運用類比方法高效創(chuàng)設(shè)中學(xué)物理教學(xué)情境

祁帥

摘 要：在中學(xué)物理教學(xué)過程當中，教師要能夠為學(xué)生創(chuàng)設(shè)出一個合理、高效的物理情境。筆者研究了用類比方法來創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境的相關(guān)內(nèi)容，希望在新的教學(xué)改革環(huán)境下，找到在中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)使用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境的有效途徑。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理教學(xué)；物理教學(xué)情境；物理類比

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0028-4

對教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的關(guān)注和研究，是課程改革過程中一個重要的方面，也是很多物理教師積極嘗試和不斷探究的課題。在教學(xué)過程當中，教師巧妙地創(chuàng)設(shè)出高效的物理情境，一方面可以帶動學(xué)生對于學(xué)習(xí)物理的熱情，另一方面也能夠減小教師與學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生接受能力之間的差距。那么，如何科學(xué)、高效地創(chuàng)設(shè)物理情境，就顯得尤其重要。筆者在本文中通過在具體的中學(xué)物理教學(xué)中運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境的教學(xué)案例分析，初步探討如何運用類比方法高效創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境。

1 類比方法創(chuàng)設(shè)中學(xué)物理教學(xué)情境的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實依據(jù)

1.1 創(chuàng)設(shè)中學(xué)物理教學(xué)情境的重要意義

目前的中學(xué)物理教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式還占據(jù)著主導(dǎo)地位，物理教學(xué)只注重機械灌輸，忽視了物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)。教師單調(diào)地把知識講解給學(xué)生，然后讓學(xué)生進行大量的練習(xí)，這樣的教學(xué)模式使得學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律的時候完全脫離了物理情境，無法透徹地理解知識，不能對知識技能進行有效的遷移，時間長了，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣就會大大減少。很多物理教師在教學(xué)過程中只是一味地給學(xué)生呈現(xiàn)最后的結(jié)果，沒能意識到探究過程對于學(xué)生的重要性，教學(xué)結(jié)論和教學(xué)過程應(yīng)該是相互作用和相互轉(zhuǎn)化的?，F(xiàn)在很多教師為了能夠讓學(xué)生考試得高分，將一些經(jīng)過重要探究過程得出的知識、結(jié)論單調(diào)刻板地直接灌輸給學(xué)生，這種表面“高效”的方法實際上阻礙了學(xué)生的智慧開發(fā)，舍本逐末，影響學(xué)生的長遠發(fā)展。還有一些教師一味地訓(xùn)練學(xué)生的解題技能，這不能很好地對學(xué)生進行科學(xué)思維和科學(xué)方法的培養(yǎng)，造成學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力有所欠缺。

如果在物理教學(xué)中合理地創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，那么，就能夠有效地解決以上的問題。從哲學(xué)角度來說，客觀主義使得教學(xué)活動變成人為控制下的一個過程，而在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)物理情境是以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)的，學(xué)生應(yīng)該是教學(xué)活動的中心。有效創(chuàng)設(shè)物理情境可以促進教學(xué)目標的實現(xiàn)，還能激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生濃厚的物理學(xué)習(xí)興趣，更能充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位和突出教師的主導(dǎo)作用。

1.2 運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境的可行性

亞里士多德最早提出類比這種科學(xué)的方法。在《現(xiàn)代漢語詞典》中，類比的定義是：“一種推理方法，根據(jù)兩種事物在某些特征上的相似，做出它們在其他特征上也可能相似的結(jié)論?！?/p>

在邏輯學(xué)中，類比可以用以下公式表示：

A對象中有：a，b，c，d；

B對象中有：a'，b'，c'。

則在B對象中可能有d'。

公式中A和B是進行分類的兩個或兩類事物，a，b，c，d和a'，b'，c'，d'分別指A和B的屬性（如成分、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、規(guī)律等），a，b，c，d和a'，b'，c'，d'一一對應(yīng)。

