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关于表征论文范文 物理问题表征态构建和演化分析相关论文写作参考文献

分类:职称论文 原创主题:表征论文 更新时间:2024-02-25

物理问题表征态构建和演化分析是适合不知如何写表征方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于表征是什么意思论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。

摘 要:通过对物理学发展历史的分析,确立了问题表征态的内涵,从信息论的角度明确表征态具有确定性增加的演化特性.本文具体研究了从物理表征到数学表征的过程,明确了状态数学化、过程数学化和约束关系数学化三种途径能引导问题表征态向着确定度增大的方向演化.通过对实例的分析,进一步明确了这三种途径对于物理问题解决的价值.

关键词:问题表征态;确定性;约束关系;解题

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)6-0064-4

1 问题的提出背景

表征是信息在人头脑中的呈现方式,是客观事物的反映.问题表征则是问题所涉及的信息在人头脑中呈现出的形态.1978年,McDermott和Larkin提出了物理问题的4个表征步骤:文字表征、朴素表征、科学表征、数学表征.廖伯琴在此基础上提出了力学问题的表征体系,并用口语报告分析法做了研究[1].而邓铸提出了表征态理论,指出表征态是一连续、非线性的变化过程,包含了6种不同层次的表征态[2].邢红军结合协同论提出了自组织表征理论,它是一个连续和突变、独立和关联、控制和自发、协同和竞争、必然和偶然相结合的非线性过程,同时又呈现出了7种不同的表征层次[3].此外,还有众多的研究者提出了自己的观点.

总体上,问题表征态具有动态性、连续性、非线性等复杂系统的特征,但目前只能用一些相对的稳态将整个动态过程割裂成几个不同的层次.如此一来,若能对表征态演化作更细致的表述,将给教师的教学以参考.同时,物理问题表征态的具体内涵有待确立.

2 问题表征态的内涵和演化

经典力学在时间和空间中研究物质运动的规律和结构特征,它经历了伽利略、开普勒、笛卡尔、惠更斯、牛顿等人的发展.在本体论承诺、数学化表征和发现型实验三大主题的交织下,一个具有自我修正、自我发展的知识结构体系逐渐形成了.本体论是指共享概念模型的形式化规范说明,本质上是对基本模型、基本概念的构建.数学化表征是指用数学语言来表征物理实在、表征自然界的客观规律,以方便脱离物理实在进行逻辑推理,避免了生活经验对问题解决的 影响.而发现型实验是通过操控手段来探究自然规律,能对新理论进行实验验证,也能帮助研究者发现新的物理规律.

问题表征态的内涵应该在物理学的发展过程中寻找,和物理学保持一致.物理学研究的是物质运动规律,因此问题表征态是围绕“物质运动”这一主题而形成的一个具有范畴性的体系.从本体论看,表征态由一些基本概念构成,例如力学中的表征态包含质量m、位移x、时间t,以及力F、速度v、加速度a等.从数学化表征上看,表征态也必须呈现物理量间的数学关系,如在力学中常见的是函数关系.因此,问题表征态的内涵包含了物理量和它们间的数学关系.

表征态的演化是人类对未知新事物追求认知平衡而发生的改变,它源于人类物理现象和过程的认知需要.从信息论的角度看,问题表征态是从不确定到确定、从不完备到完备的方向演化.表征终态和初态有很大的不同,它所包含的信息量更多、确定性程度更高,因此在态的演化过程中必然包含着“确定性信息”的引入.在物理问题中,该“确定性信息”是物理规律、物理法则等,它存在于问题解决者的头脑中,蕴藏于表征的最终状态中,但不存在于表征的初始状态.那么,对于“确定性信息”是如何引入到表征态并促使其朝终态演化的,表征态是如何同化和顺应物理规律、问题信息的,这是整个问题的关键所在.

3 物理表征的演化

文字表征、朴素表征和物理表征是解决原始问题的关键步骤,而物理表征和数学表征则是解决结构良好的习题所注重的内容.从文字表征到物理表征的过程也是建立物理模型、明确物理量的过程,它涉及定向表征、抽象表征、图像表征、赋值表征等多种表征层次,是原始问题所关注的内容之一.

从物理表征到数学表征的主要思维模式是演绎推理,该过程因此而变得有迹可循.既然表征态必然依据实际的物理过程,那么物理量间的关系建构就是物理规律或其他约束关系的数学化表征.而由于时间和空间是物理过程的主要参量,因此状态数学化、过程数学化以及约束数学化这三种有效的途径能将物理实在包含的信息以数学函数的形式在表征态中表征出来.

3.1 状态数学化

状态数学化是在某时刻利用某物理规律建立起表征态中物理量间的数学关系.高中物理知识体系中,最常见的是利用牛顿运动定律建立力学量和运动学量之间的关系,此时初始表征态中定有力学信息或运动学信息.例如,已知某个力的大小、恰好通过圆轨道的最高点、恰好脱离轨道、恰好发生相对滑动等力学量的信息,或者如匀加速运动、圆周运动等运动学量的信息.因此,可以在状态数学化的作用下引入牛顿定律,建立物理量间的关系f(Fx,m,xx)等于0,该函数中Fx是指各种力,xx指的是各种运动学量,且涉及到的都是状态量,不显含时间t.

3.2 过程数学化

过程数学化是指在某段时间利用某物理规律,建立表征态中物理量间的数学关系.一种途径是从力在时间上的累积来分析,常见的是使用运动学结合牛顿定律来建立物理量间的数学关系f(Fx,m,xx,t)等于0,且显含时间t,如平抛运动、匀变速直线运动等可建立位移-时间函数、速度-时间函数;另一种途径是从力在空间上的累积来分析,建立任意两个状态间物理量的数学关系f(Fx,m,xx,x)等于0,且显含位移x,常见的是利用能量的转化和守恒思想,如动能定理、机械能守恒定律等来建立量之间的关系.

3.3 约束数学化

有时仅靠物理规律来建立函数关系并不能反映表征态所具有的全部关系,可能还存在着非物理的约束关系,如空间几何关系、时间关系、数量关系等.例如,在多体问题的数学表征中,常常存在着诸如多个物体间的位置关系等隐藏的关系,只要将约束关系用函数关系来表征即可解决.

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参考文献:

1、 高中物理多重表征教学现状和 物理问题的解决需要研究者多维度对问题进行表征、分析和思考 其中问题的表征包含以下几种方式:朴素表征、文字表征、数学表征和图象表征,这也就是所谓的。

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