对物理模型在中学物理教学中作用的研究

对物理模型在中学物理教学中作用的研究

陆璐1张占南2

1长春市新解放学校

         2 长春市核与辐射监督管理站

摘要：物理模型是物理研究的一种基本方法。在中学物理教学中，应用物理模型进行教学，不仅会使教学内容更加直观，对于实现新课程标准中的教学目标也大有裨益。本文主要探讨了物理模型在中学教学中，对于学生形成物理观念、训练科学思维、培养科学探究能力和树立科学态度与责任心方面的意义，并引用实例进行论述。

关键词：物理模型；物理教学；作用

1 引言

随着新课程标准改革的不断深入，在物理教学中培养科学精神、增进科学素养的观念越来越被重视。在教学过程中，应用物理模型不仅可以使教学内容更加直观，同时对学生形成物理观念、训练科学思维、培养科学探究能力、树立科学态度与责任心也大有裨益。

2物理模型简述

物理学是自然科学领域中的一门基础学科，研究自然界物质的基本结构、相互作用和运动规律。[1]自然界中的物理现象，往往掺杂着多种物理因素，相互影响且复杂多变。人们为了简化物理问题，往往抓住主要因素，忽略次要因素，人为虚构出一个模型来进行研究。而这个模型，就是我们常说的物理模型。

物理模型是物理研究的一种基本方法。无论是伽利略的斜面实验、牛顿的万有引力、麦克斯韦的电磁理论，还是爱因斯坦的相对论、玻尔的氢原子理论，都是基于对应的物理模型进行研究得来的。所以，在中学的物理教学中增加物理模型的比重，一方面是回归物理学的本质，另一方面也是避免机械式、填鸭式教育的好方法。

3 物理模型在中学教学中的作用

物理模型是人们在思想中虚构出来的，并非真实的客观实体。但这个虚构出的模型，在一定程度上反映出真实世界的物理规律。这种由浅入深的研究方法，符合人类思维由形象到抽象的发展规律，能够让物理学中的概念和规律变得更加直观。这也是物理模型在物理教学中的传统意义所在。对于新课程标准中的教学目标的实现，物理模型仍能在教学中发挥出不可替代的作用。

3.1物理模型是理论联系实际的桥梁

物理模型的建立主要有两种途径。一种是从已观察到的物理现象出发，筛选出其中的主要因素来搭建模型，最后从物理模型推演出结论来解释物理现象，如玻尔的氢原子理论。另一种是从基本概念与原理出发，搭建物理模型，之后根据模型预言某些实验可以检验的物理现象，如爱因斯坦的相对论。所以，物理模型是连接物理理论与实际现象的一座桥梁。

通过物理模型，学生更加深化对物理概念的理解，更加准确地把握物理规律，并学会用这些规律来解释身边的各种现象，对于社会存在的各种论调辨伪存真。由此，确认客观世界是可被认知的科学观念，形成世界是物质的，物质是运动的客观辩证唯物主义世界观。

例如，对于电池电动势与内阻的研究，我们就可以引入电池的改装模型。通过电池改装模型，我们可以得出结论：电源与电阻串联，改装后的电源内阻增大，但电动势不会发生改变；而电源与电阻并联，改装后的电源内阻变小，同时会因漏电而造成电动势减小。

而利用电池改装模型，解决内接法与外接法测量时误差分析，可谓易如反掌。对于外接法，相当于电池与电流表的串联改装，电动势测量值准确而内阻测量值偏大；而内接法，相当于电池与电压表的并联改装，电动势与内阻测量值都会偏小。

而联系到实际应用，对新能源汽车电池加装电压监测系统即为并联改装，对电池加装电流监测则涉及到串联改装。当然，无论哪种改装，都会影响电池的供电性能。对此，可以引导学生对性能与安全之间的平衡做出思考，对于并联或串联的装置需要有什么样的电器性能要求。

3.2 物理模型是科学思维的训练场

很多时候，物理模型并不是一蹴而就的。就像对黑体辐射的解释，威廉·维恩与瑞利·金斯都提出过相关的理论模型，但直到普朗克提出能量量子化之后才真正得到解决。学习物理不仅仅是获取物理知识的过程，更是一个科学思维的训练的过程。而从物理模型的搭建、优化，到根据模型进行逻辑推理，最后总结出物理规律，整个过程便是一个从直观的形象思维到抽象的逻辑思维的训练过程。

