基于學情背景下的科學類比教學應用初探

陳振峰

【摘要】從科學角度看，不同的研究對象之間或多或少存在著相同或相似的屬性，因此它們遵循著相同或相似的科學規律，對它們的研究所采用的科學方法也受其屬性影響而相似，它們之間息息相關。在初中科學教學過程中，若能抓住研究對象的特征，恰當地運用類比法，激發學生舊有知識，進行簡單的科學探究，既可以遷移出新知識，又可以提高科學教學的直觀性和形象性，降低重難點知識的學習難度。在具體操作上，可以將類比法應用在概念教學、思維教學和應用解題上。

【關鍵詞】初中科學? ?學情背景? 類比教學

【中圖分類號】G632 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2022）02-0181-03

在科學教學中，類比法的應用有著重要的作用，合理地運用類比法進行教學將有利于培養學生的創造性，降低教學目標的難度，提升學生對知識的理解和記憶水平。從學生角度看，在學習新的知識和能力時，需要經歷一個理解的過程。在這個過程中，學生存在著兩種狀態：一是調動已有的知識，盡可能地運用與目標知識相似的知識儲備去理解;二是將學習的內容依靠記憶強行掌握，待到后續知識積累到一定程度時再去慢慢消化前期的知識。在此過程中，由于學生的思維發展水平和知識經驗相對較低，學生自主應用類比法去理解相關概念和能力時往往存在一定的困難，所以這時教師在類比思維方面給學生一點啟發和幫助是十分必要的。從教師角度看，在教授新課時，相較于先機械記憶再理解的填鴨式教學，應用類比法引入學生熟悉的事物作為類比對象來講解教學內容，可以降低學生的認知難度。與此同時，由于教師對教學內容有較為深入的了解，講授時會盡可能選擇與目標知識匹配度較高的類比實例，因此教師的類比實例對學生的學習有著較強的指導性，學生在學習著科學知識，更是學習著一種思考和處理問題的方法。

一、類比法在科學概念教學中的應用

掌握科學基本概念是學好科學的基礎。學習基本概念首先應抓住概念的重點字句的含義，強調應用條件和范圍。對于易混淆的概念，通過實例加以區分，再從本質上加以區別，并了解它們之間內在的聯系。通過科學概念的類比，可使科學概念的學習變得輕松，學生理解得更透徹。

案例一：溫度、內能、熱量三者的概念的理解和區分

在浙教版九年級上冊第三章第五節《物體的內能》的教學過程中，通過當堂檢測發現，學生對溫度、內能和熱量這三個概念的理解存在一定的問題，典型的錯誤理解有以下幾種：（1）熱量、內能的單位都是焦耳，所以二者的物理意義也是相同的;（2）溫度高的物體，具有的內能就大;（3）在熱傳遞過程中，進行的是溫度的交換。

通過深入的思考，我采用更加直觀的實物類比，幫助學生更好地理解這三個概念，具體方法為：將溫度類比于容器中的水位，內能類比于容器中的水量，熱量類比于容器間的水交換量，進行如下模擬實驗：采用三種不同類型的容器，甲容器為細高型，乙容器為粗高型，丙容器為甲、乙容器制成的連通器，甲、乙兩容器中都裝有一定量的水。對單個容器來說，水位越高，對應的水量就越多，即類比于同一物體溫度越高，內能就越多。但對甲乙兩個不同的容器而言，卻并非水位越高，所裝的水量就越多，還要取決于容器的具體形狀。通過以上的類比分析，學生的第二種典型錯誤就能得到有效解決。

熱量作為一個過程量，它的實質是熱傳遞過程中內能轉移的數量。當物體間進行熱傳遞時，并不是把內能多的熱量傳遞給內能少的，而是溫度高的把熱量傳給溫度低的，直到兩個物體的溫度相同。在這個概念的理解中，難點是讓學生理解引發熱傳遞需要溫度差，但是在熱傳遞中交換的是熱量，結果又是兩物體最終溫度相同。針對理解上的難度，用甲、乙容器制成的流通器進行類比可以有助于理解。在連通器中的止水夾沒有打開時，兩個容器內的水不存在交換，所以只能說右側容器中的水量比左側容器水量多，即右邊物體內能大于左邊物體內能。當止水夾打開時，從實驗現象中可以發現，水位較高的左側容器中的水流向了水位較低的右側容器中，直到兩個容器水位處于同一高度。借助實驗現象進行分析可以得出，水的流向并不是根據容器中的水量多少，而是取決于容器中的水位高低，且在此傳遞過程中，進行傳遞的不是水位高度，而是水流量。水流量的變化最終導致了水位的變化，所以水位的變化只是最后的結果。通過這樣的類比，能夠非常直觀且有效地幫助學生梳理內能、溫度、熱量的概念本質和相互關系，以上三個典型的錯誤理解能夠通過此次類比得到有效解決。

