高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生類比思維案例分析

楊莉

“高中物理難”已經(jīng)成為社會(huì)普遍認(rèn)同的特點(diǎn)，如何才能學(xué)好這門社會(huì)公認(rèn)難學(xué)的科目，是令高中生們頭痛的問(wèn)題，也是讓高中物理教師們寢食難安的重大“教學(xué)問(wèn)題”。高中生不僅要在教師的幫助下高效地學(xué)習(xí)物理，更應(yīng)該“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”，“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”已成為新時(shí)代教育的主題。

如何才能讓學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”，并在學(xué)習(xí)中適當(dāng)?shù)厥褂每茖W(xué)的思維方法，在此筆者主要談一談高中物理教師在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生類比思維的案例分析。

一、在日常教學(xué)中適當(dāng)使用類比思維，有利于高中學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的形成和理解

中學(xué)生由于思維能力和知識(shí)水平的限制，在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，對(duì)某些概念或規(guī)律常常感到抽象、難于理解。將類比法應(yīng)用到物理教學(xué)中，就是將陌生的物理現(xiàn)象與學(xué)生熟悉的、相似的物理現(xiàn)象進(jìn)行比較，從而揭示出物理過(guò)程或物理現(xiàn)象的本質(zhì)。許多物理概念都是在大量現(xiàn)象和事實(shí)的基礎(chǔ)上通過(guò)科學(xué)的抽象建立起來(lái)的，在這一抽象過(guò)程中，如果適時(shí)地運(yùn)用類比思維，將有利于對(duì)概念和規(guī)律的認(rèn)知形成和理解。

案例1 類比思維應(yīng)用于概念或規(guī)律的理解（一）

熱力學(xué)第一定律

1.總結(jié)法：得到為正值，失去為負(fù)值。

2.類比法：用高中生比較關(guān)心的“分?jǐn)?shù)”來(lái)類比。

內(nèi)能：

“分?jǐn)?shù)”增加了為正值;

“分?jǐn)?shù)”減少了為負(fù)值。

熱量：

吸“分?jǐn)?shù)”為“+”;

放“分?jǐn)?shù)”為“-”。

做功：

老師送“分?jǐn)?shù)”給你，你得到“分?jǐn)?shù)”了為“+”;

你把“分?jǐn)?shù)”還回了老師，你失去“分?jǐn)?shù)”了

為“-”。

案例2 類比思維應(yīng)用于概念或規(guī)律的理解（二）

在《變壓器》這節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，知識(shí)點(diǎn)“電壓由輸入端決定，電流由輸出端決定”不好理解。

采用水壓由輸入端決定，水流由用戶（即輸出端）決定，如此類比，再聯(lián)系日常生活經(jīng)驗(yàn)，我們會(huì)感覺到比較形象，而且也比較好理解。

案例3 類比思維應(yīng)用于概念或規(guī)律的理解（三）

知識(shí)點(diǎn)“高度差”：高度差與參考平面的選取有關(guān)嗎？

教材常規(guī)使用手法：

不管取地面作為參考面，還是取B或A作為參考面，A、B兩點(diǎn)的高度差都一樣，所以高度差與參考平面的選取無(wú)關(guān)。

類比法：用身高類比高度差。

身高就是我的頭頂?shù)轿夷_底的高度差。

“我身高1.80 m”。

“我站在教室里，我是1.80 m”。

“我站在珠穆朗瑪峰，身高會(huì)變成3 m嗎？”

在學(xué)習(xí)中，要特別重視在學(xué)習(xí)新概念時(shí)聯(lián)系舊知識(shí)，在新舊知識(shí)類比中加深理解，拓寬思路。 類比是人類學(xué)習(xí)過(guò)程中常用的方法，根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)原理，在學(xué)習(xí)一個(gè)新的知識(shí)，尤其是比較抽象的知識(shí)時(shí)，最好能找到一種聯(lián)系，使新舊知識(shí)之間互相溝通，類比方法就是建立新舊知識(shí)之間聯(lián)系的一座橋梁，能促進(jìn)由舊知識(shí)向新知識(shí)的遷移。 著名數(shù)學(xué)家G.波利亞極力推崇類比方法。他指出：“我們所有的思維，包括日常的言論和結(jié)論，還有藝術(shù)的表達(dá)方式和科學(xué)上極高的成就，都滲透著類比。”“類比是提出新問(wèn)題和獲得新發(fā)現(xiàn)取之不竭的源泉。”[1]

二、對(duì)于不經(jīng)常使用、難于理解的公式或圖像，使用類比法加深印象

教材中有不少需要記憶的公式、概念、圖像，但是有些公式、概念、圖像不常使用，屬于“偏”的范疇，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)這種類型的知識(shí)點(diǎn)記憶模糊、容易混淆，但是高考中又會(huì)有所涉及，為了加深這種類型的知識(shí)點(diǎn)的印象，又不用占用學(xué)生們大量的時(shí)間，教師在教學(xué)中可以嘗試使用“類比法”這一巧妙的手法。

