识与情境的关联，长此以往，学生的眼中就只有公式和规律，而没有物理情境，这显然不利于学生的成长，因此我们在教学中一定要合理使用模型，尤其应该引导学生经历理想模型的建立过程.

将模型引入到物理教学中，就是要让学生能够轻松灵活的使用模型，但是模型不能直接灌输给学生，而应该让他们在自主探究的过程中经历模型的建立，这样才能更好地提升学生建模的意识和能力.

比如在引导学生认识“质点”这个概念时，我们要引导学生明确“质点”概念建立的目的和意义.我们可以提出问题：一列从南京开往北京的火车，研究它运动的时间，是否有必要研究火车上每一个部件的运动特点？这样的问题将让学生明确在上述情境中，物体的体积和形状对问题的影响很小，因此可以忽略，随后教师再提出问题：一列火车即将经过一段铁路桥，如果要研究它通过铁路桥的时间，是否可以忽略它的形状和体积呢？通过这样的比较，学生经历着“质点”模型的建立过程，他们也明确了“质点”这个模型也不是普遍适用的，具体在什么时候需要使用这个概念，在什么时候才能使用这个概念，这些问题都是我们在教学过程中，需要让学生辨析清楚的.再比如，部分教师在教学中还和学生总结：“一般情形下，平动物体可以视为质点，转动物体不可以视为质点.”上述表达有一定的正确性，但是如果只是将概念教给学生，让学生死记硬背，这就没有任何意义.我们要引导学生结合具体的问题展开分析：为什么平动的物体在一般情形下可以视为质点，这个“一般情形”指的是什么？我们要启发学生展开思考和讨论，进而明确：平动物体的特点在于其上各点的运动状态完全相同，如果要研究其运动规律，则可以选用其上的某一个点作为代表来研究即可，这就是物理研究中的“质点”.而且到底什么时候可以将物体视为“质点”，还是要结合具体问题来研究，即便是平动的物体，如果问题不合适，我们也不能将其视为“质点”，比如一个长度为L的均匀木板放在水平桌面上，其一端与桌边齐平，整根木板与桌子的边缘垂直，现在将木板以恒定速度v向着桌边平移，经过多长时间木板会掉下桌面？这个问题的处理过程中显然不能再将木板视为质点.

综上所述，在物理研究过程中，研究者采用抽象方法从原始的物理问题中提炼出理想化模型，这是一种常见的科研方法，也是高中生所必须掌握的探究思路，需要我们在教学中予以充分的关注.