例談溫故而知新法在大學物理教學中的應用

牛超英+華雪俠

摘要：本文對類比法和猜想法的課堂教學模式進行了一定的研究，一定深度地挖掘類比法和猜想法中溫故而知新的含義，提出了我們在教改中所實施的方案，結合探究式教學模式，使類比法和猜想法更易于操作。

關鍵詞：溫故而知新；類比法；猜想法；素材；模型

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0221-02

從已經掌握的技術知識和學科知識經驗及生活經歷，經教師的適當引導，學生比較容易得到較為準確的結論判斷，進而完成從經驗到概念、從概念到知識點的結論的過程，即從熟知或已有的知識體系出發，經引導而產生新的概念或知識點的過程。

一、類比法

通過類比相似的知識體系或知識經驗而產生的新的知識結論的方法，即類比法。這類問題往往具有相似性，因此，比較容易得到新的知識結論。比如，電場的有源性，可從“飲水思源”等類比中悟出：從電場線是由電荷產生的基本概念推出，在靜電場中通過任一閉合曲面的電通量不等于零就意味著該曲面內有產生電場線的源即電荷的結論。

1.構建教材中的類比元素設計類比模型。為了在授課過程中取得預期的效果，就得選取合適的素材作為比較，同時還應設計適合的引導方法，方能在授課中應用自如、見到成效。我們稱之為“構建類比元素設計類比模型”?？砂匆韵虏襟E進行：（1）建構教材中的可類比的知識點或知識系統為可類比“元素”或“模型”；（2）設計與可類比“元素”相適應的類比素材；

（3）調研類比素材與學生已掌握的知識結構是否相適應；（4）設計類比素材與可類比“元素”間的引導系統。

2.師生合作完成探究。在上述工作完成之后，探究過程可按以下不同情況分別進行：（1）概念性探究，此類探究比較簡單往往一步到位。例如：在進行了真空中靜電場的有源性探究之后，真空中磁場的無源性的探究就水到渠成了，往往不等你話音落地，學生的答案就已經出來了。（2）“理論”性探究，此類問題比較復雜，得經過邏輯推理、運算等方能得到答案，因此，需要分步引導才能完成。例如：（定軸轉動剛體）轉動定理一節的引導及探究過程是在教師的提問和學生的回答的互動過程中，可按如下過程分步進行（所問問題均可畫圖說明或多媒體演示）：第一步復習直線“運動定理”；第二步以個別簡單、具有連接“線量”和“角量”的公式作為突破口得到相應的“角量”公式；第三步通過類比得到其他“角量”公式、定理等。

二、猜想法

在教師的引導下，學生由已掌握的知識經驗和邏輯判斷提出新的結論，即從舊知識體系中演變出的幾條路徑中，猜想出新的知識點或知識體系的結論的方法，就是猜想法。比如，學生在教師從牛頓第二定律F=■（F為質點所受外力，p為質點的動量）中力與動量間的數學關系中及力與力矩對“平動”和“轉動”作用規律的相似性的引導下，可以猜想出剛體做定軸轉動時的角動量定理為：M=■（M為剛體所受外力矩，為剛體的動量矩）。

（一）設計背景資料完善“數據”模型

猜想的關鍵是最后一步，因此，前期的準備工作就顯得十分重要。所以補充資料完善“數據”模型為順利引導完成前期的探究做足準備。

設計背景資料完善“數據”模型可按以下步驟進行：（1）構建具有啟發式或可類比的素材；（2）加工素材設計背景資料，完善“數據”模型；（3）研究“數據”模型間的邏輯關系；（4）按邏輯順序設計引導系統。

例如：“光的波粒二象性”一節的探究過程可按上述步驟為：（1）選取粒子間的相互作用規律作為具有啟發或可類比的素材；（2）把粒子間的作用擴展為“同種類物質”間的作用（規律）；（3）“數據”模型為“粒子間的作用”、“同種類物質間的作用”、“不同種類物質間的作用”及“選取的物質種類如花粉等”，上述“邏輯”順序為；“選取的物質種類如花粉等”、“同種類物質間的作用”、“不同種類物質間的作用”及“粒子間的作用”；（4）按上述邏輯順序設計“數據”模型的引導、“數據”模型間的引導及必要的模擬“史實思維”引導作為引導系統。

