小議類比思維理解電學(xué)

方珺

摘要： 對于初中生而言，電路及其相關(guān)概念非常抽象，與此同時(shí)，他們的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)又太少，因此造成了現(xiàn)實(shí)與理解之間的巨大鴻溝。如果教師在教學(xué)中運(yùn)用類比思維，將陌生抽象的知識進(jìn)行類比、整合，就能使學(xué)生在對比思考的過程中，不知不覺地達(dá)到觸類旁通、舉一反三的效果。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)教學(xué)電學(xué)探究類比思維

在浙教版《科學(xué)》八年級上冊教材中，《電路探秘》是非常重要的一章，知識雖然基礎(chǔ)，但其承載了托起整個(gè)電學(xué)乃至磁學(xué)的力量。俗話說：“萬丈高樓平地起?！被A(chǔ)知識掌握過硬，才能順理成章地過渡到更核心的電學(xué)知識，因此教師們講授這一章內(nèi)容時(shí)都會格外重視。然而往往事與愿違，由于中學(xué)生普遍缺乏與危險(xiǎn)性極高的“電”的接觸機(jī)會，在理解這部分內(nèi)容時(shí)感覺晦澀難懂，聽課時(shí)看似會了，做題時(shí)無從下手，進(jìn)而產(chǎn)生厭煩心理。如果教師在教學(xué)中運(yùn)用類比思維，將陌生抽象的知識進(jìn)行類比、整合，就能使學(xué)生在對比思考的過程中，不知不覺地達(dá)到觸類旁通、舉一反三的學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣。

一、“電”與“水”的類比

類比思維是指從兩個(gè)對象之間在某些方面的相似關(guān)系中受到啟發(fā),從而使問題得到解決的一種創(chuàng)造性思維。學(xué)生對“電”感到陌生，但是“水”是生活中最常見的物質(zhì)，聯(lián)系二者的相似性，可以順利地提高學(xué)生對電學(xué)知識點(diǎn)的熟悉程度。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)初期無法理解為何開關(guān)斷開時(shí)就已經(jīng)有電壓，而電路連通后才產(chǎn)生電流，教師可以將“電路”與“水路”、“電流”與“水流”、“電壓”與“水壓”進(jìn)行相似性類比。出示一段渦輪機(jī)抽水的視頻，點(diǎn)擊閥門的開閉，直觀生動的動畫可以幫助學(xué)生輕易理解閥門控制水的流動。然后啟發(fā)學(xué)生通過“水壓、水流”來聯(lián)系“電壓、電流”，一語點(diǎn)醒夢中人——處于高位的水電站或房頂?shù)男钏厝绻P(guān)閉閥門，則水不會流動，無水流，但是水壓是必然存在的，若希望產(chǎn)生水流則必須打開閥門。

二、電學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的類比

在電學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中，多次出現(xiàn)同一幅圖（下圖），然而運(yùn)用到不同的實(shí)驗(yàn)中，則答案迥異。學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容均反映理解障礙、思維混亂。很多教師為了減少麻煩，要求學(xué)生強(qiáng)記答案來獲取高分，這就背離了科學(xué)課程設(shè)置的本真目的，將理科思維簡單化為文科記憶。

2.1伏安法測電阻。本實(shí)驗(yàn)使用定值電阻，非常簡單，學(xué)生只要會使用電壓表、電流表分別測出導(dǎo)體兩端電壓U和電流I，使用歐姆定律變形公式R=U/I即可。當(dāng)然需要引導(dǎo)學(xué)生注意，任何實(shí)驗(yàn)都存在誤差，一次數(shù)據(jù)不夠精確，所以需要移動滑片，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，最后取R的平均值才接近真實(shí)。

2.2研究影響導(dǎo)體電阻大小的因素。比較這兩組實(shí)驗(yàn)，均需要電路基本元件，測量電表，因此電路圖一樣，選擇實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)就可以很輕松地做到無一遺漏。當(dāng)然，相似之外亦有區(qū)別，教師需要恰當(dāng)運(yùn)用類比思維，啟發(fā)學(xué)生，實(shí)現(xiàn)由此及彼、融會貫通。該實(shí)驗(yàn)的背景是更換不同電阻絲，如長的或短的、粗的或細(xì)的、銅絲或鎳鉻合金。通過公式R=U/I計(jì)算出每次更換的導(dǎo)體電阻R，從而推導(dǎo)出結(jié)論：導(dǎo)體越長，則電阻越大（這一理論進(jìn)而可以推廣到串聯(lián)電路中運(yùn)用）；導(dǎo)體越粗，則電阻越?。ㄟ@一理論可以推廣到并聯(lián)電路中運(yùn)用）。在本實(shí)驗(yàn)中需要完成三個(gè)任務(wù)，即更換電阻絲R、測量電流表和電壓表的讀數(shù)。

2.3研究電流與電壓、電阻的關(guān)系。對比這個(gè)實(shí)驗(yàn)與前兩次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以容易發(fā)現(xiàn)，“伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)”中電阻是定量，“影響導(dǎo)體電阻大小的因素”研究重點(diǎn)在于當(dāng)電阻絲變化時(shí)，電阻如何改變，而本實(shí)驗(yàn)的研究對象則更換為電流I。雖圖同，但本質(zhì)不同，電流大小的影響因素有二：電壓U和電阻R，因此研究時(shí)需采用控制變量法。（1）當(dāng)研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，導(dǎo)體的電阻R必須不變，只能通過移動滑動變阻器的滑片，從而改變定值電阻R兩端的電壓和流經(jīng)的電流，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后總結(jié)出規(guī)律：當(dāng)導(dǎo)體電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。（2）當(dāng)研究電流與電阻關(guān)系時(shí)，既然電阻為變量，而導(dǎo)體兩端電壓不能變，就必須移動滑片，如R變大，滑片就移向電阻變大的方向，從而抵消R變大帶來的U變化，這一點(diǎn)學(xué)生要真正理解確實(shí)很費(fèi)勁。

如例題，某興趣小組在探究“電流跟電壓、電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，①要探究“電流跟電壓”關(guān)系，應(yīng)保持 不變，通過調(diào)節(jié) 改變定值電阻兩端的 ，并記錄相應(yīng)電流值。②在探究“電流跟電阻”關(guān)系時(shí)，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V，讀出并記下電流值；再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2V，下一步操作是：將滑動變阻器的滑片向 移動，使 ，并記下電流值；再改接20Ω的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

哲學(xué)家康德曾說：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往能指引我們前進(jìn)?！睂τ诔踔猩?，電路及其相關(guān)概念非常抽象，與此同時(shí)，相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)又太少，因此造成了現(xiàn)實(shí)與理解之間的巨大鴻溝。采用類比思維，進(jìn)行電學(xué)知識整合學(xué)習(xí)，就可以化繁就簡、化難為易、變抽象為具體，拉近學(xué)生與電學(xué)知識的距離，逐步加深對基本的概念與原理的理解，體會到了知識和方法之間的相通之處，奠定可廣泛遷移的科學(xué)知識基礎(chǔ)。