王家光
大理技师学院，云南 大理 671000
摘要：科学研究和物理教学中，在揭示实际的物理现象和处理复杂的物理问题的方法上，往往要把复杂、实际的问题，在一定的条件下加以简化或理想化，把一些错综复杂的物质运动和现象简化或理想化为较简单的物理问题进行研究，从而得出能够反映所研究问题本质的初步结论；又在这个基础上，联系实际，对结论加以处修正、补充、，这就是科学研究和物理中经常使用的“理想化方法”。理想化方法的实质就是把实际问题转化为理想的间单问题来研究和处理。理想化方法是研究物理问题的重要方法，所以有必要使学生认识、掌握这种方法，培养学生从对具体事的分析入手，分清主要因素和次要因素，抓住主要矛盾，对事物进行科学抽象的能力。这种方法有助于发展学生的科学想象能力。
关键词 方法 模型 实验
科学的理想化方法不同于毫无事实根据的幻想，有它的客观性。物质运动、变化过程，往往要受到自身和周围环境中各种因素的影响和制约，但是，并不是所有的因素、条件都对物质的运动、变化起同样重要的作用，而是只有一种或几种起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很小，这就要求我们对所研究的问题，抓住起主要作用的因素加以研究，而完全忽略其它次要因素和次要条件。理想化方法就是在这样的基础上产生、建立起来的。在物理教学中，学生要接触到的理想化方法有丙种：一种是理想化模型，另一种是理想化实验。
一、理想化模型
所谓理想化模型，就是为了便于研究实际的物理问题，保留对所研究问题起决定影响
的主要因素而建立起来的科学模型。“是为了便于研究问题而建立起来的一种高度抽象的理想对象”。（《自然辩证法原理》354页）这种模型，可以清晰的反映被研究问题的本质特性，突出主要矛盾。便于我们分析和发现规律。力学中的“质点”，是只有一定质量而没有一定大小的点。质点实际上是不存在的，它是一种被人为理想化了的物理模型。这种模型的建立，简化了我们所研究的物理问题。如：研究地球的公转时，如果不把地环视为质点，则地球运转的轨道就无法确定。
“理想化模型是一种理想的纯粹状态的客体，是在人们的思维中建立起来的”。但是，理想化模型又都不是凭空想象出来的，它来源于客观实在，又不完全等同于客观实在；它不具备客观实在的各种复杂性质，但却一定具备所研究的客观实在的本质特性。因而能够正确反映客观实在的内在联系和规律。“理想化模型是对客观事物的一种近似反映”。例如：“质点”这一理想化模型，在自然界中是不存在的，是人们在思维中建立起来的纯粹状态的客体，但是“质点”这一理想化模型的建立，以客观存在的物质为原型。在忽略物体的大小和形状对所研究问题的影响的基础上。经过科学抽象过程而建立起来的，这种“没有大小和形状，只有质量”的质点，是对有形状有大小的客观实在的一种近似反映，由科学发展史可以看出，物理学研究问题的方法是：
在这样一个过程中，形成理想模型是最重要的，它是人们由形象思维转入逻辑思维的大桥，是形象思维和逻辑思维联系的纽带。但是，一旦人们研究出符合实际的理论，保留、继承下来的却仅仅是理论，理想化模型却毁灭了，除非个别具有特别价值的理想模型，才得以保留下来，这样就给研究、学习物理学的后人们造成了困难。教师在教学中，必须抓住这一点，充分利用理想模型帮助学生实现由形象思维到逻辑思维的过渡。
理想模型的建立不是一次就完成了的，它常常需要多次的反复，建立起第一个理想模型后，我们有目的地进行观察、研究，不断地修正它，直致完善。理想模型一旦建立，人们就离开了具体的研究对象，而用研究理想模型代替它。由于理想模型具有典型的代表性，它不完全属于那一个具体事物，所以，研究的结果也就是一类事物的规律。
在物理教材中，出现了各种理想化模型，其内容涉及到力、热、声、光、电、原子物理等各个方面。理想模型大致可以分为三类：1、从同一类事物中抽象出来的理想化概念模型，如：质点、刚体、点电荷等；2、略去次要因素突出本质条件的条件模型，如：摩擦力忽略的光滑斜面、空气传热忽略的绝热容器；3、使物理过程理想化的理想化过程模型，如：自由浇体运动、匀速直线运动等。在教学中，一方面要引导学生了解建立这些理想化模型的根据，思路和方法，另一方面还要学生学会如何用模型来思维、来研究物理问题。
