理想化模型與物理化學(xué)教學(xué)

摘 要:本文簡要的介紹了理想化模型的基本概念和建立理想化模型的基本思路，說明了理想化模型在教學(xué)中的重要作用，闡述了理想化模型在物理化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞:理想化模型 物理化學(xué)教學(xué) 運(yùn)用

中圖分類號:G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0182-01

什么叫理想化模型？它是指在一定條件下對實(shí)際事物的幾何形體、物理性質(zhì)或物理環(huán)境等進(jìn)行合理的抽象而得到的理想事物。

理想化模型的提出與發(fā)展揭示了事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系，也是理解實(shí)際事物、解決復(fù)雜問題和過程的基本思路。建立理想化模型的基本思路是首先要通過理想化模型使問題的處理更為簡化但不會發(fā)生大的偏差，然后對復(fù)雜的對象和過程先研究其理想化模型，最后將理想化模型的研究結(jié)果根據(jù)實(shí)際情況加以修正，使之與實(shí)際的研究對象相符合。

在現(xiàn)實(shí)生活中通常遇到的現(xiàn)象或過程比較復(fù)雜，研究起來比較困難，但是如果忽略實(shí)際問題中的一些次要因素，抓住其主要因素，通常可以使問題大大簡化。比如，在研究實(shí)際氣體的性質(zhì)時，不同的氣體在遵守實(shí)驗(yàn)定律的準(zhǔn)確度上也有所偏差，而且很難遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律，所以在實(shí)際研究時會帶來很大的問題。但是如果對實(shí)際氣體進(jìn)行抽象，抓住其主要因素，概括出其理想化模型，然后對其理想化模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)任何理想氣體都遵從這一方程:PV=(m/M)RT=nRT，這樣一來就會提供了很大的方便。研究還發(fā)現(xiàn)在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的情況下，所有的氣體也十分近似地遵從這一方程，那么滿足怎樣條件的氣體才嚴(yán)格遵從理想氣體狀態(tài)方程呢？即理想氣體模型:①分子體積與氣體體積相比可以忽略不計;②分子之間沒有相互吸引力;③分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動能損失;④在容器中，在未碰撞時考慮為作勻速運(yùn)動，氣體分子碰撞時發(fā)生速度交換，無動能損失;⑤簡單的認(rèn)為是分子勢能為零，分子動能不為零;⑥理想氣體的內(nèi)能是分子動能之和。

實(shí)際上只有當(dāng)氣體的壓強(qiáng)為零時才能嚴(yán)格的遵從理想氣體狀態(tài)方程，但在現(xiàn)實(shí)世界中這樣的氣體是不存在的，因此它只是一種理想化的模型，忽略了不同氣體之間的差異，是對實(shí)際氣體在一定條件下某種共同特性的抽象和概括，但在實(shí)際中具有很高的實(shí)用價值。當(dāng)研究實(shí)際氣體時，只要按實(shí)際情況對理想氣體狀態(tài)方程加以修正即可，這樣就可以大大簡化對實(shí)際問題的研究，特別是在計算方面。

理想化模型來自于實(shí)際物體的科學(xué)抽象，理想化模型的形式是主觀的、抽象的，而其內(nèi)容卻是客觀的、具體的。利用理想化模型可以簡化實(shí)際問題，暴露事物之間的相互關(guān)系，然后通過修正其理想化模型來逼近客體，使之能正確地反映客觀。理想化模型將實(shí)際問題從客觀到主觀，盡管舍去了大量的具體材料，但是突出了事物的主要特征，便于發(fā)揮學(xué)生的科學(xué)思維的力量。為了可以讓學(xué)生的科學(xué)思維能力有所提高，在教學(xué)過程中，時時刻刻都要注意滲透研究方法的教育，注意講清研究問題的基本思路和基本方法，讓學(xué)生了解引入理想化模型的科學(xué)研究方法是在抽象思維中創(chuàng)造的理想過程，是一種邏輯推理過程，從而培養(yǎng)他們從紛繁的現(xiàn)象和過程中探求事物本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度和推理能力。因此，理想化模型是教學(xué)中一種十分重要的教學(xué)手段。

