初中物理教學中應用類比思想創設教學情境

閆軍魁 楊文睿

【摘要】《義務教育物理課程標準（2022版）》在教學建議中提出，倡導情境化教學，有目的地創設生動具體的情境幫助學生建立物理觀念.物理學的研究對象之間存在著許多相似的物理規律，抓住特征，在教學中應用類比思想創設恰當的教學情境，可以使抽象的東西形象化，深奧的物理知識淺顯化.在作業設計中應用類比創設情境，可以幫助學生有效地解決問題，把學生從題海戰術中解放出來.蘊含類比思想的具體情境使學生學會科學推理論證，在潛移默化中提高物理核心素養.

【關鍵詞】類比思想；教學情境；初中物理

在教學過程中實踐情境化教學，教師就要為呈現學習信息、設計探究問題、達成測評目標等提供具體的載體.有目的地引入或創設形象具體的場景或環境，激發學生的學習興趣，幫助學生理解所學內容. 物理學作為自然科學的一門基礎學科，研究對象涉及物質、運動及其相互作用、能量等方面內容，這些內容大多源于我們的生活且與社會緊密聯系，雖是不同的課程內容主題，但他們之間有著許多相同或相似的特征.他們遵守相同或相似的物理規律，若能抓住研究對象的特征，應用類比思想創設合理的教學情境，進行從特殊到特殊或一般到一般的科學推理，根據兩個研究對象在某些方面相同或相似，從而得到他們在其他方面也可能相同或相似，可以把陌生的東西熟悉化，未知的東西已知化，微觀的東西宏觀化.

開普勒曾說過：“我珍視類比勝過任何東西，它是我最可信賴的老師，它能揭示自然界的秘密”，我們面對的初中學生以形象思維為主，抽象思維有待發掘，物理理論往往是對實驗、研究對象經過升華、遷移、抽象而形成的，學生總感到物理理論抽象，難以理解，創設類比情境可以啟發思路，提供線索，以舊帶新，可以達到學生深刻理解物理概念和物理規律，學會一定的科學研究方法，養成科學思維的習慣.有效落實物理課程的育人功能.

1 類比思想在物理學史的經典應用

在科學研究中，經常使用的方法有觀察法、等效替代法、控制變量法、邏輯推理法等.邏輯推理法中常見的有分析、歸納、類比、演繹、綜合等.類比推理是根據兩個或兩類對象在其中的一些性質上相同，從而推斷出事物的其它一些性質也相同的邏輯思維方法.

物理學中類比推理的應用非常多，現將經典的應用羅列一二.

（1）亞里士多德認為物體越重下落得越快，伽利略利用類比推理：用質量不同的兩個物體從同一高度落下，按照亞里士多德得結論，應當是質量大的物體先著地，但是實驗結果是兩物體同時落地經典的比薩斜塔實驗直接推翻亞里士多德的觀點，再經過深入的研究得出了自由落體定律.

（2）阿基米德洗澡時，發現水缸內水面升高并溢出.在這個情境的啟發下他很快類比推理，自己就是那頂王冠，茅塞頓開很快就有了鑒別王冠是否為純金的方法，經過努力最終發現了力定律.

2 類比性的情境在物理教學中的作用

在平時的教學中，在物理概念建立的時候注意前后知識的聯系，在新舊知識的類比中容易理解，開拓思維，激發興趣.還進行了科學方法、科學思維、科學探究的滲透.學生在以后的物理量、物理現象思維中應用類比，可成功解決問題.隨著物理學習的深入，學生掌握的物理知識越來越多，可以將各個知識點接點織網，包括橫向的拓展，和縱向的深入.將知識內化成學生的能力，在這個量變到質變，積累到飛躍的過程中將類比思維貫穿其中.

3 類比思想創設的物理教學情境

3.1 教學方法中的類比情境

《義務教育物理課程標準（2022版）》中在課程目標中指出：要能將物理知識與實際情境聯系起來，能從物理學視角觀察周圍事物，要具有初步的推理能力，能合理解釋有關現象.物理學習中若能抓住研究問題的特征，通過類比在不同的領域或不同的內容上使用同一種方法，則可以達到加深理解物理方法的目的，筆者將教學方法中的類比方法整理出以下三類：

3.1.1 用宏觀現象類比微觀知識

物理學研究物質內部的基本組成及其特征，涉及到的微觀知識很多，這些看不見、摸不著的事物，要讓學生理解確非易事，在教學中應用類比思想，創設學習情境可使知識變得宏觀、形象.比如：固態、液態、氣態的微觀模型中，應用上課、課間、體育課上不同時間的學生分布特征類比三態中分子的排布特征，把分子間相互作用與彈簧連著的小球做類比，用擺火柴類比原子核的裂變，用水流的形成及大小類比電流的形成與大小，磁場概念的建立等都應用到了類比，使抽象微觀的知識淺顯易懂，符合學生的認知規律.

