理想化模型在大学物理教学中的应用探究
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作者:路哲
摘 要：理想化模型作为研究物理问题的主要方法之一，在推导定理，定律等方面广泛应用。本文通过概括叙述理想化模型的特点及建立过程，通过调研的方式总结归纳出理想化模型在大学物理教学中存在的问题及对应解决方案。提出在大学物理教学过程中需注重知识教育同科学方法教育并行的思想。
关键词：理想化模型;大学物理;物理教学
中图分类号：O141.4;G633.7 文献标识码：A
1 概述
大学物理作为大学理工科类专业的一门基础课程。主要使学生通过学习认识自然界中物质的结构，特性，相对运动及相互作用，培养学生的思辨能力，为后续专业课程的学习奠定基础。理想化模型作为物理教学中的常见教学研究方法，在解决问题过程中有简洁，客观等特点。物理教学中应用理想化模型能有效夯实学生物理基础，培养学生抽象思维和解决问题能力。
2 大学物理中的理想化模型
理想化模型作为研究物理问题的方法，通过忽略与所研究问题无关及次要方面，突出主要方面，使研究对象得以简化。大学物理中常见的理想化模型可分为以下几种情况，研究物质本身特性所用到的理想化模型，质点，点电荷，无限长直导线等;研究物质间相互作用的理想化模型，点电荷系，质点系等;特定环境条件的理想化模型，匀强电场，匀强磁场，均匀带电体等;描述物质运动状态变化过程的理想化模型，准静态过程，绝热过程等。[1]
理想化模型不仅是大学物理教学研究过程中的重要手段，也在其他学科中有着广泛应用。该方法的学习，有助于培养学生的创造性思维，提高学生分析问题和解决问题的能力。
3 理想化模型的建立过程
具体物理问题抽象成理想化模型的过程，关键在于对所研究问题分清主次方面。即对实际问题进行突出与舍弃，强调与忽略，从而建立起一个本质特征具体，突出，形象的新模型。下面我们以带电粒子在匀强磁场中的运动为例进行说明。
在讨论带电粒子q在匀强磁场B中运动时，当带电粒子q以初速度v0进入匀强磁场B中，带电粒子的运动情况与进入磁场时初速度的方向有关。当以初速度v0沿着磁感线方向进入时，带电粒子q只受重力作用，在粒子质量足够小，重力忽略不计的情况下，通常认为带电粒子q在磁场中不受力，只沿磁感线作速度为v0的匀速直线运动，运动方程为x=v0t。当带电粒子q以初速度v0垂直磁感线方向进入匀强磁场B时，粒子将在匀强磁场中作匀速圆周运动，圆周运动的向心力由重力和洛伦兹力的合力提供。相比于磁场的洛伦兹力，重力就很小了，一般忽略不计，向心力仅来自洛伦兹力，表示为F洛=F向，即qv0B=mv02R。
在上述对实际问题进行分析时，我们把带电粒子抽象成理想化的质点，重力进行了忽略，使得问题的研究得以简化。
4 理想化模型在大学物理教学中存在的问题及解决对策
为了解理想化模型在大学物理教学中的教学效果，通过对大学物理教学经验的总结，与学生课下讨论交流，课后答疑等方式，对授课班级学生及已结课的学生进行调研。
4.1 学生反馈存在的问题
调研发现，理想化模型在大学物理教学过程中存在的一些问题：（1）理想化范围及条件把握不准;（2）兴趣不够，学习积极性不高;（3）基本专业素养欠缺，学习方式传统;（4）仅停留在学与会的层面，难以运用到解决专业问题领域。
4.2 问题分析及解决措施
（1）准确认识理想化思维方式，正确建立使用理想化模型。理想化模型的思维方式以其忽略淡化问题的次要非本质方面，主抓主要本质方面的特点，在物理学定律，定理的推导过程中有着至关重要的作用。理想化物理模型是为解决复杂问题抽象的一种假想手段，理想化的物体及理想化条件在实际生活中是难以达到，难以存在的。对于同一研究对象，在不同条件下，研究方面不同，抽象成的理想化模型也会不同。理想化模型的建立过程通常需要具备一定的条件，并不是在任何情况下适用。准确认识理想化模型的相关特点，正确应用。[1]
（2）夯实学科基础，改变学习方法。大学物理课程作为理工科类专业公共必修课，一般开设在大学学习前两年。学生经历了中小学十多年的填鸭式教学方式，大多学生对知识的获取及应用还局限于教师的灌输式教学，不会主动关注解决问题的方法和思维模式。高中物理作为高考理综课程之一，大多学生已经有了“物理难”的根深蒂固思想。大学物理课程开设在大学学习初期，学生尚未接触专业的学科知识，对大学物理课程所涉及的理想化模型，以及用理想化思维解决问题还仅停留在对本课程的理解和掌握，难以做到举一反三。因此，对课程方法的学习及推广应用方面，教师就需要在课堂教学中多激发学生的主观能动性，提高他们对知识方法的运用能力。多了解学生专业的课程设置，将物理与专业学科思维方式密切联系起来。
（3）关注学科前沿热点，重视思维能力培养。大学物理作为理论性较强的基础课程，学生在学习过程中难免会有内容抽象的感受。教师在授课过程中应将学科前沿，融入到课堂教学中，激发学生学习积极性。关注学生理论知识学习的同时，重视学生学习兴趣和学习方法的培养，尽可能创造与所学方法相关的情景，引导学生进行科学地抽象，培养学生创造性的思维方式。[2]
5 结论
理想化模型的思维方法作为大学物理教学过程中常用的教学方法，能简化解决实际问题，准确掌握该方法有助于教学活动的有效开展。大学物理作为大学的公共基础课程，旨在培养学生创造性的思维和解决问题的能力，授课教师需引导学生养成科学思考问题的习惯，重视学生对科学研究方法的掌握，为后续专业课程的学习奠定良好的基础。
参考文献：
[1]姚景林.理想化模型[J].天津师大学报（自然科学版），1995（03）：60-63.
[2]艾尼瓦尔·吾术尔，亚森江·吾甫尔，买买提热夏提·买买提，阿布拉江·阿布力米提.大学物理中的理想化方法及其在教学中的作用[J].科技创新导报，2014，11（22）：162.
[3]吴宏伟，权家琪.大学物理教学模式的改革与创新构想[J].科教文汇（中旬刊），2019（01）：71-72.
基金项目：桂林理工大学本科校级教改项目“应用型模块化案例分析教学法的探究與实践——以大学物理PBL法为例”（2018B32）
作者简介：路哲（1992-），女，汉族，陕西西安人，硕士，助教，研究方向：大学物理教学。
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