我们真的理解了“质点”模型吗？—从理想气体模型反馈来看（二）

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上一期，提出了思考问题：虽然我们对“质点”概念能够“背书”，但我们真的理解了“质点”模型吗？是否真正理解“质点”模型，号主提出了一个判据：是否真正理解了“质点”背后的物理方法——物理模型思维方法？是否能够实现这一方法的灵活运用？

昨天的“首论”，从轻物模型的教学观察角度指出，我们对“质点”模型的理解或许还有所欠缺。

我们真的理解了“质点”模型吗？——从理想气体模型反馈来看（一）|教研分享系列279

这一期继续讨论。

?三、续论?

有一位同事在交流探讨时提出了一个问题：“空气是否可以视为理想气体？”

号主认为，如此提问，说明提问者对理想气体模型认识不到位，确切地讲，是对物理模型的认识还有所欠缺。

说及此，还得插一句题外话。号主如上评论，并不是说不理解物理模型的同仁朋友一定是不合格的教师；相反，不理解物理模型思维方法的教师，还可能是优秀的教师，因为他（她）很可能有其他人没有的雄厚的知识储备、丰富的教学经验；他（她）很有可能已经培养了一批又一批的优秀人才。总之，作为教学交流探讨，我们着重于教学问题本身，而不是对交流对象的才能评判，更不能涉及品德人格的评判。事实上，教育教学是一个复杂的系统，“摘取一隅而概全貌”，不免引来“反转”的尴尬。

面对这样一个问题，又如何回答呢？是肯定回答呢，还是否定回答，亦或是不予回答。若是前两者，那么说明回答者本身对物理模型的理解有所欠缺；若是后者，或许就是一个不太真诚的交流对象了。

那么，对于物理模型理解深刻的人，面对这个问题会怎样回答呢？

号主想，简洁地回答应该是这样的：空气是否可视为理想气体，由问题的性质和需要决定，在有一些问题中，可视为理想气体；在另一些问题中，则不可视为理想气体。

如上简洁回答，似乎给人于“空洞”之感。事实上，“入道”之人的顿悟之语，对于还未“入道”之人而言，往往就是“高深莫测”的——近乎空洞之感。例如，高校教育教学专家的一些高深理论，初听起来就是“空洞”的，只有他们结合案例进行讲述或直接指导教学实践，经过一个理论与实践相结合的过程，才有可能消除“空洞”之感。

结合具体案例再讲解，或许就消除了前述简洁回答的“空洞感”了。

例如，运用打气筒给轮胎打气，把空气视为理想气体，如果已知轮胎容积和打气筒容积，理论计算出来的轮胎压强与实际压强的吻合度估计还是很高的。也就是说，就打气筒打气问题，把空气视为理想气体是可行的。然而，如果我们要估算整个地球的大气质量，显然不可忽略气体分子所受重力作用，也即不能把空气视为理想气体。

事实上，一个研究对象、物理过程或外界条件是否可以视为某种物理模型，几乎都可以这样回答：这主要取决于问题的性质和需要，就有些问题可以，就另一些问题则不可以。而且，这样回答恰恰是正确的精辟之语，也说明理解了物理模型之精髓。

如果号主上面论述是正确的，那么“就'空气是否可以视为理想气体？'，你怎么看？”或许是一个很好地检测工具，可以检测出对物理模型的认识水平。果真调查检测，号主大胆预测：我们对物理模型的认识水平还较低。

?四、再论?

人教版新旧教材对比而言，新教材就物理模型思维方法的显化水平具有显著性提高，除了多处进行了旁批说明之外，还专门开辟了“科学方法”专栏进行阐述，而且这个专栏安排在选择性必修三“气体实验定律”内容之中。那么，教材就物理模型思维方法阐述得如何？关于理想气体模型之教学内容编写得又如何呢？

下面是新教材截图内容：

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号主基本上认可教材对“理想模型（物理模型）”的阐述，但是对“应该说，理想模型在现实中并不存在”一句不满意。

号主认为，就这句话，用对错去评判是无意义的。一句正确的话，如果不能带来更多的“知识”，阻碍了更多知识的探索，甚至造成了思维障碍，那么这句话不仅仅毫无意义，而且必须给予否定批判。

