浅谈物理学中的抽象和概括 物理与数学哪个抽象
摘 要:抽象和概括是物理学中抽象思维能力的一种,本文从抽象和概括的定义、作用和局限性等几方面作了论述。 关键词:物理学 抽象 概括 中图分类号:G33.7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(c)-0193-01
1 问题的提出
抽象和概括是一种抽象思维方法。许多物理问题的提出、物理概念的产生、物理规律的建立、物理理论的形成都是抽象和概括的结果。由此可见,抽象和概括在物理学的形成发展、完善过程中起着举足轻重的作用。本文从抽象和概括的概念、作用和局限性等几方面做了详细的阐述。
2 抽象和概括的概念
抽象和概括是物理学中抽象思维能力的一种,“物理抽象是在观察、实验的基础上,通过物理概念、物理判断和物理推理的形式,对已获得的物理事实进行加工处理而形成的对物理对象、物理现象、物理过程的本质和规律的认识。”[1]所谓概括,就是在抽象的基础上,把所有反映物理事物本质的属性结合为一个整体,形成关于物理事物整体的和一般的认识,进而把这种一般的认识推广到同类事物,把握同类事物的共同性和一般性。
抽象性与概括性的统一,是物理抽象思维的一个重要特点,只有通过抽象和概括,才能简化物理对象,形成理想化的过程;在实验和理论分析的基础上得出定量的物理规律。
3 抽象和概括在物理学中的作用
物理学中通过表面现象,揭示内在本质,从而把实际的物质模型化,把复杂的物理问题简单化,把具体的物理问题理想化,这种简化的过程从思维学的角度上来讲,就是抽象思维的过程。
3.1 提炼物理模型
“物理模型是根据研究问题和内容在一定条件下,对研究客体的抽象,物理模型是物理学中重要的抽象方法之一,它对于基本规律和基本理论的建立起着不可替代的作用。在物理学中,物理模型主要分三种类型:“客体模型、条件模型和过程模型”。客体模型是客观存在的实际物体通过简化、抽象建立起的物理模型。例如在研究力学中物体的运动时的质点模型。电学中的点电荷、光学中的点光源、弹簧振子、刚体等等,都是客体模型。条件模型是客观物体在运动变化过程中,对制约物体运动的条件进行取舍,抓住决定条件,忽略次要条件,这样建立起来的理想化条件就是条件模型。如在平面上运动的物体,若摩擦力f与合力F相比很小,这个平面称为光滑平面,“光滑平面”就是条件模型。另外在物理学中的细绳、轻质细杆、稳定电源等等都是条件模型。过程模型是在一定条件下对具体的运动过程及限制这些过程的条件进行抽象,形成“过程模型”。例如研究地面附近自由落体运动,下落的物体视为“质点”,从静止开始下落的过程中,忽略空气的阻力、浮力、风力、风向等作用,只受到恒定的重力作用,质点在这样理想化条件下运动的过程就是“自由落体运动”。这就是一个理想化的过程模型。在热学中,准静态过程也是一个理想化的过程模型。在物理学中理想化条件下的过程模型很多,如匀速直线运动、简谐振动等等。
在物理学中,正是从实际物体、物理过程、条件中抽象和概括出这些物理模型,才使人们对物质世界的认识不断深化,不断想真理逼近,推动着物理学的发展,从某种意义上讲,各种理想物理模型的建立,正是物理学向深度和广度发展的重要标志之一。
3.2 总结物理概念、定律
物理概念、定律是物理学的理论基础,只有通过抽象和概括,才能形成物理概念,简化物理对象,形成理想化的过程,在实验和理论分析的基础上,得出定量的物理定律。例如:力的概念是通过抽象和概括一类事物的共同本质属性形成的,如:人推车,马拉犁,即力是物体对物体的作用。简谐振动的规律则是在研究单摆和弹簧振子这些理想模型的运动时概括出来的。可见,物理学中的许多概念、定律是经过抽象思维的加工,在实验的基础上概括出来的。
3.3 用抽象和概括的方法学习物理学
抽象和概括不仅提炼出物理模型,建立物理概念,总结物理规律,而且还帮助学生学习物理学。如在做电磁感应实验时,有五种情况可以产生感应电流,即变化的电流,运动的稳恒电流,变化的磁场,运动的磁铁和磁场中切割磁力线的导体。这些现象杂乱无序,教师可以通过分析、引导,帮助学生从现象中抽象概括出本质:只要闭合回路磁通量发生变化,闭合回路中就会产生感应电流。
4 抽象和概括的局限性
抽象和概括在物理学的建立和发展过程中发挥了重要的作用,然而它也存在着一定的局限性。例如把经典振动模型强加给固体时,比热理论与试验不符;用经典振动的概念解释光的散射问题时,也是局部的成功;由此看见,抽象和概括出的物理模型、物理规律只能发现、理解、领悟与原有知识具有一定逻辑关系的知识,而不能创造出与原有知识没有逻辑关系的新知识。
5 结语
纷繁复杂、绚丽多彩的物质世界遵循着自身的规律,我们要认识这个世界,必须去粗取精,去伪存真,利用抽象和概括的方法,去探索真理。
参考文献
[1] 田世昆,胡卫平.物理思维论[M].广西教育出版社,1996,12.
[2] 朱龙祥.物理教学思维方式[M].首都师范大学出版社,2000,12.
[3] 陈熙谋,胡望雨,等.物理教学的理论思考[M].北京教育出版社,1997,7.