類比思維：解鎖高中物理學習的有效密鑰

【摘要】類比思維，是學生的高階思維，是高中物理學習中經常會用到的一種思維方式.培養學生的類比思維，有利于化抽象知識為具體，使學生快速理解物理現象，牢固掌握物理知識.本文首先對類比思維與類比教學的概念進行界定，然后以具體的高中物理教學為例，從“創設生活情境，激發學習興趣”“導入思考問題，加強新舊聯系”“組織課堂討論，促進思維碰撞”“引入典型例題，鼓勵實踐應用”“結合物理學史，開闊知識視野”“完善評價環節，做好查缺補漏”等方面，探索高中物理教學中培養學生類比思維的途徑.

【關鍵詞】類比思維；高中物理；類比教學

根據《普通高中物理課程標準》的教學要求，高中學生在學習物理的過程中，需要養成優秀的建模意識與科學的思維能力.針對以上目標，培養類比思維可以綜合強化學生的演繹、歸納、推理能力.幫助學生更好地理解物理知識，在探究學習中掌握各種物理實驗的規律特點.除此之外，隨著年級的提升，物理課程學習難度也在不斷發生變化.比如，學生們在學習力學知識時，如何判斷力的大小、力的作用時間、物體的運動快慢、物體的運動軌跡，在腦海中將力學與運動的概念具象化.在學習電學時，如何感知電壓、電流的大小與抽象化的電場等.教師需要通過類比教學的方式，強化學生的類比思維，將抽象的問題變得更為直觀化.

1 類比思維與類比教學的概念界定

1.1 類比思維

所謂類比思維，主要指學生根據兩個事物之間的相似特點，進行對比分析，或從某個事物的已知特征進行推導，判斷另一個事物的對應特征是否存在的思維方式[1].類比思維通常有兩種表現，其一，聯想舊知識；其二，通過觀察和思考的方式找出兩個研究對象的相似屬性.對于物理研究而言，類比思維通常會從以下幾方面入手：（1）公式類比；（2）模型類比；（3）推導過程類比；（4）物理歷史類比.無論哪一種類比方式，教師都需要帶領學生找出類比目標，建立對應關系，進行合理推理，得出最終結論.

1.2 類比教學

所謂類比教學，是以類比推理的方法進行授課.物理教師需要引導學生結合自己已學過或已掌握的知識、技能、經驗，與陌生的、抽象的、學習難度較高的新知識進行聯動[2]，完成新舊推導、由表及里地遷移思考.由于高中物理知識相對較多，教師很難事無巨細地逐一講解.而通過類比教學法，教師只需要講解一些具有代表性的規律和概念，鼓勵學生通過類比的方式加強學習理解，就能有效促進新知識的內化吸收.由此，可以激發學生的主觀學習能動性，提高學生的物理自主學習效率.

2 高中物理教學中培養學生類比思維的途徑

2.1 創設生活情境，激發學習興趣

若想通過類比教學的方式，將抽象的物理知識形象地展示出來，教師應當結合學生的生活經驗，利用學生熟知的生活事物，引發學生的學習聯想[3].對此，教師可以通過創設生活情境的方式，全面實施類比教學.這樣可以提高教學的趣味性，調動學生的感性思維，有效激發學生的學習興趣.

例如 教師在講解“摩擦力”的知識時，可以通過多媒體設備播放一些生活片段：（1）有一個裝修工人用小車拉著重物時，有人在小車上加放了一個箱子.此時，拉車的速度立刻變慢，工人的臉上也露出了吃力的表情.（2）有一輛汽車在平地上勻速行駛，當這輛車子上坡的時候，速度明顯變慢.（3）有一臺機器在運轉時發出了吱嘎吱嘎的響聲，工人停下機器后，在滾動軸承中抹上一些潤滑油，再運轉機器，響聲便不再出現.結合以上生活情境，教師可以讓學生深入分析，視頻中的小車、汽車、機器的受力情況發生了什么樣的改變，變化的力又受哪些主要因素的影響.通過情境的提示，學生經過類比思考，不難推導出摩擦力形成的基本條件.這樣既能提高物理課堂的趣味性，給學生帶來耳目一新的學習體驗，也能幫助學生掌握物理抽象知識的學習竅門，逐漸找到合適、高效的學習方法.

