大学物理中的理想化方法及其在教学中的作用
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0162-01
在物理学发展史中，理想化方法在物理学的形成和发展过程中起到了十分重要的作用。理想模型、理想实验和理想过程是物理学中常用的理想化方法。在科学研究和教育教学过程中，理想化方法是一种具有重要意义的方法论 [1]。
大学物理学课程是各大中院校理工科学生学习科学技术知识的公共必修课，同时也是一门培养学生科学素质，科学思维能力的重要课程。大学物理教学的目的不仅只是传播物理知识和技术的教育，而且也是培养人的思辨能力和理性思维品格的教育，是开发潜在创造性的教育 [2]。
在物理教学的整个过程之中，理想化方法的认识和应用是非常重要的。在物理教学过程中，通过正确认识和应用理想化方法来可以提高物理教学质量， 能培养具有创新素质和创造能力的人才[3]。
1 物理学中的理想化方法
理想模型，是以抓住事物问题的本质为目的，通过对事物进行取支去叶，力求真实的描写各种物理现象的一种方法。虽然理想模型是不能为人直接感知的，但是在实验中能近似地接近。由于理想模型是以客观存在为原型的，所以其原型在客观世界中可以可找到的。大学物理课程中的主要理想模型有质点、刚体、理想气体、点电荷、电力线和光线等。
理想实验同时也称为思想实验，是指根据某种理想化的条件和规律在思维主体中进行的推理活动。建立理想模型是进行理想实验的前提条件，以运用理想化的创造思维方法来建立理想模型。与在客观世界中进行的实际实验活动相比，理想实验是一种创造性的思维，是进行在主观世界中的创造性想象。伽利略指出亚里士多德理论的错误就用到了理想实验。大学物理课程中的主要理想实验有理惯性定律实验和卡诺循环等等。
理想过程，自然界存在的运动过程是很复杂的，为了达到突出物体运动的主要特征和规律和方便地研究问题的目的，其次要因素忽略掉，把其想象为一种实际上不存在但经得起实践验证的、简单化的运动过程。大学物理课程中的主要理想过程有匀速直线运动、完全弹性碰撞、绝热过程，绝热压缩与绝热膨胀、光的偏振、电磁振荡和电磁感应等。
2 理想化方法在物理学中的作用
从新的思维角度出发，运用新的思维方法和程序来解决问题和认识客体的活动被看成是创造性思维活动。物理学的发展史可以看成为一部创新史，同时也是一部自然科学方法史。物理中具有非常丰富的创造性思维，其在物理学发展过程中起到了非常重要的关键作用。自亚里斯多德、阿基米德到伽利略、牛顿，再到普朗克、爱因斯坦等都是运用创造性思维来突破思维定势[4]。
作为一种近似反映客观事物及其变化过程的方法，理想模型具有使问题认识和处理简化的特点。虽然理想模型是对客观存在的一种近似的方法，但是描述客观事物时不会产生很大的偏差。为了突出物质结构原型的本征特性，理想模型具有发挥想象力和对其进行逻辑思维非常方便等特点。充分发挥想象力和综合运用多种逻辑方法是在理想模型的建立过程中非常必要的。通过对所建立的理想模型和实际事物及其变化进行进一步的仔细分析来，可以找到理想模型与实际结果之间所产生的矛盾之因。在分析和解决问题的过程之中可以获得启发，并可提出新的科学预见。
以具有可超越现有研究环境和科学条件之约的特点，运用理想实验方法能够提出新的科学研究方向。对于先进的实验设备也做不到的一些尖端科学难题，在特定假设之下进行的理想实验中，为突出所研究对象的主要特性，充分利用思维的灵活作用，经过纯化和简化的过程，能创建发现自然规律的新途径。
物理学所研究的很多物理过程是比较复杂的，这些复杂过程与很多因素有关。在研究过程中，这些因素及其之间的联系是不能忽略的。对这些复杂的过程进行理想过程的处理会产生通过理想过程方法概括和总结的规律和特性与所研究对象本身实际所存在的规律和特性之间的微小的差别。在对精度要求不是很高的情况下，在具体复杂过程的应用中，这种差别导致的误差可以忽略不计。从这种意义上讲，在深入研究物理过程的各种内部过程中，理想过程通过有条件地撇开一些客观实际过程中存在的不能排除的次要因素来，充分暴露出所研究的复杂过程中主要的和基本的内在联系以及其规律。
3 大学物理教学中理想化方法的作用
自然界中物质的运动是形式多样、非常复杂的。在这些复杂、多样的物质运动中，对所研究对象的条件和范围近似满足理想化状态的进行理想化，抓住其主要因素，忽略次要的环节和因素，使复杂、丰富的现象和过程变成为简单和纯粹。在研究过程中，要发现和掌握形式多样、非常复杂的物质运动的规律，就要从其中找到其相对稳定的、内在的实质关系。物理学中的每一个定律、定理只反映同一种性质的物理现象的规律并不是物理现象中的一切联系。描述形式多样、非常复杂的物质运动时，每一个定律、定理只包括某些方面起主要、决定性作用的因素之间的联系。
创造性思维和创造能力是在创造过程中起极其重要作用的因素之一，因此在正常教学过程中要传授知识的同时还需要培养学生创造性思维和创造能力。学生在学校的时间大部分在课堂上度过的，因此教学过程是他们接受知识和培养创造性思维和创造能力的主渠道[5]。
大学物理是大中院校理工科各专业的重要必修课程。在大学物理课程的研究方法里包含了实验方法、理想化方法、推理、假说、数学方法等多样化的研究方法。大学物理教学传授物理概念、规律等内容，同时也讲述包含在其背后的实验方法、创造性思维以及其在工程中的应用等[6]。在大学物理教学过程中，通过对理想化方法的教育，教育学生学会如何去进行科学抽象，将学生学会如何去处理所遇到的各种问题。作为解决问题的特殊的思维模式，理想化方法的教育会让学生学会观念的转变。在教学过程之中，对学生单纯地进行方法的教育，学生会感到很抽象，因此教育过程中要适时适度地同步进行方法教育与知识教学。作为重要的科学研究方法，作为培养逻辑思维及创造性思维的重要方法，理想化方法在培养创造性人才的过程中起到重要的作用。