案例4 類比思維應(yīng)用于公式、圖像的理解

每當(dāng)學(xué)習(xí)一個(gè)用比值法定義的物理量時(shí)，均可以輔助圖線，并用此類比、總結(jié)。

總結(jié)：用比值法定義的物理量其圖像規(guī)律是越靠近代表分子的物理量的數(shù)軸（縱軸）時(shí)其值越大。

案例5 記憶公式類比

如λ=vT

λ=v/f

或f=v/λ

現(xiàn)行教材中幾個(gè)公式都有使用，而且沒有規(guī)律，大部分學(xué)生不清楚如何記憶，又容易混淆。

這時(shí)教師適當(dāng)聯(lián)想曾經(jīng)學(xué)過(guò)的公式s=vt，用距離類比波長(zhǎng)，時(shí)間類比周期，有一定的親切感，且知識(shí)有一定的相似聯(lián)系，學(xué)習(xí)起來(lái)比較輕松，記憶也比較準(zhǔn)確。

學(xué)生們?cè)谝延兄R(shí)框架下，可以有效激活原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)點(diǎn)，順利搭建新舊知識(shí)的思維聯(lián)系，降低感知的難度，促進(jìn)知識(shí)的有效遷移，同時(shí)激發(fā)想象的欲望，喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，建立普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)，同時(shí)還會(huì)提出更多新問(wèn)題，多思考，掌握一定的思維方法。

三、解陌生的題目，使用類比方法

在平時(shí)的練習(xí)甚至高考過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰上很陌生的題目或是很有創(chuàng)新性的題目。如果揪著里面給的陌生知識(shí)點(diǎn)或者公式不放，估計(jì)會(huì)陷進(jìn)泥潭里，無(wú)法自拔。此時(shí)如果有一定的類比思維，跳出題目的陷阱，難題迎刃而解。

案例6 類比思維應(yīng)用于陌生試題的解答

宇航員在某星球表面將一個(gè)小球以一定的初速度水平拋出，測(cè)得其速度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系為v2=a+bt2，不計(jì)星球表面大氣的阻力，則下列說(shuō)法正確的是（? ）

A.小球的初速度為a2

B.星球表面的重力加速度大小為2b

C.在空中運(yùn)動(dòng)t時(shí)間后，小球的位移為ta+14bt2

D.若經(jīng)過(guò)t0時(shí)間落到星球表面，則拋出點(diǎn)的高度為12bt20

思路分析：這個(gè)題目乍一看會(huì)讓學(xué)生感覺非常陌生，無(wú)從下手。小球速度大小隨時(shí)間的變化關(guān)系v2=a+bt2可以說(shuō)幾乎沒見過(guò)，陌生的公式要與以往所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)、公式進(jìn)行類比，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)模型的遷移。此時(shí)，應(yīng)從尋找題干中我們熟悉的知識(shí)點(diǎn)——“平拋運(yùn)動(dòng)”入手，腦袋里應(yīng)馬上回憶聯(lián)想起平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律：

四、學(xué)習(xí)抽象物理概念時(shí)類比思維起事半功倍的效果

高中物理中不少概念規(guī)律，我們看不見、摸不著，難以理解。這時(shí)，教師在課堂中能否進(jìn)行適當(dāng)?shù)念惐龋芊癜殉橄蟮母拍钚蜗蠡镁唧w生動(dòng)的生活事例來(lái)解釋此類型的規(guī)律，會(huì)起到事半功倍的效果。

案例7 類比思維應(yīng)用于抽象概念的理解

教材用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。

教材中的比喻沒有達(dá)到共鳴的效果，如果我們引入讓我們深惡痛絕地收拾房間來(lái)類比“熵”，印象可能會(huì)無(wú)比深刻。

為什么我們的房間不能在幾年內(nèi)都保持整潔呢？那是因?yàn)椋灰患|西變了——只需要一件——它就不再整潔了。在這個(gè)例子中，房間里的物件只有遵循某些特定的排列才會(huì)導(dǎo)致度量結(jié)果為“整潔”，但是還有數(shù)百萬(wàn)種其他的排列能導(dǎo)致度量結(jié)果為“混亂”。比如龍卷風(fēng)襲擊了你剛打掃過(guò)的房間，它保持整潔的可能性有多大？在龍卷風(fēng)過(guò)后，你發(fā)現(xiàn)房間混亂不堪的概率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大得多，這僅僅是因?yàn)椋屢粋€(gè)房間變得混亂的方法實(shí)在太多了。系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)從無(wú)序走向有序， 對(duì)于那個(gè)曾經(jīng)整潔的房間說(shuō)來(lái)，情況就是，讓房間變得整潔的方式很少，而讓房間變得混亂的方式卻數(shù)不勝數(shù)。類比的使用使學(xué)生們對(duì)自然規(guī)律中的“方向性”印象深刻。

參考文獻(xiàn)

[1]郭偉.類比法——開通學(xué)生物理情感世界的鑰匙[J].物理教師，2016（37）：20-22.

[2]老士翠.物理學(xué)中的類比方法及其應(yīng)用[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（6）：163-164.

[3]趙小青.從惠更斯的遺憾說(shuō)開去——類比法淺議[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2002，14（1）：56.