2.2 導入思考問題，加強新舊聯系

新舊結合是培養學生類比思維的主要方式之一，以學生掌握的舊知識為基礎，教師可以通過導入思考問題的方式，與新知識相互聯系，促進學生的深度思考[4].由此，可以充分體現物理事物、物理概念、物理規律之間的相似性，幫助學生更好地遷移理解知識，架構出完整的物理知識體系.

例如 以“電場強度”的教學為例，針對這個知識點，教師可以按照以下步驟完成問題教學：（1）展示一道思考題.比如，已知A點有場源電荷Q，在Q點以外距離為r的P點，有一個正試探電荷，當這個正試探電荷的電荷量分別為q、2q、3q時，試問電荷分別受力多少？如果電荷在P點正上方P1點處，受力結果是否會發生變化？要求學生根據所學的知識列式計算，并根據問題（1）的運算過程，總結這些結果各有什么樣的特點.通過這道例題，學生會認識到，在相同的位置，力和電荷的比值相同.在不同位置，比值可能會發生變化.由此，教師可以導入“電場強度”這個概念.（2）用類比的方式，借助問題加強學生的分析推理.比如，將靜電力與重力相互對比，電場強度正好對應到萬有引力中的哪一個物理概念？學生在聯想的過程中，可以將重力加速度與電場強度聯系在一起.（3）分析兩個類比對象之間的關聯性.比如，教師提問學生：對比引力場模型與電場模型，二者之間有哪些相同特征？請簡述你的理由.（4）用概念或公式總結新知和舊知的相似點.比如，推導引力場與電場的特性，用公式歸納總結其中的相似之處.（5）求同存異.比如，引力場與電場的性質是否完全相同？如果有不同之處，請分析其中的區別.（6）拓展延伸.比如，通過類比學習，我們已經了解到電場與重力場有著相似之處，并總結出公式E=F/q.與基本定義中得來的公式E=kQ/r2對比，試分析兩個公式適用于哪些不同的場合？由此，通過循序漸進的提問方式，可以幫助學生從初步了解迅速達到遷移思考、靈活應用的境界，有效提高學生的學習效率.

2.3 組織課堂討論，促進思維碰撞

對于物理教學而言，閉門造車、固步自封均為學生學習的大忌.教師應當積極組織討論活動，通過話題引起學生的學習交流，促進思維的相互碰撞，構建積極、融洽的課堂互動氛圍.在討論過程中，不僅能幫助學生梳理類比思維，也能讓學生從他人身上得到觸類旁通的學習收獲，從而激活學生的主動學習意識，加深對物理知識的學習理解.

例如 教師在講解電容的概念時，可以提出一個討論話題：如何類比電容器與蓄水池.學生們可以根據自己對電容概念的學習理解以及對蓄水池的生活認知，從不同的角度表達自己的觀點.比如：（1）在功能方面，蓄水池可以儲存水，用于澆灌莊稼.電容器可以儲存電荷，在需要使用的時候用于釋放能量.因此，二者都有存儲和釋放的功能，可以作為能量轉化的節點.（2）在容量（電容）方面，想要測算蓄水池的容量，可以先測算蓄水池的高度與寬度，根據幾何公式計算容量的具體數值.同理，電容量也可以通過相應的計算公式，根據帶電量和電壓這兩個重要條件完成計算.（3）在實踐應用方面，如果在水池中不斷蓄水，水會從蓄水池中滿溢，甚至會破壞蓄水池，出現坍塌的情況.在電容器中不斷充電，到了一定界限，也會導致電容器的損毀.（4）在存儲性質方面，蓄水池存儲的是有形之水，電容器存儲的是無形之電.由此，學生們通過交流討論，可以營造集思廣益的學習環境，順利完成類比思考的過程.

2.4 引入典型例題，鼓勵實踐應用

相比于理論分析，類比思維在實踐探究的過程中，最能體現出良好的應用價值.對此，物理教師可以通過案例教學的方式，引入一些典型的例題.鼓勵學生結合自己的類比學習經歷，在例題中遷移應用自己已掌握的物理知識.這樣既可以避免學生陷入紙上談兵的誤區，也能提高學生的實踐應用能力.