在物理教学中，要引导学生认识引入理想化模型的必要性，引导学生通过观察、分析物体的运动过程，找出影响、制约物体运动的因素，学会建立理想化模型的方法，使他们对以后学到的理想化模型也能进行抽象的概括，培养和训练学生的科学想象能力。如：在引入“质点”概念时，教师指出：由于物体都有一定的形状和大小，物体上的各点分别处于空间中的不同位置，这使得人们在研究物体运动时，不能准确地描述物体的位置及其变化。但是，在某些情况下，如果物体的形状和大小在所研究的问题中所起的作用很小，可以忽略不计，那么在研究这些问题时就可以不考虑物体的形状和大小，使问题简化。这时，可以把物体看作是一个没有大小和形状的理想物体，即“质点”。质点这个概念是一种科学抽象，是一种理想化模型，是舍去和忽略了形状、大小、转动等因素，突出了它的位置和质量特征。建立质点的过程，是一个科学抽象的过程。在什么样的情况下可以忽略物体的形状和大小呢？这要看具体的情况而定。例如：在研究地球的公转时，可以把地球当作质点看待；但是在研究地球的自转时，就不能把地球当质点看待了。通过这样的分析，学生学会了建立“质点”这一理想化模型的方法，对以后学习“点电荷”、“点光源”等模型就能融类旁通、举一反三。
培养学生建立理想化模型的能力，最主要的是培养他们对复杂的物理问题进行具体分析，区分主要矛盾和次要矛盾，准确地把握物理过程，进行合理的简化和理想化的思想方法。例如：在研究物体的下落运动时，影响物体下落的因素除重力外，还有物体的形状、大小、风速、空气密度等多种因素。人们通过对大量下落运动的观察、分析，找出了这类运动的共同本质和主要矛盾一一一都受重力的作用。突出这个共同的本质而忽略其它因素以后，就形成了一种理想华这程模型，自由落体运动，即只在重力作用下从静止开始的运动。
理想化模型来源于客观实在，又不等同于任何客观实在。在物理教学中，为了减少学生对理想化模型的抽象感，教师往往用“示意图”或“实物模型”的方法，对理想化模型加以形象的描述，以便于学生装观察、分析、理解和接受。但是，应该注意向学生讲清楚理想化模型和实物模型以及示意图的区别，指出真正的理想化模型是无法用实物来代替的，也不可能用示意图画出来，它是一种“理想的纯粹状态的客体”，是人们在思维中建立起来的。
二、理想化实验
理想实验又叫假想实验或思想上的实验，“是在人们的思想中运用理想模型，塑造理想模型在理想条件下的运动过程，进行严密的逻辑推理的一种研究方法”。理想实验并非真实的物质实验，它仅仅是抽象思维的活动过程。但理想实验的结构和形式都和真实的物质实验非常相似，它需要在思维中设想出和真实的物质实验相似的实验物物体、实验条件和实验过程，所以也称之为“实验”。
理想实验以真实的物质实验为基础，以科学事实为根据，以逻辑法则为依据，用思维来展开实验过程，对实际的物理过程进行深备入分析。它可以超越当时的科学技术水平，使研究过程达到完全简化或纯化的境地，因而具有较大的概括性和预见性。例如：伽利略的理想实验，下图是这个理想实验的示意图。
在光滑斜面的顶端释放一个小球，小球可以运动到对面光滑斜面的相同高度期A的位置，如果对面斜面的倾角小些，那么小球就运动得远些，但仍运动到相同高度B、C的位置。显然，对斜面的倾角越小，小球将运动得越远。如果对面斜面变成水平面，那么小球永远运动不到相同高度，也就永远不会停止。于是伽利略推断：小球在无摩擦的水平面上，将以不变的速度永远运动下去。这一理想实验以真实的实验为基础，而又克服了真实的实验的局限，从而获得了惊人的结论，打破了自亚里士多德以来一千多年间关于“运动和力的关系”的陈旧观念，这个从思想上抽掉摩擦力的惯性实验，虽然无法物化为真实的实验，然而却真实地揭示了物体惯性的本质。
伽利略的上述理想实验是无法物化为真实的物质实验的，因为客观上既做不出无限长的平面，也无法将摩擦力完全消除。因此，在想象中巧妙地建立理想模型来代替实验物，巧妙地设想理想条件来代替客观上受到种种限制的物质条件，巧妙地推出理想过程来研究实在的自然过程，这是成功设计理想实验的关键所在。理想化实验克服了客观上无法摆脱的物质条件的限制，具有物质实验不可比拟的简化和纯化作用，能在物质实验无法企及的范围内把客观规律揭不出来，因此，它在科学研究和教学中具有特殊的意义。
综上所述，理想化方法是研究、学习物理学的一种基本方法，它在物理学的研究、发展及教学过程中具有极其重要的地位和作用。对此，物理教师应引起足够的重视。在教学中应有意识地培养学生认识、掌握这种方法，从而使学生在掌握知识的同时，也学会掌握物理学的一般研究方法。
参考文献：
[1]物理学 上、中、下 共三册 （1982年6月第1次印刷） 南京工学院等七所工科院校 编马文蔚 柯景凤 改编 人民教育出版社