案例二：分子之間同時存在著引力和斥力

在浙教版七年級上冊第四章第一節《物質的構成》中，教材對分子之間存在的引力和斥力進行了一定的介紹，但由于七年級學生的認知水平和邏輯思維能力較低，通過課堂的提問發現學生對此知識點在理解上有一定的難度。如何幫助學生更加高效地理解這個現象，我采用了以下模型進行類比：用兩個小球類比兩個分子，用壓縮狀態彈簧產生的彈力類比分子間斥力，用拉伸狀態的皮筋產生的拉力類比分子間引力。當沒有外力作用時，彈簧產生的彈力和皮筋產生的拉力相等，兩小球保持平衡狀態。通過這個模型，向學生講解因為皮筋的存在，所以分子與分子緊緊聚集在一起，構成了各種固體和液體;因為彈簧的存在，固體和液體的體積很難壓縮。

二、類比法在科學思維教學上的應用

科學思維是研究和處理科學問題的思路和方法，一般來說，一個科學思維可以處理一類具有相同或相似的科學問題。在實際研究過程中，若能抓住問題的本質屬性，通過類比，在不同問題上使用同一科學思維，可以達到事半功倍的效果，加深對科學知識的理解。

案例三：電阻、歐姆定律、焦耳定律的實驗研究方法類比

在八、九年級的電學部分教學中，“導體的電阻與材料、長度和橫截面積的關系”“電流與電阻、電壓的關系”“電流產生的熱量與電流、電壓、通電時間的關系”這三個實驗的研究方向都有共同點，即研究一個物理量與另外多個物理量的關系，因此在教學上可以用類比法引導學生推出它們在研究方法上也應該有相似之處，學會用科學思維處理同一類問題。DB4D7D74-B74B-4B0D-8A0F-A3C8037FCAFF

根據教材的安排，先進行“導體的電阻與材料、長度和橫截面積的關系”的探究實驗。在探究過程中，先讓學生思考如何設計實驗來研究此問題，在學生充分討論的基礎上，分析得出完整的實驗過程和實驗思路，即要研究導體的電阻與上述三者的關系，可以把實驗分成三步：（1）控制導體的材料和橫截面積，研究電阻與長度的關系;（2）控制導體的材料和長度，研究電阻和橫截面積的關系;（3）控制導體的長度和橫截面積，研究電阻與材料的關系。當學生掌握了這種實驗思想后，再研究歐姆定律和焦耳定律時，學生就能很容易地聯想到用上述方法來研究同類問題。

案例四：對認識測量工具和選擇測量方法的類比

要正確地使用測量工具，首先必須正確地認識測量工具。在初一介紹刻度尺的使用時，已經引導學生首先需要認識刻度尺的零刻度、最小分度值和測量范圍。當認識其他測量工具如彈簧秤時，可以及時啟發學生進行類比思考：“彈簧秤和刻度尺都是測量工具，對它們的前期認識是否有相同或相似的地方？”學生運用類比大膽推理，很快就能找到認識內容的相同之處，即零刻度、最小分度值和測量范圍。隨著教學過程的推進，運用類比的思想，學生能很快掌握基本測量工具認識的相關內容。

介紹長度的特殊測量方式時，學生已經知道用刻度尺直接測量出一張紙的厚度比較困難，但取一百張紙疊放在一起，用刻度尺測出這一百張紙的厚度，再除以張數得出一張紙的厚度。那么在教學生測量一枚大頭針的質量時，教師可以啟發學生思考：“一張紙的厚度和一枚大頭針的質量有何相似之處？”當學生找出它們的共同點“數值小”時，教師再引導學生復習測量一張紙厚度的方法，啟發學生用類比法設計出測一枚大頭針質量的方法。同時可進一步引導學生運用類比法思考后，得出結論：采用累積法取平均值，可測出較小物理量。

三、類比法在應用題解題上的應用

在平時的習題講解中，我們在注重對學生進行知識傳授的同時，更應該對學生加強學法的指導和能力的培養，若能將類比的思想有效地傳遞給學生，在解題時根據已知進行有效遷移，將有助于學生獨立自主解決新問題。