例如，重力场与重力势能的关系，相对来说比较直观，学生容易体验。在静电场中，也可以将地势与电势、重力势能与电势能相对应，引导学生建立电势能的模型。并根据电场力做功与电势能的关系，分析点电荷中电势的分布。同时，还可以将点电荷的电场，与质点的万有引力场相联系，定义引力势，探究物体在万有引力场中的势能变化。并且将引力能与电势能相比较，找出二者之间的相同之处与不同之处，并解释不同之处产生的原因。

如此训练学生的思维，即可达到促进学生的经验常识向物理规律的转变，让学生对物理概念有更加的有组织、有系统的理解，让学生的形象思维与抽象思维同时得到有效训练的目的。

3.3 物理模型是理解探究物理规律的金钥匙

对于同一个物理问题，人们可以从不同角度提出物理模型，并进行推演得出结论。而不同物理模型中，各个模型的优势与不足如何，哪个模型能更有效地解决物理问题，都是值得思考探究的。

例如，学生在学习原子物理结合能的时候，就会对核子的比结合能越大，原子核越稳定产生疑惑。很多学生百思不得其解之后，最终采取的方法是将其强记下来。如果学生联系之前学过的氢原子模型，就可以仿照电子能级，建立核子能级的模型。那么就很容易理解，自由的核子可认为其能级为零，而原子核中处于束缚态的核子，其能级恰是比结合能的相反数。由于原子核中核子的能级为负值，所以绝对值也就是比结合能越大，能态越低，原子核也就越稳定。如此，原理在模型中自然体现，不同的知识点交织成网络。不仅仅强化了知识的记忆，还让学生对所学的融会贯通，两全其美。

人类的学习，来源于模仿。学生从模仿经典模型去研究新的物理问题，逐渐过渡到独立思考，自行探索研究方式与方法，得到确切的结论。这正是探究学习实现的途径。

3.4 物理模型是学科德育的好素材

人们习惯认为，德育是语文、历史、政治等文科科目的任务。语文、历史承载了中华文明的传统文化；而思想政治课程，更是德育的主要阵地。自然科学课程中的德育，在实际教学中往往被忽视。

当然，由于物理学的学科特点，其德育的内容与思想政治课会有所区别。物理学学科德育应着重于对学生的世界观、人生观与价值观等方面的影响，让学生对科学工作者对于真理的执著，对于数据的一丝不苟，对于人类社会的历史责任感有深切体会。而很多经典的物理模型背后，都有一段富有教育意义的历史故事，这为物理学的学科德育提供了素材。

例如，对放射性元素衰变模型的教学中，可引入贝克勒尔发现放射性与居里夫妇发现镭元素的历史故事。在对核裂变反应和核聚变反应的教学中，引入我国两弹元勋的故事。让学生从先辈的事迹中汲取精神营养，树立正确科学态度与责任心。

4 结语

总而言之，物理模型在新课程标准改革的物理教学中的价值，还待有效发掘。相信，有效利用物理模型开展物理教学，会让我们教学效果事半功倍。

也许有人会担心，学生终究是要面对各种选拔性考试的。学生只是偏重研究物理模型，而不是海量地刷题应试，到了考场上还能够有效地应对吗？其实，这种担心也是多余的。因为不管何种考试，其考察范围不外乎知识的掌握与方法的运用。物理是一问自然科学，各个知识点都可以用物理模型加以组织，并且系统化。而物理模型中的科学思维，本身就是解决物理问题的方法。只要真正掌握了物理模型，有了训练有素的物理思维，试题解答不在话下。

参考文献：

[1]教育部. 《普通高中物理课程标准（2017年版 2020年修订）》[S]北京.人民教育出版社

[2]廖伯琴.《普通高中物理课程标准》(2017年版)要点解读[J].物理教学,2020,42(02):2-5.

[3]冯小霞. 物理模型在中学物理教学中的作用研究[J]. 新课程·中旬,2019(1):42.

[4]李明瀚. 物理模型在中学物理教学中的作用研究[J]. 中国高新区,2018(3):122. DOI:10.3969/j.issn.1671-4113.2018.03.110.

[5]柏海宵.物理模型与中学物理教学[J].考试周刊,2012(86):122.

[6]王天佑.浅析高中物理教学中如何进行德育渗透[J].吉林教育,2022(13):21-23.