淺談物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的優(yōu)越性和局限性

李會(huì) 張秀蘭

[摘 要]新課程改革的培養(yǎng)目標(biāo)中，要求學(xué)生具有初步基礎(chǔ)的創(chuàng)新精神，實(shí)踐能力強(qiáng)，并且具備一定的科學(xué)和人文修養(yǎng)以及環(huán)境意識(shí)，物理作為一門科學(xué)類學(xué)科，在激起學(xué)生求知欲培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面有著重要作用。物理模型則在中學(xué)物理教學(xué)中施展著無法代替的作用。本文主要對(duì)物理模型在中學(xué)物理教學(xué)中的優(yōu)越性和局限性進(jìn)行了剖析。

[關(guān)鍵詞]物理模型;物理教學(xué)

基金項(xiàng)目：

1、廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育背景下基礎(chǔ)學(xué)科物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)研究與實(shí)踐，2018JGB1651;

2、廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目，量子力學(xué)“課程思政”的實(shí)踐與研究;，2019JGZ117;

3、廣西民族大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目，虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究，2017XJGY36

1.引言

在物理教學(xué)中，研究物理問題往往遭到良多實(shí)際因素干擾，研究起來會(huì)比較復(fù)雜，為了便利的研究問題，我們通常會(huì)對(duì)問題為了方便鉆研問題和探究物理事物本質(zhì)而對(duì)研究目標(biāo)進(jìn)行簡化，忽略次要問題突出主要問在確保科學(xué)性的同時(shí)進(jìn)行抽象化處理，對(duì)物理問題高度概括。而這樣的方法叫做物理模型。物理模型是人們運(yùn)用科學(xué)的思維對(duì)物理事物的抽象描述，對(duì)物理概念的高度總結(jié)，突出物體的基本特征以及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。物理模型有利于人們解決各種現(xiàn)實(shí)問題。

2.物理模型的特點(diǎn)

物理模型有兩個(gè)主要特性，其中一個(gè)是抽象性和形象性的統(tǒng)一，另一個(gè)是科學(xué)性和假定性的統(tǒng)一。物理模型的建立是一個(gè)突出主要問題忽略次要因素的過程，是透過現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，運(yùn)用科學(xué)的思維對(duì)物質(zhì)本質(zhì)的反映，具有高度的概括性和抽象性。雖然物理模型具有抽象性，但是物理模型的建立是采用簡約化的方法用假想的結(jié)構(gòu)或者理想的模型來替代復(fù)雜的研究對(duì)象。物理模型展現(xiàn)了原本想要研究的物理對(duì)象的直觀形象，反映它的主要特征，抓住其主要的要素而不考慮其他因素，但是在創(chuàng)建物理模型時(shí)，要以之前取得的科學(xué)知識(shí)作為根據(jù)，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列的分析、歸納、對(duì)比和推理等一系列邏輯上的嚴(yán)格論證。物理模型是以深刻的理論為基礎(chǔ)，并且能反映原研究對(duì)象的本性特征，是以物理模型具備科學(xué)性。

物理模型絕大多數(shù)是理想化的模型，都是人們通過科學(xué)思維對(duì)所研究的原型物體的抽象概括，但是除了抽象思維外還需要發(fā)揮創(chuàng)造性的想象力，物理模型來源于實(shí)際但又高于實(shí)際，是抽象物理思維的結(jié)果，都需要被科學(xué)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其科學(xué)準(zhǔn)確性，所以又具備一定的假定性。

3.物理模型的優(yōu)越性和局限性

3.1優(yōu)越性

物理模型可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維。物理學(xué)科是一門科學(xué)性的學(xué)科，需要抱有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去學(xué)習(xí)。建立物理模型的過程中環(huán)環(huán)相扣，每一步都需要以科學(xué)邏輯為前提。學(xué)生運(yùn)用物理模型解決實(shí)際問題的時(shí)候，不一定就可以一步成功，往往會(huì)遇到失敗，然后再一次一次的摸索、總結(jié)，不斷完善自己對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)，不斷地創(chuàng)新，這些都是寶貴的經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生在建立物理模型的過程中也是培養(yǎng)科學(xué)思維的過程，這是一個(gè)緩慢的需要長期積累的過程。所以物理模型有助于學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)密的科學(xué)邏輯思維。

物理模型可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。[1]我們國家在以前的時(shí)候?qū)嵤┑氖菓?yīng)試教育，應(yīng)試教育的環(huán)境下出現(xiàn)高分低能的現(xiàn)象，很多學(xué)生學(xué)習(xí)是為了分?jǐn)?shù)，創(chuàng)造力沒有被挖掘出來，學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科時(shí)習(xí)慣于模仿性地解決問題，而不善于通過自己的分析獲取新的解題方式。新課改之后要求學(xué)生看重創(chuàng)新本領(lǐng)的培養(yǎng)。學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)物理模型是培育學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方式之一。新課改的教育理念是以學(xué)生為主體教師為主導(dǎo)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在認(rèn)知中建立物理模型，創(chuàng)建出一個(gè)清晰的物理情景。在建立物理模型的過程中學(xué)生主動(dòng)地參與，自發(fā)的尋找解決問題的方法，在這過程中學(xué)生學(xué)會(huì)觀察和思考，發(fā)揮了想象力，也鍛煉了他們思維轉(zhuǎn)換的能力，最重要的是他們的創(chuàng)造力得到挖掘。