例如 教師在講解“類平拋運動”的課程時，可以引入以下例題：

有一個質點，質量為1kg，該質點同時受到幾個共點力的影響，沿著x軸正方向做勻速運動.當這個質點運動到坐標原點的位置時，撤銷朝向y軸正方向、大小為10N的力，其他力則不做改變.試問2s之后，該質點移動到了什么位置？運動方向指向哪里？速度為多少？

如果學生運用類比思維，不難發現該問題看似題干復雜，但本質上與平拋運動完全相同.因為物體在平拋運動中，既有水平方面的勻速運動，也受到重力方面的影響.而題目中的質點同樣處于勻速運動狀態，且在撤銷某個作用力之后，該質點受y軸負方向的合力影響，這個合力的性質正好等同于重力.由此，學生可以通過類比的方式，用平拋運動的知識解答這道例題，找出正確的解析思路.

2.5 結合物理學史，開闊知識視野

在物理的探索歷史中，許多科學家靈活運用類比思維，突破了無數研究難關.這些故事既可以從情感方面激發學生的學習熱情，也能幫助學生更好地理解物理知識，開闊學生的學習視野.因此，教師可以在類比教學中適當結合物理學史，培養學生良好的情感態度價值觀，在潛移默化中積累學生的學習自信.

例如 以“自由落體運動”的教學為例，教師可以先通過情景問題啟發學生的思考：我們都經歷過冰雹天和落葉天，見過冰雹砸落的速度與落葉飄落的速度.可以觀察到，質量較重的冰雹掉落的速度遠比質量較輕的落葉要快，那是否可以得出結論，物體掉落的速度與物體本身的質量有關？在學生思考和交流之后，可以得出這個結論是錯誤的.但這個錯誤的結論曾經被奉為真理，一直持續影響了1900多年.以此為基礎，教師可以為學生介紹知名物理學家伽利略的比薩斜塔鐵球實驗.帶領學生回顧歷史，了解伽利略是如何勇敢地推翻亞里士多德的理論，導致物理領域發生了翻天覆地的變化.由此，學生們不僅能通過物理學史的類比，認識到物體在自由落體運動中，下落速度與其本身的特定特征無關，也能深刻感受到理實結合在物理學習中的重要性，有效激發學生的科學探究精神.

2.6 完善評價環節，做好查缺補漏

教學評價是教學體系中至關重要的組成部分，可以對教學的質量加以驗收，評估學生的實際學情.物理教師在實踐應用類比教學時，需要用良好的教學評價驗證學生的類比思維能力的發展情況，為后續的教學工作做好查缺補漏[5].

例如 教師可以通過問卷調查的方式，獲取學生的學習反饋.比如：（1）你在學習物理學科的概念、模型、規律、特點，以及解答習題的過程中，面對哪一種情況，使用類比思維可以更好地突破學習難點？（2）在類比學習的過程中，你是否掌握了良好的思考技巧？（3）通過類比學習的方式，你對你的學習成果有怎樣的評價？（4）你認為類比學習物理知識的難點在于什么？由此，通過學生的問卷回答情況，教師可以及時找出教學中的不足之處，針對性地制定改進方案.比如，增加一些應用類比思維的范例；在生活中培養學生的類比思維應用能力；針對學生的學習差異，針對性地制定培養方案等.

3 結語

類比思維，就是一把能夠解鎖高中物理的密鑰.在物理教學中引入類比思維，不僅能提高物理教學的整體質量，也能引導學生用科學的方式探究物理知識.對此，教師需要通過情境教學、問題教學、案例教學、史料教學等多種方式，巧妙地滲透類比思維.讓學生在潛移默化中掌握高效、合理的思維方法，迅速突破物理學科的學習難關，促進學生的物理核心素養全面發展.

參考文獻：

[1]楊華軍，史獻計.物理教學的類比思維策略[J].物理教師，2020，41（08）：19-21.

[2]樓丹蓮.高中物理教學中類比思維的有效培養[J].理科愛好者（教育教學），2021（01）：148-149.

[3]陳沖.高中物理教學中類比思維的有效培養[J].數理化解題研究，2020（30）：59-60.

[4]魏國琦.高中物理教學中培養學生類比思維的策略研究[J].課程教育研究，2020（30）：123-124.

[5]李武軍.基于類比思維的物理模型構建及應用[J].河南教育（教師教育），2021（04）：56-57.