物理概念教學中“故事+類比”的應用

張田田 孫茂珠

摘 要：借助故事類比的教學方式提高課堂趣味，有助于培養學生的學習興趣，發展學生的認知能力，觀察能力、知識遷移能力等。通過對具體案例的探討分析，故事類比法在教學設計使用時應該注意要貼近學生的日常生活，避免出現與學生的日常環境出入較大的故事。同時故事的選取要有針對性，能引導學生基于故事，類比得出相關概念。

關鍵詞：類比法 功率 教學設計

引言

2017版《普通高中物理課程標準》（以下統稱“新課標”）指出：教學要遵循教育教學規律和學生的身心發展規律，貼近學生的思想、學習、生活實際，充分反映學生的成長需要，促進每個學生主動地、生動活潑地發展。

類比法是物理上常見的一種方法，其基本思想為：異中求同，同中察異。利用不同研究對象之間的相同點，由已知事物得出未知事物。在教學過程中合理地采用類比進行教學，有助于培養學生采用科學思維解決問題的能力。

功率是學生在高一階段必須掌握的內容之一，但該內容需區分概念較多，學生在辨析相近概念時產生認知上的困難，理解概念出現偏差。加之功率這個概念雖來源于實際的生產生活，但在教學過程中部分物理教師仍忽略該部分知識與生活實際的聯系。這不符合學生身心發展規律，不利于學生學科素養的全面提升。

本文以《功率》為例，探討教師應如何對與生活緊密聯系的知識采用類比，引導學生掌握相關知識，提升學科核心素養。

一、教學分析

1.新舊教材分析及課標要求

2010人教版教材中“功率”單獨成節，緊跟“功”這部分內容，設置在必修2第七章機械能守恒定律板塊的第3節。2017人教版教材中，“功率”這部分內容并未單獨成節，而是和“功”合并，“功”在前“功率”在后，設置在必修2第八章機械能守恒定律板塊的第1節。兩版課標均要求學生了解生產生活中常見機械功率的大小及其實際意義的基礎。

2.教學任務分析

基于上述分析，筆者進行如下教學任務分析

二、基于類比法的教學過程

1.聯系生活實際 提出問題

教師：通過學習我們知道判斷一個物體是否做功需從兩個方面入手。現有一個例子，請同學們判斷是否做功。

情景創設：A同學需將兩箱牛奶從一樓拿回五樓。第一次耗時3分鐘將一箱牛奶從一樓搬至五樓。第二次耗時2分鐘從一樓拿回牛奶。為增強學生的代入感，可將A同學隨意替換成教師授課班級某位學生的姓名。

問題1：A同學兩次拿牛奶的過程是否做功？

問題2：假設A同學在兩次取牛奶的過程中對物體施加的力相同，那么兩次取牛奶時做功是否相同？

問題3：兩次取牛奶過程中，那個物理量相同？那個物理量又是不相同的？

學生獨立思考1分鐘并做出判斷。

教師基于學生回答給出準確解析。

解析1：A同學對物體施加了力，且在力的方向上發生了位移。因此，在這兩次取牛奶的過程中做了功。

解析2：根據假設我們得知：兩次取牛奶的過程中A同學對物體施加的力F相同，兩次取牛奶的過程中位移X相同。根據功的定義式，兩次做功相同，均為W=FX。

教師：A同學做相同的功，但花費的時間不同。可見做功有快慢之分。這就需一個新的物理量來表征物體做功的快慢。

設計意圖：功率這節課貼近生活實際，采用生活中常見的例子進行新課的引入，引導學生通過分析生活實例，建立初步的表象認知，并為學生更深層次的認知打下基礎。再者，生活實例引入新知，明確做功快慢的具有實際意義，使教學“從生活走向物理，從物理走向生活”。此外，從生活實例出發，可以更好地引導學生去觀察周圍的環境，也更容易培養學生根據生活現象提出問題并解決的能力。

2.巧用類比 理解概念

故事一：A同學下樓取牛奶，第一次用時3分鐘;第二次用時2分鐘，問A同學取牛奶時兩次的做功快慢？故事二：A同學下樓取牛奶，第一次回到了五樓家里，用時3分鐘;第二次走錯樓層到了六樓，但也用時3分鐘，問A同學取牛奶時兩次的做功快慢？故事三：A同學取牛奶，第一次回到了五樓家里，用時3分鐘;第二次較第一次多取回一箱牛奶，用時5分鐘，問A同學取牛奶時兩次的做功快慢？

