理想化模型在大學物理教學中的應用探究

摘 要：理想化模型作為研究物理問題的主要方法之一，在推導定理，定律等方面廣泛應用。本文通過概括敘述理想化模型的特點及建立過程，通過調研的方式總結歸納出理想化模型在大學物理教學中存在的問題及對應解決方案。提出在大學物理教學過程中需注重知識教育同科學方法教育并行的思想。

關鍵詞：理想化模型;大學物理;物理教學

中圖分類號：O141.4;G633.7 ?文獻標識碼：A

1 概述

大學物理作為大學理工科類專業的一門基礎課程。主要使學生通過學習認識自然界中物質的結構，特性，相對運動及相互作用，培養學生的思辨能力，為后續專業課程的學習奠定基礎。理想化模型作為物理教學中的常見教學研究方法，在解決問題過程中有簡潔，客觀等特點。物理教學中應用理想化模型能有效夯實學生物理基礎，培養學生抽象思維和解決問題能力。

2 大學物理中的理想化模型

理想化模型作為研究物理問題的方法，通過忽略與所研究問題無關及次要方面，突出主要方面，使研究對象得以簡化。大學物理中常見的理想化模型可分為以下幾種情況，研究物質本身特性所用到的理想化模型，質點，點電荷，無限長直導線等;研究物質間相互作用的理想化模型，點電荷系，質點系等;特定環境條件的理想化模型，勻強電場，勻強磁場，均勻帶電體等;描述物質運動狀態變化過程的理想化模型，準靜態過程，絕熱過程等。[1]

理想化模型不僅是大學物理教學研究過程中的重要手段，也在其他學科中有著廣泛應用。該方法的學習，有助于培養學生的創造性思維，提高學生分析問題和解決問題的能力。

3 理想化模型的建立過程

具體物理問題抽象成理想化模型的過程，關鍵在于對所研究問題分清主次方面。即對實際問題進行突出與舍棄，強調與忽略，從而建立起一個本質特征具體，突出，形象的新模型。下面我們以帶電粒子在勻強磁場中的運動為例進行說明。

在討論帶電粒子q在勻強磁場B中運動時，當帶電粒子q以初速度v0進入勻強磁場B中，帶電粒子的運動情況與進入磁場時初速度的方向有關。當以初速度v0沿著磁感線方向進入時，帶電粒子q只受重力作用，在粒子質量足夠小，重力忽略不計的情況下，通常認為帶電粒子q在磁場中不受力，只沿磁感線作速度為v0的勻速直線運動，運動方程為x=v0t。當帶電粒子q以初速度v0垂直磁感線方向進入勻強磁場B時，粒子將在勻強磁場中作勻速圓周運動，圓周運動的向心力由重力和洛倫茲力的合力提供。相比于磁場的洛倫茲力，重力就很小了，一般忽略不計，向心力僅來自洛倫茲力，表示為F洛=F向，即qv0B=mv02R。

在上述對實際問題進行分析時，我們把帶電粒子抽象成理想化的質點，重力進行了忽略，使得問題的研究得以簡化。

4 理想化模型在大學物理教學中存在的問題及解決對策

為了解理想化模型在大學物理教學中的教學效果，通過對大學物理教學經驗的總結，與學生課下討論交流，課后答疑等方式，對授課班級學生及已結課的學生進行調研。

4.1 學生反饋存在的問題

調研發現，理想化模型在大學物理教學過程中存在的一些問題：（1）理想化范圍及條件把握不準;（2）興趣不夠，學習積極性不高;（3）基本專業素養欠缺，學習方式傳統;（4）僅停留在學與會的層面，難以運用到解決專業問題領域。

4.2 問題分析及解決措施

（1）準確認識理想化思維方式，正確建立使用理想化模型。理想化模型的思維方式以其忽略淡化問題的次要非本質方面，主抓主要本質方面的特點，在物理學定律，定理的推導過程中有著至關重要的作用。理想化物理模型是為解決復雜問題抽象的一種假想手段，理想化的物體及理想化條件在實際生活中是難以達到，難以存在的。對于同一研究對象，在不同條件下，研究方面不同，抽象成的理想化模型也會不同。理想化模型的建立過程通常需要具備一定的條件，并不是在任何情況下適用。準確認識理想化模型的相關特點，正確應用。[1]

（2）夯實學科基礎，改變學習方法。大學物理課程作為理工科類專業公共必修課，一般開設在大學學習前兩年。學生經歷了中小學十多年的填鴨式教學方式，大多學生對知識的獲取及應用還局限于教師的灌輸式教學，不會主動關注解決問題的方法和思維模式。高中物理作為高考理綜課程之一，大多學生已經有了“物理難”的根深蒂固思想。大學物理課程開設在大學學習初期，學生尚未接觸專業的學科知識，對大學物理課程所涉及的理想化模型，以及用理想化思維解決問題還僅停留在對本課程的理解和掌握，難以做到舉一反三。因此，對課程方法的學習及推廣應用方面，教師就需要在課堂教學中多激發學生的主觀能動性，提高他們對知識方法的運用能力。多了解學生專業的課程設置，將物理與專業學科思維方式密切聯系起來。

（3）關注學科前沿熱點，重視思維能力培養。大學物理作為理論性較強的基礎課程，學生在學習過程中難免會有內容抽象的感受。教師在授課過程中應將學科前沿，融入到課堂教學中，激發學生學習積極性。關注學生理論知識學習的同時，重視學生學習興趣和學習方法的培養，盡可能創造與所學方法相關的情景，引導學生進行科學地抽象，培養學生創造性的思維方式。[2]

5 結論

理想化模型的思維方法作為大學物理教學過程中常用的教學方法，能簡化解決實際問題，準確掌握該方法有助于教學活動的有效開展。大學物理作為大學的公共基礎課程，旨在培養學生創造性的思維和解決問題的能力，授課教師需引導學生養成科學思考問題的習慣，重視學生對科學研究方法的掌握，為后續專業課程的學習奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]姚景林.理想化模型[J].天津師大學報（自然科學版），1995（03）：60-63.

[2]艾尼瓦爾·吾術爾，亞森江·吾甫爾，買買提熱夏提·買買提，阿布拉江·阿布力米提.大學物理中的理想化方法及其在教學中的作用[J].科技創新導報，2014，11（22）：162.

[3]吳宏偉，權家琪.大學物理教學模式的改革與創新構想[J].科教文匯（中旬刊），2019（01）：71-72.

基金項目：桂林理工大學本科校級教改項目“應用型模塊化案例分析教學法的探究與實踐——以大學物理PBL法為例”（2018B32）

作者簡介：路哲（1992-），女，漢族，陜西西安人，碩士，助教，研究方向：大學物理教學。