隱喻與類比在中學(xué)物理教學(xué)中的妙用

黃亞微

摘要：教學(xué)生涯十幾年，筆者見識(shí)了各式各樣的學(xué)生，并深切體會(huì)到一個(gè)道理：相同的內(nèi)容不同的學(xué)生需采取不同的教法，相同的學(xué)生不同的內(nèi)容也應(yīng)采取不同的教法，面對(duì)理解能力偏差的后進(jìn)生，在物理教學(xué)中教師更應(yīng)變通一點(diǎn)、睿智一點(diǎn)，不能一味地用物理本身去解釋物理，哪怕這是最科學(xué)、最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模瑢W(xué)生也不能接受、無法領(lǐng)會(huì)。這就要求教師恰當(dāng)?shù)夭捎靡恍╇[喻、類比的方法去教學(xué)，可能會(huì)起到意想不到的效果。本文根據(jù)教學(xué)過程中的具體案例簡(jiǎn)要分析了隱喻和類比在中學(xué)物理教學(xué)中的巧妙用法。

關(guān)鍵詞：隱喻；類比；中學(xué)物理；妙用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2014）02-0098

所謂的隱喻與類比就是通過一件事物去形象地理解另一件事物，通過這類方法可促進(jìn)學(xué)生在原有認(rèn)知基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的同化與順應(yīng)。以下是筆者在教學(xué)中碰到的一些真實(shí)的教學(xué)案例。

案例1：在力的合成與分解教學(xué)中，關(guān)于合力與分力不能同時(shí)存在的問題，筆者在向?qū)W生強(qiáng)調(diào)了合力與分力具有等效替代作用基礎(chǔ)上，打了個(gè)比方，教師晚自修值班，臨時(shí)有事，委托另一教師代崗，那么就值班這件事來說，前一教師與后一教師是等效可替代的，前一個(gè)下崗后一個(gè)上崗，合力與分力一樣，在力的分解時(shí)，用分力來等效替代合力，分力上崗，合力下崗，合力與分力不能同時(shí)存在。學(xué)生在一笑中馬上領(lǐng)會(huì)。

案例2：在必修一第二章勻速運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，選擇題常會(huì)出現(xiàn)這樣的選項(xiàng)：加速度減小，而物體的速度仍然增大，許多學(xué)生往往視之為錯(cuò)項(xiàng)，當(dāng)你問什么時(shí)候加速什么時(shí)候減速，學(xué)生會(huì)異口同聲回答，a與v同向時(shí)加速a與v反向時(shí)減速，但當(dāng)你解釋a與v同向時(shí)，雖然a減小，v仍增大，進(jìn)而再追加一句這是加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生雖表面上接受，但心里還是很嘀咕：怎么是加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)？過不了多久，再出現(xiàn)同樣的題目，他照樣按照自己原有的某種理解方式判斷失誤，后來我把加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)（a與v同向）類比為每月到銀行存錢的數(shù)目（加速度）逐步減小，帳戶里的錢總數(shù)（速度）在增加，把加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)（a與v反向）類比為每月到銀行取錢的數(shù)目（加速度）逐步增大，帳戶里的錢總數(shù)（速度）在減小，學(xué)生心領(lǐng)神會(huì)。

案例3：在恒定電流教學(xué)中碰到串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流時(shí)，教師起先必需帶動(dòng)學(xué)生推導(dǎo)出分壓公式與分流公式，如下圖

圖1的分壓公式為U1=■UU2=■U

圖2 的分流公式I1=■II2=■I

筆者對(duì)分流公式作了以下類比，好比一大群人面對(duì)一條陽(yáng)光大道、一條羊腸小道時(shí)，因陽(yáng)光大道阻礙少，走的人（分流的人）多，羊腸小道因阻礙大，選擇走的人（分流的人）少，學(xué)生很容易記住電阻大的支路分到的電流少，電阻小的支路分到的電流大，對(duì)利用分壓公式在進(jìn)行解題說明時(shí)，筆者又比作幾個(gè)人合伙做生意賺到錢按投資比例分配，若R1=484歐姆，R2=121歐姆，則R1∶R2=4∶1，總電壓U比作賺到的錢，相當(dāng)于把“錢”總數(shù)分成5份（4+1），R1占到4份，R2占到1份，所以R1分到電壓為■U，R2分到的電壓為■U，若再串聯(lián)一個(gè)電阻R3，如圖為

