培養初中生類比思維能力的教學策略

李武軍

創新能力培養是初中生物理核心素養的重要方面。類比思維是一種創新性思維，在初中階段加強對學生類比思維能力的培養，對學生創新能力的發展具有重要意義，而初中物理學習內容為培養學生的類比思維能力提供了豐富的載體。

本研究從理論和實踐兩個方面進行了較為深入的探索。我們認識到，模型法是培養學生類比思維能力的重要方法。在理論研究和實踐研究相結合的基礎上，立足課堂教學實際，以培養學生的核心素養作為切入點，從形成物理觀念、啟迪探究靈感、提升物理實驗能力、促進能力遷移、優化課堂教學環境五個方面，提出以下關于培養初中生物理類比思維能力的教學策略。

一、運用類比思維形成物理觀念

（一）運用理想化模型幫助學生建立物理觀念

理想的光滑平面、理想的滑輪、理想的杠桿、輕質小球、點光源等都是初中物理教材中常見的理想化物理模型。運用理想化的物理模型是研究物理問題的常用方法，可以更好地揭示物理現象的本質和規律，幫助學生建立物理觀念。運用理想化的物理模型建立新的物理觀念，是一個類比思維形成的過程。例如，我們把眼睛的結構簡化為凸透鏡、把遠處物體發出的光線看成平行光線、把近處物體發出的光線簡化為點光源發出的光線等，就是利用理想化的物理模型分析問題。再如，初中物理教材中液體內部壓強計算公式就是用理想化的物理模型導出的。這是一個運用理想化的物理模型探索物理規律的典型例子，先在觀察和實驗的基礎上歸納出液體壓強定性的規律，然后建立理想模型。在這一過程中，不但用理想化的模型驗證了由實驗歸納出的液體壓強的定性規律，而且通過對理想模型的研究得出液體壓強的計算公式。

（二）運用物理模型類比幫助學生建立物理觀念

教師運用日常生活中熟悉的物理模型進行類比有利于學生建立新的物理觀念。日常生活中的例子生動形象，有利于幫助學生實現類比遷移。日常生活中一些看似與所學知識毫無聯系的例子，經過認真思考，能夠與所學的物理知識形成遠類比（不同學科不同范疇的事物之間的類比屬于遠類比），實現知識遷移，促進學生深層次理解所學物理知識。例如，用拔河比賽與摩擦起電進行類比，把電荷定向移動形成電流與操場上學生沿跑道朝同一方向跑步進行類比，電壓和水壓相類比，太陽系的行星結構模型與原子的結構模型相類比。

（三）運用情景化模型類比幫助學生建立物理觀念

在本次研究中，我們應用情景化模型類比對學生進行類比思維能力的培養。

例如，在建立速度的概念時，可以利用龜兔賽跑的故事引入如何比較物體運動快慢的問題，然后再由百米賽跑中計時員和觀眾比較運動員運動快慢的方法類比出比較物體運動快慢的方法。其中，龜兔賽跑是一個提出問題情景模型，百米賽跑中計時員和觀眾比較運動員運動快慢的方法是一個解決問題情景模型，運用這兩個情景化問題模型進行類比，學生就會比較容易地建立起速度的概念。

二、運用類比思維啟迪探究靈感

物理類比具有啟發功能，在探究問題的過程中對啟迪學生有重要作用。在本次研究中，我們運用類比思維的這一功能對學生進行了類比思維能力的培養。例如，在導入新課法拉第電磁感應定律時，教師設問：“奧斯特發現了電流的磁效應，電流能夠產生磁場，那么磁場是否也能產生電流呢？”學生會回答：“磁能生電。”這里是運用簡單共存類比啟迪學生發現問題。事實上，在更多的情況下，我們并不是特別關心類比能說明一些什么道理，得出一些什么樣的推論，而是讓類比作為我們行動的“發動機”——這正是類比的啟發作用之所在。學生探索新問題的時候，這樣的“發動機”是必不可少的。

三、運用類比思維提升物理實驗能力

在本次研究中，我們從以下三個方面運用類比對學生進行了物理實驗能力的培養。一是學生參與實物模型的制作，提升實驗能力。物理模型是在類比的基礎上形成的，運用物理模型可以模擬物理功能，是研究物理問題的重要方法之一。例如，眼睛的結構模型、潛水艇模型、船閘模型、條形磁鐵的磁場模型等。二是建立物理實驗思維方法模型，提升學生物理實驗設計能力。例如，控制變量法思維模型等。三是重視學生小實驗，促進學生實驗能力遷移。

四、運用問題模型類比促進解題能力遷移

在本次實驗研究中，我們認為學生解題的過程就是一個運用未知問題模型和已知問題模型進行類比的過程。學生解題困難的原因主要有兩個方面。第一個方面是在平時的學習中沒有建立或沒有正確建立相應的物理概念模型、物理規律模型及問題模型（例題）。第二個方面是根據所要解決問題的情景不能建立相應的物理模型。解決上述問題的方法有以下兩種：一是進行變式訓練幫助學生建立典型的物理概念模型、規律模型及例題模型。如杠桿模型、滑輪模型、連通器模型、斜面功能模型、串并聯簡單電路模型等。二是培養學生的審題能力。首先要盡量弄清楚題中所給的條件及其關系，其次要厘清問題表征，最后要建立所要解決問題的問題模型。

五、構建有利于學生培養類比思維的課堂環境

類比思維是學生在學習和解決新問題的過程中，利用已有的知識和經驗，對所學習的內容進行解釋，對所要解決的問題提出假設和創建模型的思維過程，是實現知識遷移的過程，同時也是一個主動建構知識體系的過程。因此，在培養學生類比思維的教學中，學生是學習的主人，教師是學生學習的引導者。教師要為學生鍛煉類比思維創造一個寬松的課堂環境，根據類比思維的機制，精心設計教學過程，采用啟發式、探究式、支架式等教學模式，鼓勵學生積極思考，大膽探索，利用已有的知識和生活經驗，大膽進行類比，實現知識的遷移，培養創新意識，體會到創新的快樂。

課堂教學是學生進行類比思維訓練的主陣地，只有構建適宜類比思維的課堂環境，才能實現培養學生類比思維的目標。

（本文系2020年度河南省基礎教育教學研究項目課題“核心素養視域下培養初中生物理類比思維能力的研究”的階段性成果。課題編號：JCJYC20060722）

（責編 桑 濤）