大學(xué)物理中的理想化方法及其在教學(xué)中的作用

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

摘 要：該文簡(jiǎn)述了理想化方法及其分類、其在物理學(xué)中的作用。簡(jiǎn)述了大學(xué)物理教學(xué)中理想化方法在培養(yǎng)具有創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力的人才中能起到的作用。

關(guān)鍵詞：理想化方法 物理學(xué) 大學(xué)物理教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0162-01

在物理學(xué)發(fā)展史中，理想化方法在物理學(xué)的形成和發(fā)展過(guò)程中起到了十分重要的作用。理想模型、理想實(shí)驗(yàn)和理想過(guò)程是物理學(xué)中常用的理想化方法。在科學(xué)研究和教育教學(xué)過(guò)程中，理想化方法是一種具有重要意義的方法論 [1]。

大學(xué)物理學(xué)課程是各大中院校理工科學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)知識(shí)的公共必修課，同時(shí)也是一門(mén)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，科學(xué)思維能力的重要課程。大學(xué)物理教學(xué)的目的不僅只是傳播物理知識(shí)和技術(shù)的教育，而且也是培養(yǎng)人的思辨能力和理性思維品格的教育，是開(kāi)發(fā)潛在創(chuàng)造性的教育 [2]。

在物理教學(xué)的整個(gè)過(guò)程之中，理想化方法的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用是非常重要的。在物理教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)正確認(rèn)識(shí)和應(yīng)用理想化方法來(lái)可以提高物理教學(xué)質(zhì)量， 能培養(yǎng)具有創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力的人才[3]。

1 物理學(xué)中的理想化方法

理想模型，是以抓住事物問(wèn)題的本質(zhì)為目的，通過(guò)對(duì)事物進(jìn)行取支去葉，力求真實(shí)的描寫(xiě)各種物理現(xiàn)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(shí)驗(yàn)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(xué)物理課程中的主要理想模型有質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、點(diǎn)電荷、電力線和光線等。

理想實(shí)驗(yàn)同時(shí)也稱為思想實(shí)驗(yàn)，是指根據(jù)某種理想化的條件和規(guī)律在思維主體中進(jìn)行的推理活動(dòng)。建立理想模型是進(jìn)行理想實(shí)驗(yàn)的前提條件，以運(yùn)用理想化的創(chuàng)造思維方法來(lái)建立理想模型。與在客觀世界中進(jìn)行的實(shí)際實(shí)驗(yàn)活動(dòng)相比，理想實(shí)驗(yàn)是一種創(chuàng)造性的思維，是進(jìn)行在主觀世界中的創(chuàng)造性想象。伽利略指出亞里士多德理論的錯(cuò)誤就用到了理想實(shí)驗(yàn)。大學(xué)物理課程中的主要理想實(shí)驗(yàn)有理慣性定律實(shí)驗(yàn)和卡諾循環(huán)等等。

理想過(guò)程，自然界存在的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是很復(fù)雜的，為了達(dá)到突出物體運(yùn)動(dòng)的主要特征和規(guī)律和方便地研究問(wèn)題的目的，其次要因素忽略掉，把其想象為一種實(shí)際上不存在但經(jīng)得起實(shí)踐驗(yàn)證的、簡(jiǎn)單化的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。大學(xué)物理課程中的主要理想過(guò)程有勻速直線運(yùn)動(dòng)、完全彈性碰撞、絕熱過(guò)程，絕熱壓縮與絕熱膨脹、光的偏振、電磁振蕩和電磁感應(yīng)等。

2 理想化方法在物理學(xué)中的作用

從新的思維角度出發(fā)，運(yùn)用新的思維方法和程序來(lái)解決問(wèn)題和認(rèn)識(shí)客體的活動(dòng)被看成是創(chuàng)造性思維活動(dòng)。物理學(xué)的發(fā)展史可以看成為一部創(chuàng)新史，同時(shí)也是一部自然科學(xué)方法史。物理中具有非常豐富的創(chuàng)造性思維，其在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中起到了非常重要的關(guān)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(ài)因斯坦等都是運(yùn)用創(chuàng)造性思維來(lái)突破思維定勢(shì)[4]。

作為一種近似反映客觀事物及其變化過(guò)程的方法，理想模型具有使問(wèn)題認(rèn)識(shí)和處理簡(jiǎn)化的特點(diǎn)。雖然理想模型是對(duì)客觀存在的一種近似的方法，但是描述客觀事物時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。為了突出物質(zhì)結(jié)構(gòu)原型的本征特性，理想模型具有發(fā)揮想象力和對(duì)其進(jìn)行邏輯思維非常方便等特點(diǎn)。充分發(fā)揮想象力和綜合運(yùn)用多種邏輯方法是在理想模型的建立過(guò)程中非常必要的。通過(guò)對(duì)所建立的理想模型和實(shí)際事物及其變化進(jìn)行進(jìn)一步的仔細(xì)分析來(lái)，可以找到理想模型與實(shí)際結(jié)果之間所產(chǎn)生的矛盾之因。在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程之中可以獲得啟發(fā)，并可提出新的科學(xué)預(yù)見(jiàn)。

