付淑婷

摘 要：为顺应新时代下教育发展的潮流，唤醒人们对物理模型的重视，本文通过对模型概念的分析，进一步阐述了模型在物理学发展过程中的作用，并通过具体实例加以论证。

关键词：物理模型;作用;物理学

前言

当今社会是一个日新月异的时代，科技与经济迅速发展，信息和世事瞬息万变。物理学科核心素养对学生的发展提出了多方面的要求。在这其中思维与观念的发展则是重中之重难上加难，锻炼思维与树立观念很重要的一点在于模型建构，由此我们可以看出模型有着举足轻重的作用。我们将眼光放宽，纵观整个物理发展史同样离不开物理模型的推动。换句话说，一部物理学史发展其实就是一个关于模型发展变化的进化史。

1、物理模型的含义

什么是模型？模型的原是依照事物原型按比例制成的物品。钱学森先生曾给模型下过这样的定义：“模型是通过对问题现象的分解、利用我们考虑得来的原理吸收一切主要因素、略去一切不是主要的因素，所创造出来的一幅图画”。客观世界的现象是复杂多样的，任何客观事物都具有众多的特性、不同的层次，许多本质的、非本质的联系交织在一起，大量的偶然现象、偶然因素掩盖着事物必然的规律和本质的因素。为深入揭示客观事物内部的本质的规律，我们就需要基于研究的问题的对客观事物进行简化与理想化处理，抓住主要特征、摒弃次要因素，从而得到现实中客观事物的映像，这就是物理模型。

2、物理模型的作用

2.1物理模型可以将原型理想化处理

物理模型是事物原型的简化或是纯化。通过对事物原型进行操作，从而抽象出所探索事物的理想化形态。任何一类物理模型，在建立的过程中都需有客观存在的原型为依托，并依据原型本身抓住问题的主要因素，保留核心。在这里，我们不妨逆向思考，既然物理模型是事物原型进行了理想化的形态，那必然“原型的简化”本身也是它的作用之一，换言之，物理模型正是对事物原型进行简化，进而突出影响事物发展变化的本质联系，最终起到使研究工作顺利进行的作用。我们不妨利用具体事例说明这一点。自由落体运动，简单说，就是一个物体从高处释放，由静止开始下落的运动。如果我们不建立理想化物理模型的概念，那么这个过程便不会像笔者描述的如此简单，甚至对于它的研究，一度会变得无从下手。在实际情况中，下落的物体会受到各式各样因素的影响，影响最大的便是重力。这是因为重力的大小会随着小球下落过程中与地面的距离变化而产生变化，如若我们不理想化看待小球，不将其视作质点，那力的分析就不再是简单的质量与重力加速度的乘积。不光是这一点，像空气阻力、小球外形、地球自转与公转等都会对下落产生影响从而增加我们研究的难度，但正是因为模型的理想化作用，我们才得以简化对相关问题的研究。

2.2物理模型可以透过表象解释事物本质

在事物原型较为复杂，无法直接演示或证明定律时，利用简化过后的物理模型，可以将原本繁琐的过程梳理清晰，达到解释说明现象原因的作用，使之成为说明事物变化规律的演绎器。例如利用理想气体模型可以帮助我们更好的理解三大气体定律;再比如利用金属导电模型解释欧姆定律。可能这些与我们的生活距离较远，但放眼我们身边的例子同可以用于论证模型的这一作用。常见的绳摆实验，下方坠一重物让其从鼻尖处摆动时，这一重物永远不会打到鼻尖。那么这一现象则可以用单摆模型做出明确解释。

2.3物理模型可以检验与更新已有理论

我们可以清楚的认识到模型与客观事物之间的一种联系：简化与纯化事物;反映与解释事物。这一部分换一种方向，思考模型与理论之间的关系。模型与理论的关系可以认为是一种双向建立的一个过程：从模型出发，通过对模型进行研究与探讨从而建立一种理论，进一步的认识事物蕴含的物理规律，使得人们对事物的研究更透徹更贴近事实。这其实就是从模型到理论的一种更新建立过程。反过来，如果从理论（假设）出发，也是能归纳出物理模型的。为了让大家更好的去理解这种关系，我们仍用单摆模型做出说明。伽利略通过观察生活中常见的吊灯，注意到其摆动情况，从而抽象出单摆模型，并进一步研究，成功地发现了单摆振动等时性这一物理规律。随着人们对单摆现象研究的深入，惠更斯在单摆模型基础之上进一步演算出摆的周期公式。这便是从模型到理论的建立，反过来应用周期公式解决几种复杂振动现象则是理论对模型的一种归纳，由此可见模型与理论之间的双向关系。

2.4物理模型可以为科学发展指明方向

物理模型是原型的简化和纯化，或者换种方法说模型是原型的一种近似反映。正式由于人们在提出或形成新模型的过程中忽略了大多数的次要因素所产生的干扰，从另一面讲则是突出了原型（研究对象或物理过程等）的主要特征。这一过程已经是对原有事物的一种预想，在这一基础上进一步发挥逻辑思维的力量，可以将我们研究的问题或过程甚至研究结论超越现有的实验水平，在思维的层面上展开研究，进一步指出研究方向或形成科学的预见。比如在固体物理的发展中，理想晶体是常常作为研究对象出现在人们的视野中，随着应用量子力学的出现人们进一步对其进行了深入的探索，结果表明其强度比实际的金属材料的强度高出1000倍。这使得人们意识到，通常金属材料的强度之所以比理想晶体的强度弱可能是因为在金属材料中存在许多缺陷。后来通过更精细的研究，人们发现了金属结构缺陷这一问题，并进一步研究了如何减少缺陷、提高强度的方法。这就是模型预见性的一种体现。

3、结束语

模型的作用体现出其对物理发展的推动性与支持性。人们在认识与改造自然界的过程中必然是使用了多种方法，但考虑到事物主次矛盾的思维方法——模型法是众多方法中重要且不可替代的，这种思维能力在现如今的教育中仍是教育者的付出努力的追求。通过认识模型，从而了解模型及其作用进一步建构模型形成对物理规律与概念的恰当认识，是新时代学生始终要具有的一种能力，也是新时代教师努力的方向。

参考文献

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