物理化學(xué)教師在教學(xué)中，如能重視理想化模型的建立與深化，在學(xué)生的腦海中建立起“型”的模式，并引導(dǎo)學(xué)生分析問題的過程，這樣不僅開闊學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的想象力，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，而且降低了問題本身的難度，使問題大大地簡化，從而讓學(xué)生理解怎樣準(zhǔn)確地把握事物的本質(zhì)屬性，抽象出理想化模型，并還原于實(shí)際事物，達(dá)到更好的教學(xué)效果。這樣不僅會使學(xué)生建立扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并可使學(xué)生的思維能力和想象能力不斷提高。

在物理化學(xué)教學(xué)中，不僅要注重學(xué)生對物理化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，而且要注意學(xué)習(xí)研究問題的方法以及運(yùn)用物理化學(xué)知識解釋或解決實(shí)際問題的能力。如何把復(fù)雜的實(shí)際問題降低難度，把一些復(fù)雜的現(xiàn)象或問題推進(jìn)到使學(xué)生真正理解和掌握的地步，就顯得特別重要。正因?yàn)槿绱耍硐牖Ｐ驮谖锢砘瘜W(xué)教學(xué)中應(yīng)運(yùn)而生。

對于物理化學(xué)教學(xué)所涉及內(nèi)容來說，都是經(jīng)典理論，介紹的是物理化學(xué)中的基本規(guī)律、基本定律和研究物理化學(xué)的基本方法。這些基礎(chǔ)知識的建立，多數(shù)是以理想化模型為基礎(chǔ)。基于此種原因，在物理化學(xué)教學(xué)中應(yīng)盡量使學(xué)生學(xué)會這種建立理想化模型的研究方法，以便于他們更好的去理解和掌握物理化學(xué)知識。例如:在講授溶液的性質(zhì)時，首先在建立理想溶液的模型，即從宏觀上講，溶液中的任一組分在全部濃度范圍內(nèi)都符合拉烏爾定律的溶液，從分子模型上講，各組分分子的大小及作用力，彼此相似，當(dāng)一種組分的分子被另一種組分的分子取代時，沒有能量的變化或空間結(jié)構(gòu)的變化，這樣在學(xué)生腦海中建立理想化溶液的模型;然后在此理想化模型的基礎(chǔ)上研究溶液的性質(zhì)，從而使學(xué)生更容易去理解和掌握這些新的知識;最后再將其研究結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際溶液的性質(zhì)的研究中，此時只要根據(jù)實(shí)際情況對加以適當(dāng)?shù)男拚瑢?shí)際問題就很容易解答了。此外，理解和掌握好理想化模型對學(xué)生分析問題和解決問題的能力都會有所提高，從而還會具備一定的自學(xué)能力，不僅在實(shí)踐中可以運(yùn)用到此知識，而且遇到新知識時還能做到主動的學(xué)。當(dāng)有新問題出現(xiàn)時，學(xué)生可以利用建立理想化模型的方法對實(shí)際問題進(jìn)行研究，抓住事物的本質(zhì)特征，更好的認(rèn)識事物、分析事物的內(nèi)在聯(lián)系，把握其本質(zhì)規(guī)律。

理想化模型在其它學(xué)科中也有廣泛的應(yīng)用。如在物理學(xué)、數(shù)學(xué)的教學(xué)和研究上都有廣泛的應(yīng)用。所以理想化模型不僅在物理化學(xué)教學(xué)中有重要的應(yīng)用價值，而且對學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)及其它學(xué)科都有很大的幫助。因此，理想化模型在物理化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用對于物理化學(xué)的研究和發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。

總之，在教學(xué)中，善于提出切合實(shí)際的理想化模型，將是解決物理化學(xué)乃至其它學(xué)科問題的關(guān)鍵，從這一意義上講物理化學(xué)以及其它學(xué)科的發(fā)展史可以說是不斷提出切合實(shí)際的理想化模型的歷史。

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