“去理想化”物理問題的特征與教學啟示

鄂道勝

摘 要：物理教學中要注重物理模型的建構，學生在運用物理知識解決實際問題時需要“去理想化”的思維。去理想化是理想化建模的逆向過程，去理想化物理問題介于原始物理問題和理想化問題之間，層次性強，對學生解決實際問題能力的培養(yǎng)和教學完善都有啟示作用。

關鍵詞：去理想化;物理問題;建模;啟示;教學

物理學作為一門基礎科學，其教學理念和教學方法的改革一直頗受關注。物理教學的關鍵是要培養(yǎng)學生的物理思維品質，而物理思維品質中最重要的就是物理模型的建構，物理模型建構過程是一個理想化的過程，將實際問題進行抽象和簡化變?yōu)槲锢韱栴}或物理習題。我們對學生知識的內化建構已做了深入研究，而學生外化建構即解決實際問題的能力卻相對較弱。長期的“理想化”思維使得學生思維受到限制，知識遷移和創(chuàng)新能力得不到發(fā)展。

一、“去理想化”問題的含義

1.理想化、建模與去“理想化”

理想化方法是一種科學抽象，是研究物理學的重要方法，它根據(jù)所研究問題的需要和具體情況，確定研究對象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除無關干擾，從而簡明扼要地揭示事物的本質。中學物理模型一般可分為三類：物質模型、條件模型、過程模型。

2.去理想化問題與原始物理問題

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

3.去理想化物理問題的定義

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

二、“去理想化”問題舉例與特征分析

1.物質模型

神舟飛船上天后，我們在地面控制室看到的飛船是如何呈現(xiàn)的？在控制室的宇航員看到的又是怎樣的呢？

對于這個問題，我們首先要建立理想化的概念“在研究物體運動時，其大小與形狀可以不考慮時，可以視為質點”。所以在地面控制室看飛船的運動時，可以將飛船看成質點。在已有的質點的理想模型基礎上，遇到需要考慮物理的形狀和大小時，就把質點模型去理想化，所以宇航員呈現(xiàn)飛船運動屬于對質點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，在畫光路圖時，我們要考慮如果容器中的鹽水是由淺到深，濃度均勻增大，光路圖又會是怎樣？

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

3.過程模型

一個質量為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，木塊上升過程重力的平均功率是多少？（2）若木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，求木塊上升過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到的最大高度？

在這個問題中，第（1）小問中木塊的上升過程是只需要考慮重力的作用;第（2）小問中木塊上升的過程需要考慮滑動摩擦力的作用，雖然求的是重力的平均功率，但是摩擦力會影響加速度，從而影響上升過程經(jīng)歷的時間;第（3）小問則是要考慮斜面的運動，需要將木塊和斜面作為一個系統(tǒng)來分析，需要運用到動量定理的知識。

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

三、“去理想化”物理問題對于教學的啟示

“去理想化”物理問題對教師的教學素養(yǎng)和科研能力有更高的要求。在高中物理教學中，教師要善于教學生學習的方法。教師要善于研究、整理和應用“去理想化”的物理問題，可以在習題課中融入“去理想化”的物理問題，將去理想化的思想融入問題中教授給學生，這樣學生在面對較為實際的問題或者是原始物理問題時不至于毫無頭緒。

誠然，“去理想化”物理問題是架通原始物理問題與理想化物理問題的橋梁，其層次豐富，范圍廣，對“去理想化”物理問題進行深入的整理和思考，會對教師教學和學生思維都有很好的啟示作用?！叭ダ硐牖蔽锢韱栴}是一方礦藏，有待更深入的挖掘和運用。

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