（二）師生合作完成探究

在上述工作完成之后，探究過程可按以下不同情況分別進行：

1.“概念性”探究，此類探究比較簡單。例如：應用牛頓第二定律解題思路的第一步探究過程為：

A教師問：應用牛頓第二定律解題時，首先應考慮什么？學生很可能無人應答！

B教師又問：力的三要素是什么？答曰：（力的）大小、（力的）方向及（力的）作用點；

C教師問：力的作用點作用在那里？答曰：物體上；

D教師問：那么，應用牛頓第二定律解題時，首先應考慮什么？答曰：物體。

2.“理論”性探究比較復雜，得經過邏輯推理、模擬類比等方能得到答案，因此，需要分步引導才能完成。例如：“光的波粒二象性”一節的引導及探究過程是在教師的提問和學生的回答的互動過程中，可按如下過程分步進行（所問問題均可畫圖說明或多媒體演示）：第一步以花粉為例進行“同種類物質間的作用”方式的簡單討論；第二步以波線上某質點為例進行“不同種類物質間的作用”方式的簡單討論；第三步粒子間的相互作用；第四步通過“同種類物質間的作用”的作用方式提出光具有“波粒二象性”的猜想。

（1）以花粉為例進行“同種類物質間的作用”方式的簡單討論

①教師問：在春天，空氣中會有從許多植物上漂浮過來的微小顆粒，它們是什么？答曰：“花粉”；

②教師問：蘋果“花粉”會不會落到梨樹上？答曰：會的；

③教師問：于是蘋果梨就誕生了，對嗎？學生先是哄堂大笑，然后答曰：不會的；

④教師問：你們覺得其會產生結果的規律是什么？答曰：同類植物的“花粉”與其作用才會有結果；

⑤教師問：也就是說，同類物質具有明顯的相互作用規律或特定的相互作用規律，是這樣嗎？答曰：是的；

（2）以波線上某質點為例進行“不同種類物質間的作用”方式的簡單討論

①教師問：波線上的某質點作什么運動？答曰：“振動”；

②教師問：振動的能量由什么來決定？答曰：震源的輸出能量；

③教師問：如果震源的輸出能量減小，該質點所獲得的能量會如何？答曰：減小；

④教師問：此時該質點的振幅如何變化？答曰：減??；

⑤小結：波對粒子的作用使粒子表現的方式為振動，其能量或振幅的大小隨波的輸出能量的大小而變化。

3.粒子間的相互作用方式的簡單討論：

①教師問：粒子間的相互作用方式屬于“不同種類物質間的作用”嗎？答曰：不是，屬于“同種類物質間的作用”；

②教師問：當兩粒子碰撞結束后，如不考慮其他因素，其運動狀態和能量均保持穩定嗎？答曰：是的；

③教師問：如果不考慮其他因素，兩粒子碰撞結束后，作何運動？答曰：勻速直線運動；

④小結：兩粒子碰撞結束后，均作勻速直線運動其能量（機械能）的大小不再變化。

4.“波粒二象性”的猜想的探究：

①教師問：就目前你們所掌握的知識來判斷，光屬于粒子嗎？答曰：不是，光屬于“波”；

②教師問：在光電效應實驗中，強弱不同但頻率（滿足紅線頻率條件）相同的光照射到金屬表面上均能產生狀態完全相同的實物“粒子”（電子）嗎？答曰：是的；

③教師問：在這種情況下，你覺得光和粒子屬于“不同種類物質間的作用”嗎？答曰：不是的；

④教師問：也就是說光具有什么屬性？答曰：粒子屬性。

⑤全段小結：光既有波動性又有“粒子”性即光有“波粒二象性”。

三、總結

溫故而知新是學生在學習知識、鞏固知識及提高學習效率中必不可少的方法之一。其授課有很多種方式：類比法、猜想法、還原法、追蹤溯源法、積木法及邏輯思維法等，其中類比法和猜想法是比較常見的兩種方法，我們在這里的討論只是拋磚引玉，希望大家能把這祖宗留下來的傳承精髓發揚光大，挖掘出更多、更好的方式來為提高我們的教育質量服務。

參考文獻：

[1]梁燦彬，秦光戎，梁竹健.電磁學[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2]劉克哲，張承琚.物理學[M]北京：高等教育出版社，2005.

[3]張三慧.大學基礎物理學[M].北京：清華大學出版社，2009.

Application Examples to Explain the Method to Review Old Knowledge Discovery of New Knowledge in the Teaching of University Physics

NIU Chao-Ying，Hua Xue-xia

（School of physics and Electronic Engineering，Xianyang Teacher's College，Xianyang，Shaanxi 712000，China）

Abstract：In this paper，through the study of analogy and guess the idea of classroom teaching mode，certain depth mining analogy method and guess method to review old knowledge to explore the meaning of new knowledge proposed we in the reform of the implementation of the scheme，with inquiry teaching mode，make the analogy method and guess method more easy to operate.

Key words：Review Old KnowledgeTo Explore New Knowledge；analogy method；guess method；material；model