在物理概念、規(guī)律、實驗和習(xí)題教學(xué)中，合理、科學(xué)地使用類比方法可以創(chuàng)設(shè)出一系列巧妙、生動的物理情境。運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境符合情境創(chuàng)設(shè)的目標性、主體性、真實性、激勵性、多樣性、探索性以及合作性原則；運用類比方法能夠創(chuàng)設(shè)出有利于學(xué)生發(fā)展和有利于教學(xué)目標實現(xiàn)的物理教學(xué)情境；運用類比方法能夠創(chuàng)設(shè)出有利于發(fā)現(xiàn)物理問題和探索物理規(guī)律的物理教學(xué)情境；運用類比方法還能夠創(chuàng)設(shè)出全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的物理教學(xué)情境。

2 在中學(xué)物理教學(xué)中運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

2.1 在物理概念教學(xué)中運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

物理概念是一種思維方式，反映了物理現(xiàn)象和物理過程的本質(zhì)屬性，在目前的中學(xué)物理教學(xué)中，對物理概念課的設(shè)計和研究是很有必要的?？墒?，有很多的物理概念對于學(xué)生來說是不容易透徹理解的，因為這些概念大多數(shù)都會脫離學(xué)生的日常生活經(jīng)驗，并且對于學(xué)生來說又是十分抽象的。但是，學(xué)生的頭腦之中也不是一無所有的，他們也會對所研究問題產(chǎn)生不同的聯(lián)想和看法，這些想法當中很多是存在合理性的。所以，教師要能夠注重合理使用類比方法創(chuàng)設(shè)出物理教學(xué)情境，指導(dǎo)學(xué)生用已經(jīng)學(xué)過的物理概念來學(xué)習(xí)和掌握新的物理概念，用生活中形象的模型來理解抽象復(fù)雜的概念，從而使得學(xué)生能夠理解和掌握重要的物理概念。

我們來看一個例子，對于電場強度E這一概念的物理意義的理解，學(xué)生會存在一些困難。在這里就可以用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境，幫助學(xué)生去解決這一問題。我們先用數(shù)學(xué)類比，在學(xué)習(xí)電場強度之前，已經(jīng)學(xué)過密度和電阻這兩個概念，我們來看這3個概念的定義式（如表1）。

表1 密度、電阻和電場強度概念類比

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通過這樣的類比，可以看出電場強度E描述的是電場的屬性，電場中是否存在試探電荷、試探電荷正負性以及試探電荷帶多少電量，電場強度都不會變化，它只和電場本身的性質(zhì)有關(guān)。我們還可以用生活中常見的情景來進行類比：把樹林中的小樹比作試探電荷，那電場強度就相當于風(fēng)的強度，小樹受到的風(fēng)的吹力就相當于試探電荷受到的力。那么我們知道，有沒有這些小樹風(fēng)的大小都不會改變，也就是電場中有沒有試探電荷的存在，電場本身的性質(zhì)不會改變。這樣進行類比創(chuàng)設(shè)出學(xué)生熟悉的物理、生活情境之后，電場強度這個概念就不那么抽象，學(xué)生就能更容易理解和掌握。

我們再來看一個例子，電勢能也是學(xué)生不容易理解和掌握的一個物理概念，我們可以用學(xué)生已經(jīng)熟悉的重力勢能和電勢能加以類比（如表2）。

表2 重力勢能和電勢能概念類比

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同樣，在電學(xué)中我們還可以將電流和水流進行類比，幫助理解電動勢的物理意義（如表3）。

表3 水流和電流概念類比

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通過這樣的一個類比過程，我們可以看出電源并不是電的產(chǎn)生源泉，它更像一個辛勤的運輸工人，不停地將處在低電位的正電荷運送到高電位，使得電路中保持有穩(wěn)定的電量，電源應(yīng)該是一種能量轉(zhuǎn)化裝置。我們就能這樣來定義電動勢：憑借其他形式的力將正電荷從低電位運送到高電位所做的功和運送的電荷的電量的比值，即ε=W■/q。通過類比方法，將電學(xué)中的電動勢和電流兩個重要且復(fù)雜的概念和學(xué)生已有的、熟悉的、易于理解的概念相聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)出一個學(xué)生更容易接受的教學(xué)情境，使學(xué)生更好地掌握這兩個物理概念。

