“去理想化”物理問(wèn)題的特征與教學(xué)啟示

鄂道勝

摘 要：物理教學(xué)中要注重物理模型的建構(gòu)，學(xué)生在運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)需要“去理想化”的思維。去理想化是理想化建模的逆向過(guò)程，去理想化物理問(wèn)題介于原始物理問(wèn)題和理想化問(wèn)題之間，層次性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)和教學(xué)完善都有啟示作用。

關(guān)鍵詞：去理想化;物理問(wèn)題;建模;啟示;教學(xué)

物理學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)，其教學(xué)理念和教學(xué)方法的改革一直頗受關(guān)注。物理教學(xué)的關(guān)鍵是要培養(yǎng)學(xué)生的物理思維品質(zhì)，而物理思維品質(zhì)中最重要的就是物理模型的建構(gòu)，物理模型建構(gòu)過(guò)程是一個(gè)理想化的過(guò)程，將實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化變?yōu)槲锢韱?wèn)題或物理習(xí)題。我們對(duì)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化建構(gòu)已做了深入研究，而學(xué)生外化建構(gòu)即解決實(shí)際問(wèn)題的能力卻相對(duì)較弱。長(zhǎng)期的“理想化”思維使得學(xué)生思維受到限制，知識(shí)遷移和創(chuàng)新能力得不到發(fā)展。

一、“去理想化”問(wèn)題的含義

1.理想化、建模與去“理想化”

理想化方法是一種科學(xué)抽象，是研究物理學(xué)的重要方法，它根據(jù)所研究問(wèn)題的需要和具體情況，確定研究對(duì)象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除無(wú)關(guān)干擾，從而簡(jiǎn)明扼要地揭示事物的本質(zhì)。中學(xué)物理模型一般可分為三類(lèi)：物質(zhì)模型、條件模型、過(guò)程模型。

2.去理想化問(wèn)題與原始物理問(wèn)題

根據(jù)趙凱華先生的論述，我們認(rèn)為物理問(wèn)題可以分為原始問(wèn)題和抽象問(wèn)題。所謂原始物理問(wèn)題，是指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在、能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)。抽象物理問(wèn)題則是指將原始問(wèn)題經(jīng)過(guò)合理的分解、簡(jiǎn)化和抽象后形成的問(wèn)題，這類(lèi)問(wèn)題往往是為鞏固物理概念、規(guī)律而人為加工選編出來(lái)的。而“去理想化”問(wèn)題則是介于原始物理問(wèn)題和抽象問(wèn)題之間的問(wèn)題。

3.去理想化物理問(wèn)題的定義

“去理想化”物理問(wèn)題實(shí)際就是介于理想化問(wèn)題和原始物理問(wèn)題之間的一種問(wèn)題，它是通過(guò)對(duì)理想問(wèn)題增加條件，逐步豐滿情境，并最終趨向原始物理問(wèn)題，近似于現(xiàn)實(shí)情境的有一定的數(shù)據(jù)和條件的物理問(wèn)題。

二、“去理想化”問(wèn)題舉例與特征分析

1.物質(zhì)模型

神舟飛船上天后，我們?cè)诘孛婵刂剖铱吹降娘w船是如何呈現(xiàn)的？在控制室的宇航員看到的又是怎樣的呢？

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們首先要建立理想化的概念“在研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其大小與形狀可以不考慮時(shí)，可以視為質(zhì)點(diǎn)”。所以在地面控制室看飛船的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以將飛船看成質(zhì)點(diǎn)。在已有的質(zhì)點(diǎn)的理想模型基礎(chǔ)上，遇到需要考慮物理的形狀和大小時(shí)，就把質(zhì)點(diǎn)模型去理想化，所以宇航員呈現(xiàn)飛船運(yùn)動(dòng)屬于對(duì)質(zhì)點(diǎn)這一模型的去理想化。

2.條件模型

一束光線從空氣入射到均勻的鹽水溶液中，在畫(huà)光路圖時(shí)，我們要考慮如果容器中的鹽水是由淺到深，濃度均勻增大，光路圖又會(huì)是怎樣？

在均勻介質(zhì)中，光沿直線傳播，光線從光束介質(zhì)射入光密介質(zhì)會(huì)發(fā)生偏折;在不均勻的介質(zhì)中，實(shí)際上光線可以看作發(fā)生了多次從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)的小偏折。在介質(zhì)的濃度條件發(fā)生變化時(shí)，光沿直線傳播的模型就變化了，不可以再將光路理想地認(rèn)為是直線，但仍舊可以運(yùn)用光的折射的知識(shí)模型在新的條件下分析和解決這一問(wèn)題。

3.過(guò)程模型

一個(gè)質(zhì)量為m的木塊，以初速度沖上傾角為θ的固定斜面，沿斜面上升L的距離后又返回。（1）若斜面光滑，木塊上升過(guò)程重力的平均功率是多少？（2）若木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求木塊上升過(guò)程重力的平均功率是多少？（3）若斜面不固定，但斜面光滑，求小球沖上斜面后能達(dá)到的最大高度？

在這個(gè)問(wèn)題中，第（1）小問(wèn)中木塊的上升過(guò)程是只需要考慮重力的作用;第（2）小問(wèn)中木塊上升的過(guò)程需要考慮滑動(dòng)摩擦力的作用，雖然求的是重力的平均功率，但是摩擦力會(huì)影響加速度，從而影響上升過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間;第（3）小問(wèn)則是要考慮斜面的運(yùn)動(dòng)，需要將木塊和斜面作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)分析，需要運(yùn)用到動(dòng)量定理的知識(shí)。

從上述分析可知，“去理想”問(wèn)題的特點(diǎn)是一題多變，有很大的改變空間，層次性強(qiáng)。往往“去理想”問(wèn)題一眼就能看出是什么模型，但是在所要求解答的問(wèn)題中，則會(huì)添加好多附帶條件，不能想當(dāng)然還是用以前的理想化模型來(lái)解答，而是要考慮其他的因素，將已知的模型去理想化，然后重組新模型運(yùn)用于解決問(wèn)題。

三、“去理想化”物理問(wèn)題對(duì)于教學(xué)的啟示

“去理想化”物理問(wèn)題對(duì)教師的教學(xué)素養(yǎng)和科研能力有更高的要求。在高中物理教學(xué)中，教師要善于教學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。教師要善于研究、整理和應(yīng)用“去理想化”的物理問(wèn)題，可以在習(xí)題課中融入“去理想化”的物理問(wèn)題，將去理想化的思想融入問(wèn)題中教授給學(xué)生，這樣學(xué)生在面對(duì)較為實(shí)際的問(wèn)題或者是原始物理問(wèn)題時(shí)不至于毫無(wú)頭緒。

誠(chéng)然，“去理想化”物理問(wèn)題是架通原始物理問(wèn)題與理想化物理問(wèn)題的橋梁，其層次豐富，范圍廣，對(duì)“去理想化”物理問(wèn)題進(jìn)行深入的整理和思考，會(huì)對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生思維都有很好的啟示作用?！叭ダ硐牖蔽锢韱?wèn)題是一方礦藏，有待更深入的挖掘和運(yùn)用。

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