案例五：密度部分習題與運動部分習題類比

原題：一個瓶子能盛1kg的水，用這個瓶子能盛多少酒精？

分析：已知水的質量、水的密度、酒精的密度。

求：酒精的質量。

普通解法：

通過密度公式變形，將水的質量和水的密度代入變形公式來計算出水的體積，也就是瓶子的體積和酒精的體積。然后通過酒精的密度，計算出酒精的質量。

類比題：A地距B地1000km，從A地開往B地的火車需行駛10個小時。處在AB之間的C地距A地600km，假設火車在AB間和AC間的行駛速度相同，那么火車從A地出發開往C地需要多長時間？

簡便解法：因為火車在AB間和AC間的行駛速度相同，所以它們的路程時間比相同，因此從A地出發開往C地的時間為（600km÷1000km）×10h=6h。

通過以上題干的類比，可以發現兩道題考查的解題技能是相同的，即等量關系的建立，解法的思路是相同的，即找等量代入公式列公式解題。若將類比題的簡便解法類比于密度的解題中，將提高學生的解題能力和思維水平。

在教學過程中應用類比法，不僅可把抽象的科學概念納入到已知的具體認知系統中，化抽象為直觀，同時又可激發學生進行聯想，具有啟發思路、舉一反三、觸類旁通的作用，在科學方法和解題應用上不失為一種促進學生知識遷移的有效方法。不過在實際操作過程中，我們也需要加以注意，因為類比是將兩個特定的對象進行比較分析的過程，主要借助的是它們之間存在某些方面性質相同或相似，但客觀上不能確保其他方面的一致性，各自必然存在一定的特殊性，所以類比對象和目標對象兩者關系對知識理解的適配性和映射性是教師在采用類比法進行教學時需要多維度考慮的，既要注意到相似性，也要注意到差異性，避免犯經驗主義錯誤，想當然地拿來進行教學。誤用或濫用的類比教學極有可能讓學生在對新知識的理解上造成額外的負擔和錯誤的潛認知。因此，我們在課堂教學時，也需要適當向學生解釋類比方法在運用上的局限性，加強對學生學習方法的指導。

四、類比法在操作過程中的思考

類比法在使用過程中一般可分為兩個階段：第一階段是對兩個事物進行比較;第二階段是在此基礎上進行推理，即把前者有關的知識和特征推理到后者的知識建立中去。比是類比法的基礎，我們既要關注兩者的相似性，更要關注到差異性。因為兩者的相似性是我們實施類比法教學的基礎，但是差異性是讓學生產生更進一步思考的原因。如果在教學中沒有提醒學生關注差異性，僅憑表面的相似去全面地運用前者的特征，這樣就有可能在學習中出現錯誤的結論。例如在浙教版八下的第二章第二節中，用英文字母的多種排列組合來類比原子去組成分子的構成。兩者有很高的相似度，能夠讓學生對原子構成分子有很快的接受度。但我們在教學中應該提醒學生，還要關注兩者的差異性，引導學生辯證思考，比如字母前后順序改變，單詞不同，但是在分子構成中這種結論可能不適用。

五、類比法對學生核心素養的提升

1.科學假說能力的提升

類比法在實施的過程中，不僅有利于我們教師克服教學過程中的重難點，而且有利于學生思維能力的培養和提升。培養學生像科學家一樣思考問題是我們科學老師的教學任務之一，讓學生形成科學的邏輯思維推理能力。科學假說能力的提升可以通過不斷使用類比法來實現。因為類比法的基本方式就是去尋找合適的類比對象或模型，類比出兩者的相似點，然后推理出后者可能出現的類似的特征和性質，強化類比遷移思維，對學生科學假說的建立和完善有促進作用。

2.知識建構能力的提升

相關新知識概念的學習，是通過類比法去跟自己熟悉的事物或知識進行對照，在一定的問題情境中，通過聯系和比較已有知識等一系列操作來實現。在這樣的過程中，學生依托自己原有的知識框架，在此基礎上建立新的連接，改善原有的連接路徑，逐步地建構和完善了自己的知識體系，這樣有方向性的建構，能夠讓學生逐步掌握面對學習未知的概念和規律時的學習方法和注意事項，在加深對知識點的理解上，又鍛煉和提升了自己建構知識網絡的能力。

3.反思辨析能力的提升

類比法除關注事物之間的相似性之外，還強調不要忽視兩者之間的差異性。在每一次的類比中，教師都有意識地去強調此點，學生就會經常進行這樣的思維訓練，反思辨析兩者的聯系和區別，完善思考的嚴謹性和細致程度，就更能從每一次的學習中找到未知事物的不同特點，分析出不同結構特點對應的性質，挖掘隱藏在某些一致性規律背后的區別，從而鍛煉敏銳的觀察力和求真的質疑力，將求同存異的思想落在每一次的學習思考中，從而提升自身的反思辨析能力。DB4D7D74-B74B-4B0D-8A0F-A3C8037FCAFF