从认知逻辑而言，这句话就容易陷入思维障碍：理想模型既然实际不存在的，那么研究理想模型就是无意义的，因为它是不切实际的。

我们时不时听到这样的论调：“学习物理是没有用的”、“学习是无用的”、“学了物理能解决实际问题吗？”……

注意到，有一些大学生也有这样的论调，这不是匪夷所思的问题，而是值得教育者深度反思的问题——号主认为：这跟我们的不良教学有很大关系。

“理想模型在现实中并不存在”就是一句容易产生思维障碍的“正确”的话。

为此，号主认为有必要修改这句话，如何修改呢？为了前后衔接，号主如下修改：“可见，基于认知需要或探索需要，我们总是会无意或有意地对研究对象进行简单化、理想化、纯粹化处理而建构为某种理想模型，通过它有利于对实际问题进行本质探讨，并得到几乎符合实际的有价值的结论。”

建构物理模型，不是故弄玄虚，亦不是有意脱离实际，而恰恰是遵循客观实际，使得实际问题有利于得到有效解决。

为什么说，模型建构过程可能是有意识状态，也可能是无意识状态呢？从科学发现的事实来看，绝大多数科学发现都得经历无意注意向有意注意的过程，无意注意启动了有意的科学探究过程，而在有意探究过程中将获得更多的、更深入的、更本质的科学知识（诚然，无意注意是长期有意注意的结果，所谓机遇倾向于有准备的人。但号主认为，前面论述与此没有实质性矛盾）。

例如波义耳等科学家所研究的气体，虽然都可视为理想气体，但是波义耳等科学家眼中的气体并没有“理想”与“非理想”之分。随着实验研究的深入，发现只有“压强不太大、温度不太低”的气体才严格或较严格地遵循实验定律，因此把遵循波义耳定律、盖—吕萨克定律和查理定律等实验规律的气体称之为理想气体。那么理想气体与非理想气体区别在何处？如此经历比较、抽象、综合、分析、直觉等思维过程，才逐渐对理想气体建立了假设（或条件）。具体假设如下：

假设① 分子自身大小可忽略不计；

假设② 分子间作用力可忽略不计；

假设③ 分子受到重力可忽略不计；

假设④ 热平衡状态下，分子与分子之间、分子与器璧之间的碰撞为弹性碰撞；

假设⑤ 分子朝各个方向运动的概率是相等的（速度方向各向同性）。

基于如上假设，不仅仅可以定性解释气体的一些热学现象，还可以定量推导实验定律。

注意到，教材编写完全遵循了物理史学逻辑，陈述实验定律时，使用的是“气体”一词，而后再结合“反例”才提出“理想气体”模型。

值得指出，我们不仅仅对研究对象（系统）进行建模，而且对物理过程、物理状态、外界条件也需进行建模，例如匀变速直线运动、平衡态、真空环境等等。因此，教材就“理想模型”科学方法的阐述具有狭隘化的嫌疑。

?五、结论

在某教研微信群交流时，同仁朋友就“物理问题是以生活实践类，即实际情景为宜，还是以学习探索类，即模型化情景为宜”进行了纠缠性辩论。为此，号主评论到：“我们总是有意或无意识的建构物理模型，我们解决问题的过程几乎可以说是从无模到有模，然后再到无模的过程，摘取解决问题某一段来看，要么是建模过程，要么是解模过程，建模过程着眼于实际情景，解模过程立足于物理模型。”

在这里，号主还得补充：在解决实际问题中，还需要经历解模结论到实际问题的反馈过程，根据反馈情况做出是否需要重新建模。也就是说，解决实际问题需要经历“实际问题—物理建模—物理解模—实际问题—物理建模—…”的否定知否的螺旋前进过程。

也就是说，就“实际情景”和“物理模型”之间，包括教材编写专家在内，总是会呈现出“对立”的思维障碍形态。这两期的讨论正是指出了这一教学现象。

基于这样的实际情况，得出结论：关于“物理模型”的认识还存在顽固的认知误区，还需要经历教学研共同体积极教研、反复交流，才能从整体上提升物理模型思维水平。