則比例為R1∶R2∶R3，相當(dāng)于總數(shù)分成（R1+ R2+R3）份，電阻R1占到R1份，則UR1=■U，UR2=■U，UR3=■U，這種分壓思想便很容易在學(xué)生腦中建立，一旦形成，不但對(duì)于學(xué)生計(jì)算起到簡(jiǎn)化作用，而且在后續(xù)電壓表的改裝及擴(kuò)程學(xué)習(xí)中可起到很好作用，甚至在電路的動(dòng)態(tài)分析中照樣可起到簡(jiǎn)化快速作用。

這種隱喻類比思想在研究解決雙星系統(tǒng)中行星距離中心點(diǎn)也起到很好效果，如圖所示，兩顆靠得很近的天體稱為雙星，它們以兩者連線上某點(diǎn)為圓心作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這樣就不至于由于萬有引力而吸引在一起，設(shè)兩雙星質(zhì)量分別為m和M，兩星間距為L(zhǎng)，在相互萬有引力的作用下，繞它們連線上某點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)，問它們的軌道半徑r1、r2之比是否為它們的質(zhì)量之反比，及r1、r2分別為多少。解題過程如下：■=Mω2r1■=Mω2r2 Mω2r1=Mω2r2 Mr1=Mr2 ■=■，再問r1=？r2=？學(xué)生可不會(huì)很快得出答案，只要教師再點(diǎn)撥類比“投資比例分配”思想，因r1∶r2=m∶M，又r1+r2=L，相當(dāng)于把L分成（m+M）份，所以r1分到■L，r2分到■L。以后類似的計(jì)算學(xué)生很快得出答案。

案例4：在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，利用紙帶求物體速度及加速度時(shí)，教師常會(huì)介紹逐差法求a，如x5-x1 =4aT2，學(xué)生會(huì)反應(yīng)不過來，這時(shí)教師類比，按順序指了班中八個(gè)學(xué)生，假如第二個(gè)學(xué)生比第一個(gè)多二元錢，第三個(gè)比第二個(gè)多二元錢，依次如下，問學(xué)生第三個(gè)比第一個(gè)多幾倍二元錢，第四個(gè)比第一個(gè)呢，第五個(gè)比第一個(gè)呢，學(xué)生很快得出答案，再反過來問X5比X1多幾倍aT2，學(xué)生欣然得出答案4 aT2，再提示以后看下標(biāo)，下標(biāo)5減去下標(biāo)1等于4。

案例5：在熱學(xué)教學(xué)中常會(huì)碰到利用阿伏加德羅常數(shù)進(jìn)行微量估算，例如這類題：已知銅的密度為8.9×103kg/m3，原子量為64，通過估算可知銅中每個(gè)銅原子所占的體積為多少？也就是由宏觀量求微觀量的質(zhì)量、體積、直徑、個(gè)數(shù)等，中間聯(lián)系的橋梁是阿伏加德羅常數(shù)，思路是很單一的，但是許多學(xué)生竟然特別害怕這類題目，很是讓人驚訝，作為物理教師的筆者在感嘆這類學(xué)生思維能力的如此缺憾之余，不得不另辟蹊徑。筆者讓高中生先做小學(xué)題：一箱蘋果總質(zhì)量為M，總體積為V，蘋果個(gè)數(shù)為n個(gè)，則每個(gè)蘋果的質(zhì)量，所占的體積分別多少？然后再問知道一摩爾質(zhì)量一摩爾體積，而一摩爾分子個(gè)數(shù)為阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023/mol，則每個(gè)分子所占的體積、質(zhì)量為多少？其中特別強(qiáng)調(diào)一摩爾相當(dāng)于一箱，摩爾體積相當(dāng)于一箱總體積，摩爾質(zhì)量相當(dāng)于一箱總質(zhì)量，一個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)蘋果，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這種簡(jiǎn)單的思維轉(zhuǎn)移與類比，非常有效，并激發(fā)了學(xué)生信心：什么問題啊——一箱蘋果問題。后來學(xué)生就把此類問題叫做“一箱蘋果”。

