浅谈物理模型在中学物理教学中的优越性和局限性

李会 张秀兰

[摘 要]新课程改革的培养目标中，要求学生具有初步基础的创新精神，实践能力强，并且具备一定的科学和人文修养以及环境意识，物理作为一门科学类学科，在激起学生求知欲培育学生科学素养方面有着重要作用。物理模型则在中学物理教学中施展着无法代替的作用。本文主要对物理模型在中学物理教学中的优越性和局限性进行了剖析。

[关键词]物理模型;物理教学

基金项目：

1、广西高等教育本科教学改革工程项目，创新创业教育背景下基础学科物理学专业人才培养研究与实践，2018JGB1651;

2、广西高等教育本科教学改革工程项目，量子力学“课程思政”的实践与研究;，2019JGZ117;

3、广西民族大学教学改革项目，虚拟仿真技术在大学物理课程教学中的应用研究，2017XJGY36

1.引言

在物理教学中，研究物理问题往往遭到良多实际因素干扰，研究起来会比较复杂，为了便利的研究问题，我们通常会对问题为了方便钻研问题和探究物理事物本质而对研究目标进行简化，忽略次要问题突出主要问在确保科学性的同时进行抽象化处理，对物理问题高度概括。而这样的方法叫做物理模型。物理模型是人们运用科学的思维对物理事物的抽象描述，对物理概念的高度总结，突出物体的基本特征以及其运动规律。物理模型有利于人们解决各种现实问题。

2.物理模型的特点

物理模型有两个主要特性，其中一个是抽象性和形象性的统一，另一个是科学性和假定性的统一。物理模型的建立是一个突出主要问题忽略次要因素的过程，是透过现象到本质的过程，运用科学的思维对物质本质的反映，具有高度的概括性和抽象性。虽然物理模型具有抽象性，但是物理模型的建立是采用简约化的方法用假想的结构或者理想的模型来替代复杂的研究对象。物理模型展现了原本想要研究的物理对象的直观形象，反映它的主要特征，抓住其主要的要素而不考虑其他因素，但是在创建物理模型时，要以之前取得的科学知识作为根据，相应的实验作为基础，经过一系列的分析、归纳、对比和推理等一系列逻辑上的严格论证。物理模型是以深刻的理论为基础，并且能反映原研究对象的本性特征，是以物理模型具备科学性。

物理模型绝大多数是理想化的模型，都是人们通过科学思维对所研究的原型物体的抽象概括，但是除了抽象思维外还需要发挥创造性的想象力，物理模型来源于实际但又高于实际，是抽象物理思维的结果，都需要被科学实验来验证其科学准确性，所以又具备一定的假定性。

3.物理模型的优越性和局限性

3.1优越性

物理模型可以培养学生严密的逻辑思维。物理学科是一门科学性的学科，需要抱有严谨的态度去学习。建立物理模型的过程中环环相扣，每一步都需要以科学逻辑为前提。学生运用物理模型解决实际问题的时候，不一定就可以一步成功，往往会遇到失败，然后再一次一次的摸索、总结，不断完善自己对物理模型的认识，不断地创新，这些都是宝贵的经验。学生在建立物理模型的过程中也是培养科学思维的过程，这是一个缓慢的需要长期积累的过程。所以物理模型有助于学生培养严密的科学逻辑思维。

物理模型可以激发学生的创造性。[1]我们国家在以前的时候实施的是应试教育，应试教育的环境下出现高分低能的现象，很多学生学习是为了分数，创造力没有被挖掘出来，学生学习物理学科时习惯于模仿性地解决问题，而不善于通过自己的分析获取新的解题方式。新课改之后要求学生看重创新本领的培养。学习创设物理模型是培育学生创新能力的有效方式之一。新课改的教育理念是以学生为主体教师为主导，在教师的指导下，学生在认知中建立物理模型，创建出一个清晰的物理情景。在建立物理模型的过程中学生主动地参与，自发的寻找解决问题的方法，在这过程中学生学会观察和思考，发挥了想象力，也锻炼了他们思维转换的能力，最重要的是他们的创造力得到挖掘。

物理模型有利于学生建立起一个良好的知识结构。物理学科涉及到的种类很繁多，我们可以把物理学看作是一个网络体系，那么每一个知识点就是一个网络结点。中学物理中常见的物理模型有对象模型、过程模型和理论模型。[2]这三种模型包含着大部分中学生所要学习的知识，掌握了这三种物理模型，也就抓住了知识点。物理模型是物理知识系统的重要组成部分，拓展物理模型教学，帮助学生更清晰地形成知识结构，掌握物理模型之间的相关性，有利于学生知识点之间的迁移。力学是中学物理最重要的部分，学生在学到物体运动规律及其受力分析时，质点模型可以很好的帮助学生掌握物体运动规律，在学习完质点之后学生又继续探究物体匀速运动、匀速直线运动。当学生能够找到这些物理模型之间的连接，他们也知道知识点之间的关系。每建立一个新的物理模型，学生都会认识到那个物理模型的定义、类别、特征和作用。当学生对这些模型做完总结之后，就会在脑海里形成一个清晰的网状结构，对物理知识有了进一步的认识，可以更加得心应手的解决物理问题。建立物理模型是需要以科学理论为前提，中学生建立物理模型的理论依据来源于他们之前所学到的知识，学生需要运用旧的知识不断地引申出新的理论。物理模型能够有效的实现学生在学习过程当中对知识的迁移。比如当学生对质点模型有了充分的认识之后，就能更好的为之后的“点电荷”、“点光源”的学习建立起良好的物理情景。

3.2局限性

物理模型具有抽象性，给学生对物理问题的理解带来不确定性，甚至造成误解。物理模型是经过科学实践得出的产物，但是每一个物理模型都不是一成不变的，在物理学史中，每当探索出新的事物就会建立一个新的物理模型，比如从质点模型到匀速直线运动模型，每一个模型都是以前一个模型作为基础却优于前一个模型。一个问题可以有不一样的解决方法，每一个方法就对应一个物理模型，而学生在面对不同的物理模型的时候理解上就会出现不确定性。学生掌握的知识还不够全面，灵活运用知识点使它们贯通的能力还不足够，学生会从多个角度考虑问题的结果但每个方面都考虑的不够周全，这样一来每个角度得出的结果就会有所不同，于是学生就会对采用怎样的物理模型来解题产生疑惑，就出现了不确定性。

物理模型容易致使学生思维的绝对化。每一个物体都有很大差别的属性，譬如质量、密度、体积、导热性、导电性等等，假如要研究物体不同的特质就要从不同的角度去分析，那么选择的物理模型就不同。比方说卫星绕着地球运动的时候，卫星可以看作是一个质点，忽略它的大小和形状，而当研究它自身的运动情况时则不能看作质点，可以看作是刚体。然则良多学生没有意识到同一个物体可以抽象成多个有差别的物理模型，不同研究角度选的物理模型也各有不同，所以他们容易把在一个条件下建立的物理模型机械地运用到另一个条件下，这样研究得出的結果就会和客观实际上有偏差，这就表现了学生思维的绝对化。思维的绝对化使得学生很难从旧的知识中扩展新的知识，这样在学习中就很难进步。

4.结语

中学阶段学校具备开展物理模型教学的条件，尤其是初中生刚接触物理这门学科，学校合理运用物理模型教学模式则可使学生奠定良好的基础，从中学开始培养学生的物理模型思维有利于未来学生对物理的研究。

[参考文献]：

[1] 冯一兵.《浅谈物理模型在教学中的优点及局限性》[J].物理与工程，2007

[2] 彭森.《中学物理模型教学研究》[D].2004.