科學模型法

科學模型法

一方面,在模型思維中,我們可以從原型出發,根據某一特定目的,抓住原型的本質特徵,對原型進行抽象,把複雜的原型客體加以簡化和純化,建構一個能反映原型本質聯繫的 模型,並進而通過對模型的研究獲取原型的信息,為形成理論建立基礎。

另一方面,高度抽象化的科學概念、假說和理論要正確體現其認識功能,又必須具體化為某個特定的模型,才能發揮理論指導實踐的作用。還有一些不便直接接觸的實物研究也需要模型來幫助理解(如細胞結構)。國中科學教材中的原子結構模型、磁感線、化學式、細胞結構圖、等高線等等都是科學模型,這些模型大大方便了國中生對相關抽象的科學概念規路的認識與理解。

基本介紹

  • 中文名:科學模型法
  • 外文名:Scientific model approach
  • 作用:揭示原型的形態、特徵和本質
  • 所屬方法邏輯方法
  • 特徵:抽象化和具體化
  • 主要代表:盧瑟福模型
舉例,一般過程,研究意義,

舉例

原子結構模型發展
1.道爾頓模型
1808年 道爾頓模型 原子是一個堅硬的小球
英國自然科學家約翰·道爾頓提出了世界上第一個原子的理論模型。  他的理論主要有以下三點:①原子都是不能再分的粒子;②同種元素的原子的各種性質和質量都相同;③原子是微小的實心球體。
2.湯姆生模型
1897年 湯姆生模型 原子是一個帶正電荷的球,電子鑲嵌在裡面,原子好似一塊“葡萄乾布丁”
葡萄乾布丁模型由湯姆生提出,是第一個存在著亞原子結構的原子模型。
湯姆生在發現電子的基礎上提出了原子的葡萄乾布丁模型,湯姆生認為:①電子是平均的分布在整個原子上的,就如同散布在一個均勻的正電荷的海洋之中,它們的負電荷與那些正電荷相互抵消。②在受到激發時,電子會離開原子,產生陰極射線。
3.盧瑟福模型
1911年 盧瑟福模型 原子的大部分體積是空的,電子按照一定軌道圍繞著一個帶正電荷的很小的原子核運轉。
行星模型由盧瑟福在提出,以經典電磁學為理論基礎,主要內容有:①原子的大部分體積是空的 ②在原子的中心有一個很小的原子核 ③原子的全部正電荷在原子核內,且幾乎全部質量均集中在原子核內部。帶負電的電子在核空間進行繞核運動。
4.玻爾模型
1913年 玻爾模型 電子不是隨意占據在原子核的周圍,而是在固定的層面上運動,當電子從一個層面躍遷到另一個層面時,原子便吸收或釋放能量。為了解釋氫原子線狀光譜這一事實,玻爾在行星模型的基礎上提出了核外電子分層排布的原子結構模型。
磁感線
定義
磁感線:在磁場中畫一些曲線,用(虛線或實線表示)使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同(且磁感線互不交叉),這些曲線叫磁感線。磁感線是閉合曲線。規定小磁針的北極所指的方向為磁感線的方向。磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來進入S極,在磁體內部磁感線從S極到N極。
原理
假設把小磁針放在磁鐵的磁場中,小磁針受磁場的作用,靜止時它的兩極指向確定的方向。在磁場中的不同點,小磁針靜止時指的方向不一定相同。這個事實說明,磁場是有方向性的,我們約定,在磁場中的任意一點,小磁針N極的受力方向,為那一點的磁場方向。
磁感線的概念是著名物理學家法拉第最先發明並引入的。在電場中可以用電場線形象地描述各點的電場方向,在磁場中也可以用磁感線 形象地描述各點的磁場方向,磁感線是在磁場中畫出而實際不存在的一些有方向的曲線,這些曲線上每一點的切線方向都和這點的磁場方向一致。
磁感線是為了形象地研究磁場而人為假想的曲線,並不是客觀存在於磁場中的真實曲線。

一般過程

① 什麼是模型。模型是根據已知的事實建立的,是對研究對象簡潔的仿真性的表述。有些模型是為了抓住研究對象的主要因素,忽略次要因素,以便準確而簡明地得出較普遍的結論。有些模型則帶有模擬的性質,是根據有限的事實對研究對象的一種猜測性的描述。
② 為什麼建立模型。有了模型,我們就可以進行粗略的理論計算,解釋研究對象的規律,作出科學的猜測。
③ 模型的過渡性。模型如果不能解釋新的實驗事實,就需要加以修正完善,甚至被新模型所取代,模型的更新反映了人們對事物認識的不斷深化。對於直覺,靈感等思維方法的教育也有獨特的作用。
縱觀科學的發展過程,主要還是體現著不斷建立科學模型和用新的科學模型代替舊的或不完善的科學模型的過程。通過模型建立使新知識與原有認知構成連結,使所有知識點形成網狀結構,在獲取新知識的過程中改造、最佳化、深化原有的認知結構,使原有的知識結構更趨科學與完整,更重要的是通過建立模型這一思維過程逐步提高思維品質。

研究意義

科學模型在科學研究中具有重要意義。客觀事物總是處在多種因素交錯的複雜紛亂狀態中,這就使人們深入研究某個問題時面臨難以著手的困難。模型能夠撇開那些次要因素、關係和過程,將主要因素、關係和過程突出地顯示出來,便於人們觀察、實驗和理論分析。尤其是對那些“時過境遷”、不能再現因而也不可能直接觀察到的現象,或者從經濟、安全和道德等方面考慮不宜直接實驗的對象,更需要藉助於模型研究。
由於通過模型獲得的規律性知識,只是在一定程度上反映了原型客體的規律性,因而這種知識是相對的、近似的。根據從科學模型得到的認識可以預言客體的變化趨勢或運動規律,這種預言能否實現,就是對模型的一種實踐檢驗。
模型研究方法能夠發揮理論對實踐的指導作用。在體現了正確科學理論知識的模型上進行實驗,其結果一般優於實際情況。例如,一部理想熱機的效率高於實際熱機的效率。因此,用理想模型與實際對象對比,就有可能找到改善實際對象以取得更佳效果的實踐途徑。

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