又如油膜法測(cè)分子直徑問題時(shí)就一個(gè)公式：d=V/S，而學(xué)生也總是這會(huì)兒記對(duì)了一會(huì)兒又記成d=S/V，上課時(shí)用類比法，如右圖：

桶內(nèi)水體積為V，水桶底面積為S，則這桶水高度為多少？所有學(xué)生都知道h=v/s，再緊接著問現(xiàn)在把一滴體積為V的油酸盡可能在水面上擴(kuò)散形成單分子層油膜，油膜面積為S，則這層油膜厚度也應(yīng)該為h=v/s，這個(gè)厚度h=油膜直徑d，學(xué)生一般都會(huì)聽懂，而且記得住

案例6：在學(xué)生對(duì)物體靜止?fàn)顟B(tài)是平衡狀態(tài)與物體瞬時(shí)速度為零是否為平衡狀態(tài)，如小球上升到最高點(diǎn)速度為零，學(xué)生總認(rèn)為速度為零即靜止?fàn)顟B(tài)為平衡狀態(tài)，這時(shí)候教師采用隱喻教學(xué)，最高點(diǎn)速度為零為“曾經(jīng)擁有”，靜止為天長(zhǎng)地久，學(xué)生會(huì)心地笑……

案例7：在變壓器教學(xué)時(shí)，我們會(huì)得出輸入電壓決定輸出電壓，而輸入電流、輸入功率卻取決于輸出電流、輸出功率。學(xué)生很難接收。筆者打了個(gè)比喻，輸入電壓決定輸出電壓比作計(jì)劃經(jīng)濟(jì)：供給多少（輸入電壓）決定消費(fèi)多少（輸出電壓），輸入電流、輸入功率取決于輸出電流、輸出功率比作市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)：需求多少（輸出功率、輸出電流）決定供給多少（輸入功率、輸入電流）。

案例8：電磁場(chǎng)教學(xué)中有以下三對(duì)符號(hào)：×、·； 、⊙； 、 ，第三對(duì)為正負(fù)電荷不容易搞錯(cuò)，第一對(duì)與第二對(duì)符號(hào)則容易搞錯(cuò)，第一對(duì)表示磁場(chǎng)進(jìn)出，第二對(duì)表示電流進(jìn)出，為了讓學(xué)生快速準(zhǔn)確記住，采用類比隱喻記憶，電流往往用帶絕緣塑料皮的導(dǎo)線傳輸，所以用帶圓圈的點(diǎn)、叉表示，則另一對(duì)不帶圓圈的點(diǎn)、叉表示磁場(chǎng)。而且用古人射箭比喻來記憶進(jìn)出，當(dāng)箭射出離你而去，你看到的應(yīng)是箭尾：羽毛叉叉（××），就用“ד表示進(jìn)去，當(dāng)箭向你射來，你看到的是箭頭點(diǎn)點(diǎn)（··），就用“·”表示出來。

案例9：在熱力學(xué)第二定律的教學(xué)中，凡是涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性問題，教師可舉例生活中大量不可逆現(xiàn)象，如果再引用一專家學(xué)者：“微觀過程可逆，宏觀過程不可逆”的現(xiàn)象做出的比喻：一條黑狗身上生滿跳蚤，一條黃狗是干凈的，兩條狗站在一起，跳蚤可以從黑狗身上跳到黃狗身上，可以從黃狗身上跳回黑狗身上，也可以再?gòu)暮诠飞砩咸近S狗身上，跳蚤跳來跳去相當(dāng)于微觀過程是可逆的；但最后無論是黑狗還是黃狗都不可能是干凈的，即從宏觀上看，跳蚤從黃狗身上完全跳回黑狗身上，使黃狗重新干凈這一宏觀過程的逆過程是不可能發(fā)生的，則效果更佳。

總之，在中學(xué)物理教學(xué)中多采用隱喻與類比可極大地降低教學(xué)難度，幫助學(xué)生有效理解抽象的物理概念，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的同化與順應(yīng)。

（作者單位：浙江省象山縣象山中學(xué) 315700）