三、抽象和理想化
中學(xué)物理要學(xué)習(xí)力、質(zhì)量、功、能……等概念。一切科學(xué)概念都是抽象的成果。所以物理課有條件讓學(xué)生在學(xué)習(xí)這些物理概念的過(guò)程中，領(lǐng)會(huì)什么叫抽象和怎樣抽象，反過(guò)來(lái)，懂得了抽象是怎么回事，也有利于概念的形成。
中學(xué)物理課中常遇到的抽象類(lèi)型主要有：分析概括一類(lèi)事物共同的本質(zhì)特征；把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)；理想化也是常見(jiàn)的一類(lèi)抽象形式。
初中講動(dòng)能、勢(shì)能的時(shí)候，列舉飛行的子彈、流動(dòng)的河水、舉高的重錘、壓縮的彈簧等等都能做功，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、綜合、概括形成功能、熱能的概念，就是抽象事物共同的本質(zhì)特征。小孩子形成“人”、“房子”等概念時(shí)就運(yùn)用了這種類(lèi)型的抽象方法。所不同的是，形成那些概念時(shí)，事物的共同特征比較直觀、容易琢磨，而物理課里要抽象的共同特征 不那么容易琢磨，需要更加注意通過(guò)分析、比較，認(rèn)識(shí)所列舉的同一類(lèi)的各個(gè)事物的共同特征，以及容易混淆的兩類(lèi)事物之間的根本差別，才能形成比較清晰的概念。
講電阻、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念時(shí)，是引導(dǎo)學(xué)生把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)，得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的物理量。這種類(lèi)型的同象，特別是用兩個(gè)物理量的比值來(lái)表達(dá)新抽象出來(lái)的物理量，學(xué)生常感到困難，往往忘記它的物理意義，當(dāng)作數(shù)學(xué)上的比例系數(shù)對(duì)待。例如，有相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為：一個(gè)既定導(dǎo)體的R值隨它兩端V成正比彎化，隨通過(guò) 的I成反比變化。這可能跟講R時(shí)沒(méi)有演示一個(gè)導(dǎo)體有確定的阻值有關(guān)。現(xiàn)在的新教材注意到這一點(diǎn)，采用了先講I、V，再講R、歐姆定律的辦法，講R時(shí)還用了高中常用的引入和定義物理量的方法，即先演示任一導(dǎo)體都有確定的值，再演示不同導(dǎo)體的的值不同，然后說(shuō)明這個(gè)比值反映了導(dǎo)體對(duì)電流的障礙作用，叫做電阻。這樣處理，一方面希望學(xué)生把電阻這個(gè)概念掌握好一些，同時(shí)也打算在初中，在電阻這個(gè)比較容易琢磨的概念上，對(duì)學(xué)生的抽象能力給一些訓(xùn)練，將來(lái)可能比較容易適應(yīng)高中的教學(xué)。這樣處理也有毛病，一是講電阻時(shí)實(shí)際已經(jīng)講了歐姆定律；二是初中學(xué)生對(duì)用比值定義物理量感到困難。怎樣處理更好，還值得試驗(yàn)，探討。
理想化的方法，是科學(xué)抽象的一種形式。
在中學(xué)物理中可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)的理想化方法，主要有兩種：一種是把物體本身理想化或者把物體所處的條件理想化；另一種是理想實(shí)驗(yàn)。由于這些理想化方法在物理教學(xué)中經(jīng)常用到，所以有必要使學(xué)生認(rèn)識(shí)它們的本質(zhì)、必要性和局限性。
質(zhì)點(diǎn)、剛體等，是把物體本身理想化（也就是抓住物體在所討論的現(xiàn)象中起主要作用的性質(zhì)，暫時(shí)舍去次要作用的性質(zhì)）。無(wú)磨擦的表面、絕熱的容器等，是把物體所處的條件理想化（即抓住起主要作用的條件，暫時(shí)舍去起次要作用的條件）。這種理想化方法的好處：第一、可以使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差；第二，對(duì)理想化的事物進(jìn)行研究的結(jié)果，加以適當(dāng)修正，即可用于實(shí)際事物。例如，分子沒(méi)有體積、分子之間沒(méi)有相互作用力的理想氣體，實(shí)際上不存在，但是對(duì)于高溫、低壓下不易液化的氣體（氫、氧、氮、氦以及空氣等）當(dāng)作理想氣體來(lái)處理，用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算，誤差很小而非常簡(jiǎn)單。低溫、高壓下的氣體（特別是那些容易液化的氣體），不符合理想氣體狀態(tài)方程，但是當(dāng)人們從分子占有體積和分子間有相互作用力兩方面對(duì)理想氣體狀態(tài)方程加以修正，用來(lái)處理真實(shí)氣體，就能跟實(shí)驗(yàn)符合得相當(dāng)好。