3.1.2 用比值法類比物理概念的建立

物理學中眾多物理概念的建立都要應用到比值法，最常見的“速度”概念的建立，因為比較運動快慢的方法與運動的路程和時間都有關系，所以比較速度的大小，通常要保持一個量不變，比較另一個量，而當兩個量都不同時，就需要比較單位時間內通過的路程，即比值法的應用.在“速度”教學之后的密度、壓強、熱值、比熱容、功率等物理量中均采用了比值法.在教學中用一個量類比另一個量創設學習情境，很快能突破物理量建立的難關.

3.1.3 不同知識領域相似特征的類比

物理學研究的知識領域寬廣，不同知識板塊的獨立性較強，而這些不同知識間存在著相同或相似的物理規律，將這些物理知識做出類比有助于知識的理解.比如：力學中“功”的含義與電學中“功”的含義的類比，熱機效率與機械效率的類比，電荷間相互作用的規律與磁極間相互作用規律的類比.這些情境的創設均利于物理概念的建立和物理規律的理解.

3.2 教學內容中的類比情境

物理學研究的某一對象從不同角度看有不同的特征，類比思想的應用與物理教學的關鍵就是引導學生根據所研究問題的性質來恰當地選取兩個對象的對應特征，現將筆者在物理教學中應用類比思想創設教學情境做以下舉例：

（1）在研究導體的電阻大小與自身材料、長度、橫截面積的關系時，許多學生總認為在材料、長度一定時橫截面積越大，電阻越大，這是因為學生受長度越大，電阻越大的思維定勢造成的，筆者在這里把橫截面積的大小類比為公路的寬窄，把通過的電流類比為公路上行走的一定數量的人群，路越寬，人行走得越容易，阻力越小，就相當于導體橫截面積越大，電流路徑越寬廣，電阻就越小.

（2）在“力臂”概念的教學中，歷來都是一個難點，筆者根據學生已有的生活經驗，將力的作用線類比理解為一條公路，支點類比為公路外的一點上站立的人，把力臂類比理解為人到公路上的最短距離，實踐證明，做這樣的類比，使學生在較為復雜形變的杠桿中也能夠準確的作出力臂.

（3）在“電磁感應”教學中，許多學生對導體是否做切割磁感線運動無法斷定，是因為磁感線實際是不存在的，假想出的曲線，又因學生的空間想象能力較差，在進行這部分教學時，筆者結合本地學生的生活經歷，把不存在的磁感線與自然下垂的手工掛面類比，處于磁場中的導體相當于鋒利的刀片，導體在磁場中的運動相當于刀片在手工掛面中運動，只要刀片能切斷手工掛面，導體就在做切割磁感線運動，否則，就不能認為做切割磁感線運動，將抽象的物理知識融于形象的生活事物中，學生在創設的生活情境中盡快理解“切割磁感線運動”.

3.3 物理演示實驗中的類比情境

例如 在“聲波”這一物理概念教學中，學生對直觀性不強的這些現象總是不易理解.教材中是這樣來描述的：“當音叉在空氣中振動時，是通過音叉的振動使空氣形成疏密相間的波動，聲音就是借助于這種波動向四周傳播.當這種波動傳入人耳中，能使鼓膜振動，引起聲音的感覺.”但是聲波看不見摸不到，所以學生學到這里經常霧里看花.將聲波和水波去類比，水波直觀性是很強的，將小石塊扔在平靜的水中，從進水點開始形成一圈又一圈的水波向四周圍傳播出去；振動的音叉在平靜的水面中央插入也一樣，如果遠處的水面上漂一小物塊，會看到小物塊跟著水波上下振動，創設這樣的教學情境增加了直觀性，學生能觀查到，便于理解物理事實，加深了學生對聲音傳播的理解.如果深入觀察到水波蕩漾的水面上，小物塊沒有跟著水波在水平方向上前進，而是保持在原來位置上下振動.通過進一步的類比，讓學生理解在聲波傳播中，傳播的只有能量，而傳播的介質不會跟上聲波一起傳播.把抽象的聲波類比為直觀的水波，達到事半功倍的效果！