以具有可超越現(xiàn)有研究環(huán)境和科學(xué)條件之約的特點(diǎn)，運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)方法能夠提出新的科學(xué)研究方向。對(duì)于先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也做不到的一些尖端科學(xué)難題，在特定假設(shè)之下進(jìn)行的理想實(shí)驗(yàn)中，為突出所研究對(duì)象的主要特性，充分利用思維的靈活作用，經(jīng)過(guò)純化和簡(jiǎn)化的過(guò)程，能創(chuàng)建發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的新途徑。

物理學(xué)所研究的很多物理過(guò)程是比較復(fù)雜的，這些復(fù)雜過(guò)程與很多因素有關(guān)。在研究過(guò)程中，這些因素及其之間的聯(lián)系是不能忽略的。對(duì)這些復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行理想過(guò)程的處理會(huì)產(chǎn)生通過(guò)理想過(guò)程方法概括和總結(jié)的規(guī)律和特性與所研究對(duì)象本身實(shí)際所存在的規(guī)律和特性之間的微小的差別。在對(duì)精度要求不是很高的情況下，在具體復(fù)雜過(guò)程的應(yīng)用中，這種差別導(dǎo)致的誤差可以忽略不計(jì)。從這種意義上講，在深入研究物理過(guò)程的各種內(nèi)部過(guò)程中，理想過(guò)程通過(guò)有條件地撇開(kāi)一些客觀實(shí)際過(guò)程中存在的不能排除的次要因素來(lái)，充分暴露出所研究的復(fù)雜過(guò)程中主要的和基本的內(nèi)在聯(lián)系以及其規(guī)律。

3 大學(xué)物理教學(xué)中理想化方法的作用

自然界中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是形式多樣、非常復(fù)雜的。在這些復(fù)雜、多樣的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中，對(duì)所研究對(duì)象的條件和范圍近似滿足理想化狀態(tài)的進(jìn)行理想化，抓住其主要因素，忽略次要的環(huán)節(jié)和因素，使復(fù)雜、豐富的現(xiàn)象和過(guò)程變成為簡(jiǎn)單和純粹。在研究過(guò)程中，要發(fā)現(xiàn)和掌握形式多樣、非常復(fù)雜的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，就要從其中找到其相對(duì)穩(wěn)定的、內(nèi)在的實(shí)質(zhì)關(guān)系。物理學(xué)中的每一個(gè)定律、定理只反映同一種性質(zhì)的物理現(xiàn)象的規(guī)律并不是物理現(xiàn)象中的一切聯(lián)系。描述形式多樣、非常復(fù)雜的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，每一個(gè)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(lián)系。

創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力是在創(chuàng)造過(guò)程中起極其重要作用的因素之一，因此在正常教學(xué)過(guò)程中要傳授知識(shí)的同時(shí)還需要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力。學(xué)生在學(xué)校的時(shí)間大部分在課堂上度過(guò)的，因此教學(xué)過(guò)程是他們接受知識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力的主渠道[5]。

大學(xué)物理是大中院校理工科各專業(yè)的重要必修課程。在大學(xué)物理課程的研究方法里包含了實(shí)驗(yàn)方法、理想化方法、推理、假說(shuō)、數(shù)學(xué)方法等多樣化的研究方法。大學(xué)物理教學(xué)傳授物理概念、規(guī)律等內(nèi)容，同時(shí)也講述包含在其背后的實(shí)驗(yàn)方法、創(chuàng)造性思維以及其在工程中的應(yīng)用等[6]。在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)理想化方法的教育，教育學(xué)生學(xué)會(huì)如何去進(jìn)行科學(xué)抽象，將學(xué)生學(xué)會(huì)如何去處理所遇到的各種問(wèn)題。作為解決問(wèn)題的特殊的思維模式，理想化方法的教育會(huì)讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀念的轉(zhuǎn)變。在教學(xué)過(guò)程之中，對(duì)學(xué)生單純地進(jìn)行方法的教育，學(xué)生會(huì)感到很抽象，因此教育過(guò)程中要適時(shí)適度地同步進(jìn)行方法教育與知識(shí)教學(xué)。作為重要的科學(xué)研究方法，作為培養(yǎng)邏輯思維及創(chuàng)造性思維的重要方法，理想化方法在培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的過(guò)程中起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張景生，謝星海.理想實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)造性人才培養(yǎng)[J].聊城師院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，15（1）：104.

[2] 劉培姣.大學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新的探索與實(shí)踐[J].孝感學(xué)院學(xué)，2006，26（6）：114-116.

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

[4] 黃德中.大學(xué)物理教學(xué)在工科學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，22（2）：101-103.

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

[6] 吳淑花.淺談物理教學(xué)中理想化方法的教育[J].承德職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（4）：11-13.endprint