理想化模型在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用探究

摘 要：理想化模型作為研究物理問題的主要方法之一，在推導(dǎo)定理，定律等方面廣泛應(yīng)用。本文通過概括敘述理想化模型的特點及建立過程，通過調(diào)研的方式總結(jié)歸納出理想化模型在大學(xué)物理教學(xué)中存在的問題及對應(yīng)解決方案。提出在大學(xué)物理教學(xué)過程中需注重知識教育同科學(xué)方法教育并行的思想。

關(guān)鍵詞：理想化模型;大學(xué)物理;物理教學(xué)

中圖分類號：O141.4;G633.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

大學(xué)物理作為大學(xué)理工科類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。主要使學(xué)生通過學(xué)習(xí)認(rèn)識自然界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，特性，相對運(yùn)動及相互作用，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。理想化模型作為物理教學(xué)中的常見教學(xué)研究方法，在解決問題過程中有簡潔，客觀等特點。物理教學(xué)中應(yīng)用理想化模型能有效夯實學(xué)生物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維和解決問題能力。

2 大學(xué)物理中的理想化模型

理想化模型作為研究物理問題的方法，通過忽略與所研究問題無關(guān)及次要方面，突出主要方面，使研究對象得以簡化。大學(xué)物理中常見的理想化模型可分為以下幾種情況，研究物質(zhì)本身特性所用到的理想化模型，質(zhì)點，點電荷，無限長直導(dǎo)線等;研究物質(zhì)間相互作用的理想化模型，點電荷系，質(zhì)點系等;特定環(huán)境條件的理想化模型，勻強(qiáng)電場，勻強(qiáng)磁場，均勻帶電體等;描述物質(zhì)運(yùn)動狀態(tài)變化過程的理想化模型，準(zhǔn)靜態(tài)過程，絕熱過程等。[1]

理想化模型不僅是大學(xué)物理教學(xué)研究過程中的重要手段，也在其他學(xué)科中有著廣泛應(yīng)用。該方法的學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3 理想化模型的建立過程

具體物理問題抽象成理想化模型的過程，關(guān)鍵在于對所研究問題分清主次方面。即對實際問題進(jìn)行突出與舍棄，強(qiáng)調(diào)與忽略，從而建立起一個本質(zhì)特征具體，突出，形象的新模型。下面我們以帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動為例進(jìn)行說明。

在討論帶電粒子q在勻強(qiáng)磁場B中運(yùn)動時，當(dāng)帶電粒子q以初速度v0進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B中，帶電粒子的運(yùn)動情況與進(jìn)入磁場時初速度的方向有關(guān)。當(dāng)以初速度v0沿著磁感線方向進(jìn)入時，帶電粒子q只受重力作用，在粒子質(zhì)量足夠小，重力忽略不計的情況下，通常認(rèn)為帶電粒子q在磁場中不受力，只沿磁感線作速度為v0的勻速直線運(yùn)動，運(yùn)動方程為x=v0t。當(dāng)帶電粒子q以初速度v0垂直磁感線方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B時，粒子將在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動，圓周運(yùn)動的向心力由重力和洛倫茲力的合力提供。相比于磁場的洛倫茲力，重力就很小了，一般忽略不計，向心力僅來自洛倫茲力，表示為F洛=F向，即qv0B=mv02R。

在上述對實際問題進(jìn)行分析時，我們把帶電粒子抽象成理想化的質(zhì)點，重力進(jìn)行了忽略，使得問題的研究得以簡化。

4 理想化模型在大學(xué)物理教學(xué)中存在的問題及解決對策

為了解理想化模型在大學(xué)物理教學(xué)中的教學(xué)效果，通過對大學(xué)物理教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)，與學(xué)生課下討論交流，課后答疑等方式，對授課班級學(xué)生及已結(jié)課的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研。