3.4 教學習題中的類比情境

物理習題是把物理知識內化為學生能力的重要途徑，是物理方法和知識應用的過程，是知識遷移應用的體現.把類比思想應用于物理解題，根據物理原型的特征，通過分析問題的特征，許多形式不同的物理習題具有相同的或相似的特征，合理利用類比，學生會有撥云見日之感，把學生從題海戰術中解放出來.

例如 在慣性現象的教學中，有一類習題起初學生經常出錯：行駛的火車上，一乘客將自己手中的蘋果豎直向上拋出，問：蘋果落下時，落在了乘客的前方或后方，還是落在乘客的手里？學生往往根據乘客隨火車在水平方向上繼續前進，蘋果在豎直方向運動，回答出蘋果落在了乘客的后方，筆者在解決這類問題時，會利用如下生活現象：地球在不停地自西向東運動，站在地球上的人也隨地球的自轉一起向前運動，如果突然向上跳起，落下時，落在了起跳時的前方、后方還是原地，學生會很容易的回答落在原地，進而把地球與火車類比，人與蘋果類比很容易得出向上拋出的蘋果落在了乘客的手中.

3.5 物理中考復習時的類比情境

中考物理試卷中知識點覆蓋率較高.知識涉及面很廣，基本概念，規律更是體現在不同的教學內容中，這就要求我們在平時的教學過程中，要對每個部分中的知識，按知識結構分類，整理.此時我們如果運用類比的方法進行復習，這樣可以節約復習時間，大大提高復習效率.

例如 在復習速度這一知識點時，就可以把研究得到的這一物理概念的思想方法類比遷移到密度、壓強、比熱容、功率等概念的地理解中.再比如從影響液體蒸發快慢的因素、影響電阻大小的因素、影響液體內部壓強大小的因素、影響滑動摩擦力大小的因素、影響力大小的因素等蘊含控制變量法的科學探究過程進行類比，讓學生準確掌握這些概念和探究過程中的共同點和不同點，使課堂復習容量增加，學生的遷移應用、綜合解題能力得以提升.

4 類比思想創設教學情境的原則

4.1 類比科學，有助于學生身心健康

選做類比的事物盡可能利用學生已有的知識和貼近生活的素材.但是，類比的材料不能對學生的思想認識有誤導作用，例如，有老師在教學電荷間的相互作用時，用男女同學早戀的心態行為作類比，雖然十分形象，也很貼切.但是這個類比對學生身心健康不利，不宜采用.

4.2 要針對物理教學內容和目的

如果教學內容比較抽象，呆板.適于運用一些較輕松活潑的類比；如果教學內容具有較嚴密的邏輯性，與前面的知識有些必然的聯系，運用類比比較合適（如重力場和電場的類比）；在進行單元或總復習時運用系統類比將會收到較好的效果.

4.3 要符合課堂氣氛

在課堂教學中，如果學生的注意力都很集中．他們對學習探究的知識能順利接受，此時用不用類比無關緊要.用多了，用得不當，反而會產生負作用，影響學習效果.如果教師發現課堂上多數學生精神疲憊，就應當采用一些直觀形象的類比來活躍氣氛，振奮學生的精神.

4.4 言詞要清晰、簡明、生動

教師的語言應力求簡練明達、形象生動和通俗易懂（有時可借助信息技術）.否則學生便會糊涂，從而收到相反的效果.

5 結語

總之，應用類比思想創設教學情境符合知識的建構過程和對事物的認識規律，應用類比性的情境可以順利地把新的知識整合到原有的知識系統中，可激發學生的聯想，起到舉一反三、觸類旁通的作用，使學生有效地進行知識的遷移，提高學生的能力.而學生中有時也會出現不可靠甚至錯誤的類比，我們在教學中需引導學生仔細分析，認真推理，作出恰當的類比.從類比思想出發創設恰當的學習情境會成為聚焦新課標躬耕好課堂的一個有效切入點.

【課題項目：陜西省“十四五”教育科學規劃2023年度課題“新課標背景下初中物理情境式教學實踐研究 ”（項目編號：SGH23Y0881）】

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.