“去理想化”物理问题的特征与教学启示

鄂道胜

摘 要：物理教学中要注重物理模型的建构，学生在运用物理知识解决实际问题时需要“去理想化”的思维。去理想化是理想化建模的逆向过程，去理想化物理问题介于原始物理问题和理想化问题之间，层次性强，对学生解决实际问题能力的培养和教学完善都有启示作用。

关键词：去理想化;物理问题;建模;启示;教学

物理学作为一门基础科学，其教学理念和教学方法的改革一直颇受关注。物理教学的关键是要培养学生的物理思维品质，而物理思维品质中最重要的就是物理模型的建构，物理模型建构过程是一个理想化的过程，将实际问题进行抽象和简化变为物理问题或物理习题。我们对学生知识的内化建构已做了深入研究，而学生外化建构即解决实际问题的能力却相对较弱。长期的“理想化”思维使得学生思维受到限制，知识迁移和创新能力得不到发展。

一、“去理想化”问题的含义

1.理想化、建模与去“理想化”

理想化方法是一种科学抽象，是研究物理学的重要方法，它根据所研究问题的需要和具体情况，确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质。中学物理模型一般可分为三类：物质模型、条件模型、过程模型。

2.去理想化问题与原始物理问题

根据赵凯华先生的论述，我们认为物理问题可以分为原始问题和抽象问题。所谓原始物理问题，是指自然界及社会生活、生产中客观存在、能够反映科学概念、规律本质且未被加工的典型科学现象和事实。抽象物理问题则是指将原始问题经过合理的分解、简化和抽象后形成的问题，這类问题往往是为巩固物理概念、规律而人为加工选编出来的。而“去理想化”问题则是介于原始物理问题和抽象问题之间的问题。

3.去理想化物理问题的定义

“去理想化”物理问题实际就是介于理想化问题和原始物理问题之间的一种问题，它是通过对理想问题增加条件，逐步丰满情境，并最终趋向原始物理问题，近似于现实情境的有一定的数据和条件的物理问题。

二、“去理想化”问题举例与特征分析

1.物质模型

神舟飞船上天后，我们在地面控制室看到的飞船是如何呈现的？在控制室的宇航员看到的又是怎样的呢？

对于这个问题，我们首先要建立理想化的概念“在研究物体运动时，其大小与形状可以不考虑时，可以视为质点”。所以在地面控制室看飞船的运动时，可以将飞船看成质点。在已有的质点的理想模型基础上，遇到需要考虑物理的形状和大小时，就把质点模型去理想化，所以宇航员呈现飞船运动属于对质点这一模型的去理想化。

2.条件模型

一束光线从空气入射到均匀的盐水溶液中，在画光路图时，我们要考虑如果容器中的盐水是由浅到深，浓度均匀增大，光路图又会是怎样？

在均匀介质中，光沿直线传播，光线从光束介质射入光密介质会发生偏折;在不均匀的介质中，实际上光线可以看作发生了多次从光疏介质到光密介质的小偏折。在介质的浓度条件发生变化时，光沿直线传播的模型就变化了，不可以再将光路理想地认为是直线，但仍旧可以运用光的折射的知识模型在新的条件下分析和解决这一问题。

3.过程模型

一个质量为m的木块，以初速度冲上倾角为θ的固定斜面，沿斜面上升L的距离后又返回。（1）若斜面光滑，木块上升过程重力的平均功率是多少？（2）若木块与斜面间的动摩擦因数为μ，求木块上升过程重力的平均功率是多少？（3）若斜面不固定，但斜面光滑，求小球冲上斜面后能达到的最大高度？

在这个问题中，第（1）小问中木块的上升过程是只需要考虑重力的作用;第（2）小问中木块上升的过程需要考虑滑动摩擦力的作用，虽然求的是重力的平均功率，但是摩擦力会影响加速度，从而影响上升过程经历的时间;第（3）小问则是要考虑斜面的运动，需要将木块和斜面作为一个系统来分析，需要运用到动量定理的知识。

从上述分析可知，“去理想”问题的特点是一题多变，有很大的改变空间，层次性强。往往“去理想”问题一眼就能看出是什么模型，但是在所要求解答的问题中，则会添加好多附带条件，不能想当然还是用以前的理想化模型来解答，而是要考虑其他的因素，将已知的模型去理想化，然后重组新模型运用于解决问题。

三、“去理想化”物理问题对于教学的启示

“去理想化”物理问题对教师的教学素养和科研能力有更高的要求。在高中物理教学中，教师要善于教学生学习的方法。教师要善于研究、整理和应用“去理想化”的物理问题，可以在习题课中融入“去理想化”的物理问题，将去理想化的思想融入问题中教授给学生，这样学生在面对较为实际的问题或者是原始物理问题时不至于毫无头绪。

诚然，“去理想化”物理问题是架通原始物理问题与理想化物理问题的桥梁，其层次丰富，范围广，对“去理想化”物理问题进行深入的整理和思考，会对教师教学和学生思维都有很好的启示作用。“去理想化”物理问题是一方矿藏，有待更深入的挖掘和运用。

参考文献：

[1]罗美莲.利用物理问题探索培养学生的创新思维[J].基础教育研究，2012（8）：64.

[2]邢红军，陈清梅.对原始物理问题教学的思考[J].中国教育学刊，2006（8）：20.

[3]贺凯祥.高中物理教学中物理模型的构建与运用研究[D].长沙：湖南师范大学，2007.