科學(xué)的理想化不同于無(wú)根據(jù)的幻想，有它的客觀根據(jù)?？陀^存在的復(fù)雜事物具有多方面的特性，處于多種條件下。但是在一定的現(xiàn)象中并不是所有性質(zhì)、所有條件都起同樣重要的作用，而是只有一種或少數(shù)幾種起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很小。理想化就是突出起主要作用的性質(zhì)或條件，而完全忽略其它性質(zhì)或條件。例如研究電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把電子所處的條件理想化為不存在重力場(chǎng)，即完全不考慮重力的作用，因?yàn)楦娏ο啾?，重力太弱了。它的作用?shí)際覺(jué)察不到。但是當(dāng)研究帶電液滴在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)卻不能不考慮重力，因?yàn)樗梢愿娏ο啾取Ｍㄟ^(guò)具體事例相比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)理想要有客觀根據(jù)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握理想化方法是必要的。
還應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)：在一定理想化條件下得出的規(guī)律，只在（或者非常接近）這些條件下適用。
理想實(shí)驗(yàn)是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程，而實(shí)際上是做不到的。理想實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的理論研究中有重要的作用。伽里略論證慣性定律所設(shè)想的實(shí)驗(yàn)——在無(wú)磨擦情況下，從斜槽滾下的小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去，就是物理學(xué)的理想實(shí)驗(yàn)。
正如科學(xué)的理想化有它的客觀根據(jù)，理想實(shí)驗(yàn)也有它的實(shí)踐基礎(chǔ)。理想實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯法則，對(duì)過(guò)程作進(jìn)一步的分析、推理。伽里略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小。小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出他的理想實(shí)驗(yàn)的。
理想實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中也常用到。例如，研究電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，設(shè)想在電場(chǎng)中放置不會(huì)引起電場(chǎng)改變的點(diǎn)電荷，考查它在各點(diǎn)的F/q的值；講電勢(shì)時(shí)考查點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的W/q的值，都是理想實(shí)驗(yàn)。許多物理概念是利用這類(lèi)理想實(shí)驗(yàn)建立的，所以應(yīng)該讓學(xué)生熟悉這種方法。
中學(xué)物理要學(xué)習(xí)力、質(zhì)量、功、能……等概念。一切科學(xué)概念都是抽象的成果。所以物理課有條件讓學(xué)生在學(xué)習(xí)這些物理概念的過(guò)程中，領(lǐng)會(huì)什么叫抽象和怎樣抽象，反過(guò)來(lái)，懂得了抽象是怎么回事，也有利于概念的形成。
中學(xué)物理課中常遇到的抽象類(lèi)型主要有：分析概括一類(lèi)事物共同的本質(zhì)特征；把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)；理想化也是常見(jiàn)的一類(lèi)抽象形式。
初中講動(dòng)能、勢(shì)能的時(shí)候，列舉飛行的子彈、流動(dòng)的河水、舉高的重錘、壓縮的彈簧等等都能做功，引導(dǎo)學(xué)生分析、比較、綜合、概括形成功能、熱能的概念，就是抽象事物共同的本質(zhì)特征。小孩子形成“人”、“房子”等概念時(shí)就運(yùn)用了這種類(lèi)型的抽象方法。所不同的是，形成那些概念時(shí)，事物的共同特征比較直觀、容易琢磨，而物理課里要抽象的共同特征 不那么容易琢磨，需要更加注意通過(guò)分析、比較，認(rèn)識(shí)所列舉的同一類(lèi)的各個(gè)事物的共同特征，以及容易混淆的兩類(lèi)事物之間的根本差別，才能形成比較清晰的概念。
講電阻、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念時(shí)，是引導(dǎo)學(xué)生把物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)隔離出來(lái)，得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的物理量。這種類(lèi)型的同象，特別是用兩個(gè)物理量的比值來(lái)表達(dá)新抽象出來(lái)的物理量，學(xué)生常感到困難，往往忘記它的物理意義，當(dāng)作數(shù)學(xué)上的比例系數(shù)對(duì)待。例如，有相當(dāng)多的學(xué)生認(rèn)為：一個(gè)既定導(dǎo)體的R值隨它兩端V成正比彎化，隨通過(guò) 的I成反比變化。這可能跟講R時(shí)沒(méi)有演示一個(gè)導(dǎo)體有確定的阻值有關(guān)。現(xiàn)在的新教材注意到這一點(diǎn)，采用了先講I、V，再講R、歐姆定律的辦法，講R時(shí)還用了高中常用的引入和定義物理量的方法，即先演示任一導(dǎo)體都有確定的值，再演示不同導(dǎo)體的的值不同，然后說(shuō)明這個(gè)比值反映了導(dǎo)體對(duì)電流的障礙作用，叫做電阻。這樣處理，一方面希望學(xué)生把電阻這個(gè)概念掌握好一些，同時(shí)也打算在初中，在電阻這個(gè)比較容易琢磨的概念上，對(duì)學(xué)生的抽象能力給一些訓(xùn)練，將來(lái)可能比較容易適應(yīng)高中的教學(xué)。這樣處理也有毛病，一是講電阻時(shí)實(shí)際已經(jīng)講了歐姆定律；二是初中學(xué)生對(duì)用比值定義物理量感到困難。怎樣處理更好，還值得試驗(yàn)，探討。
