物理知识与物理模型——答群友物理模型问（二）|教研分享系列190

引言

在QQ教学交流群一位群名为“江西师大 ***”的群友就模型提了一系列问题，号主觉得很有意思。

昨天回答了群友的第一个问题，事实上就是辨析了物理模型与物理题型两个概念。今天继续回答群友的问题，号主认为后两个问题又指向一个中心话题——物理知识与物理模型。

二、物理知识与物理模型对立

1、物理知识

知识是一个可深可浅的概念，号主自然没有能力深入到哲学层次来高谈阔论，而且号主认为就群友的问题，无需上升到哲学层面来认识，那么就粗浅地讨论。

物理知识，包含物理概念、物理规律、物理方法和物理思想等内容，以及由这些内容建构的关系体系。下面仅仅就物理概念和物理规律做一些列举性探讨。

物理概念，是对一类物理事实、物理现象的分析与综合、抽象与概括，例如机械运动，质点、参考系、速度、加速度等基本概念，还包括匀速直线运动、匀变速直线运动、曲线运动等运动模型概念，还包括万有引力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力、分子力等相互作用概念，还包括动量、动能、机械能、内能等等重要概念…以上仅仅列举力学中的部分概念，诸如电磁学、热学、光学、原子物理学等还有一些概念，例如匀强电场、理想变压器；理想气体、液晶体；光线、平面镜；核式结构模型、波尔模型等等。

物理规律，一般指物理概念之间的关系，例如牛顿第二定律是力、加速度、质量等概念之间的关系。很多物理概念需要量化描述，对应的量又称为物理量，绝大多数物理规律揭示的正是这些物理量之间的关系，因此可以用数学公式来表述。

2、物理知识形成过程

物理知识是客观世界在人脑中的反映。可见，物理知识需要通过观察、思考等主观努力而习得。因此，就物理教学，有一个重要的教学规律——务必注重物理概念的形成过程的教学。认真考查，物理规律和物理概念事实上不是分离的，它是对物理事实、物理现象或物理问题综合思维（观察、记忆、分析、综合、抽象、概括、猜测、研究等）一篮子产物。例如牛顿运动理论是在研究天体运动问题中构建的理论体系。

诚然，在物理教学中是不可能重演科学家建构理论体系的研究过程，但是一定要依据当代学生的成长背景设计科学问题情境，以探究性学习为方式，经历物理知识的形成过程。

3、物理知识中的物理模型

细心的朋友可能体会到，号主在列举物理概念时，有意的突出了物理模型类概念，例如质点等对象模型、匀速直线运动等运动模型、匀强磁场等条件模型、核式结构等结构模型等等。可见，物理模型就是物理知识，物理建模过程就是物理知识的形成过程。

或许有人会说，物理规律跟物理模型就没有多大关系了吧？真的吗？

以牛顿第二定律为例，力、质量和加速度三个物理量具有同一性，必须描述同一研究对象，那么这个研究对象是什么呢？答，是物体啊。再问：所有物体吗，还是一类有特殊性的物体？

答案是：不是所有物体，而是一类可视为质点的物体。例如转动物体的转动问题，运用牛顿第二定律就不能完全胜任，又比如研究热学系统，牛顿第二定律亦不能完全胜任。

在应试教学下，学生能够很熟练地完成“物体是否可视为质点”的一类简单物理题，但是较完整地学习完牛顿运动理论后，却很少学生能够体会到质点是牛顿运动理论中一个奠基性概念。再认真体会，诸如位置、位移、速度、加速度、动量乃至动能等基本或重要概念都是描述质点（可视为质点的物体）的概念。如果没有记错的话，04版教材在质点一节下批解释中大概有这样一句话：如果没有特别说明，本书中出现的“物体”，就是指可视为质点的物体。

可能有有人会说，牛顿第二定律、动能定理、动量定理不是可以研究系统问题吗？而能量守恒定律和动量守恒定律主要是研究系统问题。对了，“系统”绝不是“质点”，但是力学中的“系统”一般是由“质点”组成的系统，事实上我们总是通过“隔离法”和“整体法”，把“系统”视为质点（整体）或多个质点（隔离）。

可能还有人会问，转动问题，不能把物体视为质点，转动理论的研究对象就不是模型了吧？不，转动理论的研究对象依然是模型，只不过不是质点模型，而是刚体模型。

记得有学者在撰文中指出，科学理论就是关于模型的理论。可见，物理知识就是关于物理模型的知识或者就是物理模型本身。

4、群友问题聚焦

号主在发表论文中指出，物理模型虽然分为建模和解模思维，但本质上就是建模思维，因为解模是基于建模。为什么要物理建模？因为只有通过物理建模才能解决实际问题。物理规律的探索或物理理论的建构本身就是“实际问题”，也就是说，探索物理规律或建构物理理论就需要建构物理模型。

可见，只有具有正确的、辩证的、发展的物理模型思维意识和思维能力，才能真正的理解物理知识，自然也才能理解物理知识本质。群友之所以提出“模型对物理学习起到什么作用”等系列问题，根本原因是就物理模型的认识存在误区——不自觉地把物理知识和物理模型对立起来，未能理解物理知识的形成过程基于物理建模过程。正如号主在QQ 群交流中指出，群友关于模型的系列提问在一定程度上反映了物理教学的现状，也折射出物理模型教学的重要性。

高中物理教学中的物理模型教学十分匮乏，基于“物理知识的形成过程就是物理建模过程”观点，当前所谓的概念形成过程教学要么匮乏，要么肤浅。归根结底，高中物理教学几乎还是灌输式教学，教师传授知识、学生记忆知识，教师反复讲授知识，学生不断强化知识记忆。记忆知识有助于理解知识，但是缺失了知识形成过程的教学就不能深入理解知识。有一句看似笑话但不完全是笑话的话：很多学生不认为牛顿是伟大的科学家，而是折磨他们的魔鬼！不少学生在反复机械记忆知识中痛苦不堪，而未能在知识探索中享受挑战的快乐。

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