學生分小組討論1分鐘并回答教師提出的問題。

教師基于學生討論結果給出詳細解析。

教師解析：若做功相同，所用時間較長者，做功較慢。若時間相同，做功較多者，做功較快。若時間不同，做功不同，則無法直接進行比較。但經過分析發現，可類比路程、時間均不同時判斷速率的方式比較做功和時間均不同時的功率。

設計意圖：《教育心理學》中指出，“遷移是一種學習對另一種學習的影響，已經獲得的知識、技能、甚至方法和態度會對新知識、新技能產生影響”。教師先通過講故事的方式提高學生的學習興趣，再引導學生通過類比遷移的方式將所學經驗運用到與原來相似的學習情景中，實現知識的遷移。幫助學生理解而言相抽象的概念，加速學生的認知，同時也為以后相似知識的學習打下基礎。

3.創設情景 辨析概念

教師：時間的神奇之處在于它的時間點和時間段，我們將對應時間段的速率稱為平均速率，又將對應時間點的速率稱為瞬時速率，那對應時間點和時間段的功率是否也有瞬時功率和平均功率之分？

學生已掌握的平均速率、瞬時速率，通過小組討論分析類比得出平均功率，瞬時功率。

如圖3所示。

故事情景創設：周五上完最后一節課后，同學們開心地背著書包，坐上回家的大巴車（車子正常工作是因為牽引力的作用）。A、B兩位同學坐同一輛車準備回家。車子從學校緩慢行駛一刻鐘到A同學回家的路口，車停了下來，A同學下了車（假設A同學下車所用時間非常短暫，可看作時刻）。司機重新發動車輛，加速行駛一刻鐘至 B同學回家的路口。

問題1：根據已有知識判斷故事中的平均功率和瞬時功率，并說明為什么？

學生獨立思考并集中討論。

教師基于學生的回答給出評判。

設計意圖：《大教學論》指出，“知識的開端永遠必須來自感官，所以智慧的開端當然不僅僅在于學習事物的名目，而在于真正知覺事物的本身！要到事物被感官器官體會到了的時候，文字才能實現它的功用，給他進一步解釋”[2]。教師通過類比遷移，幫學生建立起相關知識結構，給予學生一定的理性認識，再通過生活常見實例，幫學生建立良好的感性認識，以加深學生的理性認知。實現認識的良好循環。其二，筆者在教育實習期間，授課班級的學生大多數為住校生，他們在周五放假后會乘坐停在校門口的大巴回家，教學中創設的情景貼近學生的日常生活，有助于學生投入教師創設的情景，更有助于學生理解教師創設情景中提到的一些教學點。

4.搭建類比橋梁 突破“額定 ”

活動1：觀察圖片

教師：向學生展示 “220V 60W”和“220V 15W” 的兩張白熾燈銘牌，學生先觀察兩張白熾燈銘牌并說出銘牌上數字的含義。

活動2：類比遷移

教師：向學生展示“60KW ”和“75KW”和兩張電動車的銘牌，請學生通過比較白熾燈銘牌說出電動車銘牌上數字的含義。

學生根據已經掌握的額定電壓和額定電功率的概念，通過小組討論PPT內容，如表1所示，給出額定功率的概念。

教師：對已有公式 進行變形，得出新的公式P=F。并結合學生日常生活，加深對新公式的理解和掌握。

故事情景來自春耕時拖拉機犁地片段：故事一：在松軟土地上犁地的拖拉機若要保持同樣的速度犁土質較硬的土地，則需要掛擋增大輸出功率。故事二：在不換擋增大輸出功率的情況下，若犁地深度變深，犁地的速度會變慢。

學生根據所學內容對兩個故事進行分析，加深對公式的理解。

設計意圖：學生在學習必修2“功率”之前，已通過初中階段學習，建立起“額定”的知識結構。教學從學生已有的認知出發，通過知識的類比遷移，更易促使學生掌握新的概念。再者，物理是一門應用類的學科，引導學生關心、了解生活常見事物的理論依據，將物理知識應用到生活實際，使學生有學以致用的意識，以便培養學生的科學態度和責任。

結語

在教學中恰當使用淺顯易懂、風趣幽默、貼合學生生活實際的故事，不僅營造了良好的課堂氛圍，增加了物理課堂的趣味性，同時也激起學生學習物理的積極性。類比法在概念教學中合理地應用不僅可以降低學生學習的困難，而且可以培養學生利用科學思維解決問題的能力。故事和類比在課堂教學中的相互交融，則可引導學生將所學知識運用到生活實際中，真正做到“教學不僅要使學生學會知識，而且要使學生會學知識”。