物理模型有利于學(xué)生建立起一個(gè)良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)。物理學(xué)科涉及到的種類很繁多，我們可以把物理學(xué)看作是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，那么每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。中學(xué)物理中常見的物理模型有對(duì)象模型、過程模型和理論模型。[2]這三種模型包含著大部分中學(xué)生所要學(xué)習(xí)的知識(shí)，掌握了這三種物理模型，也就抓住了知識(shí)點(diǎn)。物理模型是物理知識(shí)系統(tǒng)的重要組成部分，拓展物理模型教學(xué)，幫助學(xué)生更清晰地形成知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握物理模型之間的相關(guān)性，有利于學(xué)生知識(shí)點(diǎn)之間的遷移。力學(xué)是中學(xué)物理最重要的部分，學(xué)生在學(xué)到物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其受力分析時(shí)，質(zhì)點(diǎn)模型可以很好的幫助學(xué)生掌握物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在學(xué)習(xí)完質(zhì)點(diǎn)之后學(xué)生又繼續(xù)探究物體勻速運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)學(xué)生能夠找到這些物理模型之間的連接，他們也知道知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。每建立一個(gè)新的物理模型，學(xué)生都會(huì)認(rèn)識(shí)到那個(gè)物理模型的定義、類別、特征和作用。當(dāng)學(xué)生對(duì)這些模型做完總結(jié)之后，就會(huì)在腦海里形成一個(gè)清晰的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)物理知識(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，可以更加得心應(yīng)手的解決物理問題。建立物理模型是需要以科學(xué)理論為前提，中學(xué)生建立物理模型的理論依據(jù)來源于他們之前所學(xué)到的知識(shí)，學(xué)生需要運(yùn)用舊的知識(shí)不斷地引申出新的理論。物理模型能夠有效的實(shí)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中對(duì)知識(shí)的遷移。比如當(dāng)學(xué)生對(duì)質(zhì)點(diǎn)模型有了充分的認(rèn)識(shí)之后，就能更好的為之后的“點(diǎn)電荷”、“點(diǎn)光源”的學(xué)習(xí)建立起良好的物理情景。

3.2局限性

物理模型具有抽象性，給學(xué)生對(duì)物理問題的理解帶來不確定性，甚至造成誤解。物理模型是經(jīng)過科學(xué)實(shí)踐得出的產(chǎn)物，但是每一個(gè)物理模型都不是一成不變的，在物理學(xué)史中，每當(dāng)探索出新的事物就會(huì)建立一個(gè)新的物理模型，比如從質(zhì)點(diǎn)模型到勻速直線運(yùn)動(dòng)模型，每一個(gè)模型都是以前一個(gè)模型作為基礎(chǔ)卻優(yōu)于前一個(gè)模型。一個(gè)問題可以有不一樣的解決方法，每一個(gè)方法就對(duì)應(yīng)一個(gè)物理模型，而學(xué)生在面對(duì)不同的物理模型的時(shí)候理解上就會(huì)出現(xiàn)不確定性。學(xué)生掌握的知識(shí)還不夠全面，靈活運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)使它們貫通的能力還不足夠，學(xué)生會(huì)從多個(gè)角度考慮問題的結(jié)果但每個(gè)方面都考慮的不夠周全，這樣一來每個(gè)角度得出的結(jié)果就會(huì)有所不同，于是學(xué)生就會(huì)對(duì)采用怎樣的物理模型來解題產(chǎn)生疑惑，就出現(xiàn)了不確定性。

物理模型容易致使學(xué)生思維的絕對(duì)化。每一個(gè)物體都有很大差別的屬性，譬如質(zhì)量、密度、體積、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等等，假如要研究物體不同的特質(zhì)就要從不同的角度去分析，那么選擇的物理模型就不同。比方說衛(wèi)星繞著地球運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，衛(wèi)星可以看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，忽略它的大小和形狀，而當(dāng)研究它自身的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)則不能看作質(zhì)點(diǎn)，可以看作是剛體。然則良多學(xué)生沒有意識(shí)到同一個(gè)物體可以抽象成多個(gè)有差別的物理模型，不同研究角度選的物理模型也各有不同，所以他們?nèi)菀装言谝粋€(gè)條件下建立的物理模型機(jī)械地運(yùn)用到另一個(gè)條件下，這樣研究得出的結(jié)果就會(huì)和客觀實(shí)際上有偏差，這就表現(xiàn)了學(xué)生思維的絕對(duì)化。思維的絕對(duì)化使得學(xué)生很難從舊的知識(shí)中擴(kuò)展新的知識(shí)，這樣在學(xué)習(xí)中就很難進(jìn)步。

4.結(jié)語

中學(xué)階段學(xué)校具備開展物理模型教學(xué)的條件，尤其是初中生剛接觸物理這門學(xué)科，學(xué)校合理運(yùn)用物理模型教學(xué)模式則可使學(xué)生奠定良好的基礎(chǔ)，從中學(xué)開始培養(yǎng)學(xué)生的物理模型思維有利于未來學(xué)生對(duì)物理的研究。

[參考文獻(xiàn)]：

[1] 馮一兵.《淺談物理模型在教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)及局限性》[J].物理與工程，2007

[2] 彭森.《中學(xué)物理模型教學(xué)研究》[D].2004.