蘇科版初中物理教材中圖像類比的分析

(蘇州大學物理與光電能源學部,江蘇 蘇州 215006)

1 引言

圖像類比是類比的一種,它是把學生比較熟悉的日常場景和事物(比體)以圖像的形式呈現，來實現類比作用,其圖像與目標概念(本體)在表面、結構、關系或功能上存在相似關系,對學生的學習和思考具有較大幫助。

2 圖像類比的優點

(1) 圖像表達直觀

初中生的抽象思維水平較低,對概念的理解在很大程度上要借助于直觀事物的支撐。而初中物理教材中的圖像類比以插圖的形式出現,直觀地展現出物理規律,這樣的安排符合初中生的認知規律,有助于學生對物理現象的理解。

(2) 基于生活經驗

物理與生活息息相關,由于學生剛剛接觸到物理這門新課程,因此初中物理教材內容難度設置較低,多以貼近學生日常生活的現象和經驗為背景。蘇科版初中物理教材中的圖像類比往往選用的是與日常生活和經驗聯系密切的圖像,本體與比體之間有直接或間接的聯系,給學生學習新概念和規律提供了一個切入點。

(3) 利于類比遷移

學習的遷移是指已獲得的知識對后續學習的知識能夠產生影響。圖像類比相較于一般的類比,其形象生動的圖像更有利于降低學生認知結構建立的難度,可促進學生學習的正遷移。

(4)加快信息處理

人的右腦主要是對圖像進行記憶和加工,左腦主要是處理文字等非形象化的信息,人腦處理圖像信息更快;圖像類比相對于枯燥的文字,它將復雜的物理現象和過程描述得形象生動,更有助于學生接收信息,加快學生的信息加工速度。

3 圖像類比的功能

(1) 認知功能

圖像一般用于教科書中那些難以理解的概念或原理的學習中。運用圖像類比,把目標概念融入學生經常接觸的情境或事物中去,或者是將新知識和以往學生認知結構中的舊知識進行關聯,拉近了新知識與已有認知結構的距離,減弱了知識的陌生感。富有情趣的圖像,具有真實、直觀、形象的特點,比文字更具有說服力,使知識的呈現簡潔通俗,很大程度上降低了認知的難度。如“磁體與磁場”一節中,磁感線的概念較為抽象,教材通過展示蹄形磁體周圍鐵屑的分布示意圖,利用模型圖像類比來描述磁感線,形象生動地描述了這一假想曲線,促進了學生對磁感線概念的理解。

(2) 記憶功能

圖像對學習和記憶具有有效的促進作用,大多數學生背誦大段文字比較困難,由于圖像更有助于學生對知識的加工和理解,故圖像記憶優于枯燥的文字記憶。如“照相機與眼球 視力的矯正”一節中,教材展示了照相機與眼球的成像原理圖,本體為眼球,比體為照相機。前面兩節已經學習了透鏡的作用和凸透鏡的成像規律,知道了照相機的成像原理,即成倒立縮小的實像。這里用照相機的成像原理來類比眼球成像原理,便于學生對眼球成像規律的理解和記憶。

(3) 解釋功能

圖像類比不似冗長枯燥的文字,它更能簡潔直觀地描述物理現象和規律,方便學生的理解。如“電壓和電壓表的使用”一節中,教材展示了“水輪機在水流作用下轉動”圖和“閉合回路”電路圖。前者為比體,后者為本體,水輪機貼近生活,其工作原理學生容易理解,此處用圖像類比形象地解釋了小燈泡的發光條件。

4 教材中圖像類比的使用情況及分析

4.1 教材中圖像類比使用情況

根據物理學和初中生的認知特點,蘇科版初中物理教材中多處使用圖像類比，使復雜、抽象的物理概念易于理解,這種圖像類比筆者稱之為概念圖像類比。用概念圖像類比來解釋物理概念,直觀形象且其概念特征一目了然，教材中共出現5處概念圖像類比(如表1)。

表1

圖像類比可應用于物理基本原理的教學中,將學生不熟悉的、難以理解的物理規律用學生熟悉的或有生活經驗的事例來類比教學,降低學生學習的難度,同時加深對物理原理的理解和記憶,這種圖像類比筆者稱之為原理圖像類比，教材中共出現2處原理圖像類比(如表2)。

表2

圖像類比可應用于物理微觀結構的教學中,初中物理已經涉及原子、原子核和分子排列等,初中生的思維對文字描述的微觀結構難以理解,而圖像類比模型圖描述的微觀結構簡單、直觀、一目了然,這種圖像類比筆者稱之為模型圖像類比，教材中共出現1處模型圖像類比(如表3)。

表3

圖像類比可應用于場景描述的教學中,將比較抽象的場景用圖像類比展示出來,這種圖像類比筆者稱之為場景圖像類比，教材中共出現1處(如表4)。

表4

4.2 教材中圖像類比使用情況分析

(1) 圖像類比使用頻率較低

通過統計蘇科版初中物理4冊教材,發現圖像類比共出現9處,總的來說使用頻率較低。從上面4張表可看出,概念圖像類比使用最多,場景圖像類比和模型圖像類比使用最少,圖像類比教學的價值沒有被充分重視,教材需適當提高其使用率。

(2) 圖像類比的文字解釋較充分

類比圖像的解釋性語句是教科書中用來解釋圖像類比的文字說明，筆者設置以下幾個評價維度，分析結果如表5。

① 說明的充分性

充分:文字提及本體與比體的關系。一般:文字只提及本體或比體的特征。

② 描述顯著性

顯著:文字中明確指出本體與比體。不顯著:文字中沒有明確指出本體與本體,或只指出一個。

③ 內容一致性

高:文字和圖像內容一致。中:文字和圖像內容不太一致。低:文字和圖像內容不一致。

表5

由表5可知,以圖像的形式展現圖像類比并在圖像旁邊附上解釋說明的文字,這樣不僅能引起學生的注意,而且能幫助學生快速理解目標概念。

5 教學啟示

(1) 類比物要求來源生活化、范圍適度化、類比顯著化

圖像類比一般選取日常

生活中常見的事物或現象為類比物,它以學生的生活經驗為基礎,在使用過程中要考慮學生能否順利同化類比知識。雖然圖像類比確實有很多優勢,但并不是所有的物理概念和規律都需要運用圖像類比,圖像類比適用于那些比較復雜抽象的概念和規律以及微觀結構教學中。它的一個重要作用就是用學生熟悉的事物和現象來類比抽象概念和規律,以方便學生理解抽象概念和規律,所以在使用時要注意巧妙利用圖像和文字來達到類比顯著化的目的。

(2) 巧拆圖像類比的腳手架,注意本體與比體的區別與聯系

類比僅是思維的腳手架,學生形成概念后,須引導學生拆除腳手架。圖像類比中本體與比體的特征并不是完全相同的,學生往往會把比體中的其他特點遷移到本體中,教師在教授過程中要指出比體與本體的不同點,提醒學生辨析。如我們用水流來類比電流時,學生往往形成電流消耗模型,這時教師要解釋清楚電流與水流的差異,適當拆除腳手架。

(3) 避免不當圖像類比

在物理教學中,有教師常常用生活中的事物或現象來類比抽象知識,有時會產生很好的效果,有效地促進教學。但有時會使用不當的圖像類比,影響學生對新知識的理解,造成對新知識的負遷移。故教師應該避免使用不當的圖像類比,同時還要提醒學生進行適當的辨析,以免產生不恰當的推理。