4.1 學(xué)生反饋存在的問題

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，理想化模型在大學(xué)物理教學(xué)過程中存在的一些問題：（1）理想化范圍及條件把握不準(zhǔn);（2）興趣不夠，學(xué)習(xí)積極性不高;（3）基本專業(yè)素養(yǎng)欠缺，學(xué)習(xí)方式傳統(tǒng);（4）僅停留在學(xué)與會的層面，難以運(yùn)用到解決專業(yè)問題領(lǐng)域。

4.2 問題分析及解決措施

（1）準(zhǔn)確認(rèn)識理想化思維方式，正確建立使用理想化模型。理想化模型的思維方式以其忽略淡化問題的次要非本質(zhì)方面，主抓主要本質(zhì)方面的特點，在物理學(xué)定律，定理的推導(dǎo)過程中有著至關(guān)重要的作用。理想化物理模型是為解決復(fù)雜問題抽象的一種假想手段，理想化的物體及理想化條件在實際生活中是難以達(dá)到，難以存在的。對于同一研究對象，在不同條件下，研究方面不同，抽象成的理想化模型也會不同。理想化模型的建立過程通常需要具備一定的條件，并不是在任何情況下適用。準(zhǔn)確認(rèn)識理想化模型的相關(guān)特點，正確應(yīng)用。[1]

（2）夯實學(xué)科基礎(chǔ)，改變學(xué)習(xí)方法。大學(xué)物理課程作為理工科類專業(yè)公共必修課，一般開設(shè)在大學(xué)學(xué)習(xí)前兩年。學(xué)生經(jīng)歷了中小學(xué)十多年的填鴨式教學(xué)方式，大多學(xué)生對知識的獲取及應(yīng)用還局限于教師的灌輸式教學(xué)，不會主動關(guān)注解決問題的方法和思維模式。高中物理作為高考理綜課程之一，大多學(xué)生已經(jīng)有了“物理難”的根深蒂固思想。大學(xué)物理課程開設(shè)在大學(xué)學(xué)習(xí)初期，學(xué)生尚未接觸專業(yè)的學(xué)科知識，對大學(xué)物理課程所涉及的理想化模型，以及用理想化思維解決問題還僅停留在對本課程的理解和掌握，難以做到舉一反三。因此，對課程方法的學(xué)習(xí)及推廣應(yīng)用方面，教師就需要在課堂教學(xué)中多激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高他們對知識方法的運(yùn)用能力。多了解學(xué)生專業(yè)的課程設(shè)置，將物理與專業(yè)學(xué)科思維方式密切聯(lián)系起來。

（3）關(guān)注學(xué)科前沿?zé)狳c，重視思維能力培養(yǎng)。大學(xué)物理作為理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難免會有內(nèi)容抽象的感受。教師在授課過程中應(yīng)將學(xué)科前沿，融入到課堂教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。關(guān)注學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)的同時，重視學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，盡可能創(chuàng)造與所學(xué)方法相關(guān)的情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)地抽象，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維方式。[2]

5 結(jié)論

理想化模型的思維方法作為大學(xué)物理教學(xué)過程中常用的教學(xué)方法，能簡化解決實際問題，準(zhǔn)確掌握該方法有助于教學(xué)活動的有效開展。大學(xué)物理作為大學(xué)的公共基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維和解決問題的能力，授課教師需引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思考問題的習(xí)慣，重視學(xué)生對科學(xué)研究方法的掌握，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚景林.理想化模型[J].天津師大學(xué)報（自然科學(xué)版），1995（03）：60-63.

[2]艾尼瓦爾·吾術(shù)爾，亞森江·吾甫爾，買買提熱夏提·買買提，阿布拉江·阿布力米提.大學(xué)物理中的理想化方法及其在教學(xué)中的作用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，11（22）：162.

[3]吳宏偉，權(quán)家琪.大學(xué)物理教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新構(gòu)想[J].科教文匯（中旬刊），2019（01）：71-72.

基金項目：桂林理工大學(xué)本科校級教改項目“應(yīng)用型模塊化案例分析教學(xué)法的探究與實踐——以大學(xué)物理PBL法為例”（2018B32）

作者簡介：路哲（1992-），女，漢族，陜西西安人，碩士，助教，研究方向：大學(xué)物理教學(xué)。