理想化的方法，是科學(xué)抽象的一種形式。
在中學(xué)物理中可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)的理想化方法，主要有兩種：一種是把物體本身理想化或者把物體所處的條件理想化；另一種是理想實(shí)驗(yàn)。由于這些理想化方法在物理教學(xué)中經(jīng)常用到，所以有必要使學(xué)生認(rèn)識(shí)它們的本質(zhì)、必要性和局限性。
質(zhì)點(diǎn)、剛體等，是把物體本身理想化（也就是抓住物體在所討論的現(xiàn)象中起主要作用的性質(zhì)，暫時(shí)舍去次要作用的性質(zhì)）。無(wú)磨擦的表面、絕熱的容器等，是把物體所處的條件理想化（即抓住起主要作用的條件，暫時(shí)舍去起次要作用的條件）。這種理想化方法的好處：第一、可以使問(wèn)題的處理大為簡(jiǎn)化而又不會(huì)發(fā)生大的偏差；第二，對(duì)理想化的事物進(jìn)行研究的結(jié)果，加以適當(dāng)修正，即可用于實(shí)際事物。例如，分子沒(méi)有體積、分子之間沒(méi)有相互作用力的理想氣體，實(shí)際上不存在，但是對(duì)于高溫、低壓下不易液化的氣體（氫、氧、氮、氦以及空氣等）當(dāng)作理想氣體來(lái)處理，用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算，誤差很小而非常簡(jiǎn)單。低溫、高壓下的氣體（特別是那些容易液化的氣體），不符合理想氣體狀態(tài)方程，但是當(dāng)人們從分子占有體積和分子間有相互作用力兩方面對(duì)理想氣體狀態(tài)方程加以修正，用來(lái)處理真實(shí)氣體，就能跟實(shí)驗(yàn)符合得相當(dāng)好。
科學(xué)的理想化不同于無(wú)根據(jù)的幻想，有它的客觀根據(jù)?？陀^存在的復(fù)雜事物具有多方面的特性，處于多種條件下。但是在一定的現(xiàn)象中并不是所有性質(zhì)、所有條件都起同樣重要的作用，而是只有一種或少數(shù)幾種起主要作用，其余的或者不起作用，或者作用很小。理想化就是突出起主要作用的性質(zhì)或條件，而完全忽略其它性質(zhì)或條件。例如研究電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把電子所處的條件理想化為不存在重力場(chǎng)，即完全不考慮重力的作用，因?yàn)楦娏ο啾?，重力太弱了。它的作用?shí)際覺(jué)察不到。但是當(dāng)研究帶電液滴在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)卻不能不考慮重力，因?yàn)樗梢愿娏ο啾取Ｍㄟ^(guò)具體事例相比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)理想要有客觀根據(jù)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握理想化方法是必要的。
還應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)：在一定理想化條件下得出的規(guī)律，只在（或者非常接近）這些條件下適用。
理想實(shí)驗(yàn)是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程，而實(shí)際上是做不到的。理想實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的理論研究中有重要的作用。伽里略論證慣性定律所設(shè)想的實(shí)驗(yàn)——在無(wú)磨擦情況下，從斜槽滾下的小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去，就是物理學(xué)的理想實(shí)驗(yàn)。
正如科學(xué)的理想化有它的客觀根據(jù)，理想實(shí)驗(yàn)也有它的實(shí)踐基礎(chǔ)。理想實(shí)驗(yàn)是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根據(jù)邏輯法則，對(duì)過(guò)程作進(jìn)一步的分析、推理。伽里略就是在從斜槽滾下的小球滾上另一斜槽，后者坡度越小。小球滾得越遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出他的理想實(shí)驗(yàn)的。
理想實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中也常用到。例如，研究電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，設(shè)想在電場(chǎng)中放置不會(huì)引起電場(chǎng)改變的點(diǎn)電荷，考查它在各點(diǎn)的F/q的值；講電勢(shì)時(shí)考查點(diǎn)電荷在各點(diǎn)的W/q的值，都是理想實(shí)驗(yàn)。許多物理概念是利用這類(lèi)理想實(shí)驗(yàn)建立的，所以應(yīng)該讓學(xué)生熟悉這種方法。