2.2 在物理規(guī)律教學(xué)中運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過程的本質(zhì)聯(lián)系在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律性的反映，是物理概念間的必然聯(lián)系。掌握了物理規(guī)律，學(xué)生就能夠更深入透徹地理解物理概念。在中學(xué)物理教學(xué)中，教師不僅要能夠準確將基礎(chǔ)知識呈現(xiàn)給學(xué)生，還要能夠指導(dǎo)學(xué)生在“提出問題→猜想假設(shè)→驗證猜想→得出結(jié)論”這個科學(xué)探究過程中總結(jié)出物理規(guī)律，這樣可以幫助學(xué)生對物理規(guī)律有更深刻的理解，從而更好地解決實際問題。所以說，用類比方法為物理規(guī)律教學(xué)創(chuàng)設(shè)生動、形象的物理情境是十分有必要的。

我們來看一個例子，當研究分子間相互作用力的規(guī)律時，往往由于很抽象，學(xué)生很難理解這個規(guī)律，那我們可以用彈簧小球的模型創(chuàng)設(shè)情境進行類比（如圖1，表4）。

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圖1 彈簧小球模型

表4 彈簧小球的相互作用力與分子間相互作用力類比

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分子間是沒有“彈簧”的，但是通過這樣用類比建立的情境，我們就可以把分子之間同時存在的引力和斥力以及它們和分子間距的變化聯(lián)系起來，能夠獲得不錯的教學(xué)效果。

再來看一個例子：在研究靜電場規(guī)律的時候，由于很抽象，學(xué)生不能很好地理解電場力做功的相關(guān)規(guī)律，我們可以把學(xué)生學(xué)過的并且已經(jīng)能接受和掌握的重力場拿來和靜電場進行類比，創(chuàng)設(shè)出和已有知識類比的物理情境（如表5）。

表5 重力場和靜電場類比

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通過這樣的類比，可以幫助學(xué)生更好地認識靜電場的性質(zhì)。

2.3 在物理習(xí)題教學(xué)中運用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

現(xiàn)在的中學(xué)物理教學(xué)中越來越強調(diào)提高學(xué)生的綜合解題能力，要求學(xué)生不僅能夠熟練掌握各類題型的一般解題思路和方法，而且能夠?qū)W會知識和方法的遷移，不斷提高自己解決問題的能力。在習(xí)題教學(xué)中可以通過分析所研究問題的特征，并和熟悉的物理、生活模型相聯(lián)系，用類比法建立起相應(yīng)的教學(xué)情境，幫助學(xué)生找到解題方法。

在運動學(xué)中有這樣一類問題會難倒不少的學(xué)生：小河中水流速度恒定，小船在水中逆流前行，突然船上的一個木箱掉落水中，過一會船上的人發(fā)現(xiàn)了就立馬掉頭去找木箱，結(jié)果用了10 min找到了木箱。假設(shè)船掉頭所用時間忽略不計，并且小船在靜水中有一恒定速度，求從木箱掉落在水中直到最終被找到用了多長時間？遇到這類問題，許多學(xué)生會覺得題目本身缺少條件，沒有辦法解出正確答案。可是，我們可以構(gòu)建這樣一個類比的情景來幫助學(xué)生解題：假設(shè)一列火車以恒定速度行進，一個人在這列火車車廂中行進，某時刻不小心將手機掉落在火車地板上，過了10 min后才發(fā)現(xiàn)，他立即返回，假設(shè)人相對火車的速度始終不變，那么這里很容易就能想明白這個人還需要10 min才能找到手機。經(jīng)過這樣的類比過程，學(xué)生就可以想明白木箱從落水到被找到一共需要20 min。在這類問題中，一般要選取木箱或者河水作為參照物，這是解題的關(guān)鍵。

有時候我們還可以通過類比方法，把一些看起來不同的物理問題歸納到同一個物理模型當中。

我們來看這樣一道題：一只氣球以初速度v0勻速豎直上升，某時刻從氣球上掉落一物體，經(jīng)過時間t落到地面，假如v0=15 m/s，t=20 s，g=10 m/s2，求物體在離開氣球時氣球的高度。對于物體離開氣球之后的運動過程，可以用水平面或者斜面上的運動進行類比（如圖2，表6）。

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圖2 物體在豎直方向和斜面方向上的運動

表6 物體在豎直方向和斜面方向上的運動情況類比

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解答：設(shè)A點為坐標原點，v0方向為位移正方向，經(jīng)過t后位移為s，則

s=v0t-■gt2=15×20-■×10×202=-1700 m。

所以，當物體離開氣球時，和地面之間相距1700 m。

3 結(jié)束語

在新課改的大環(huán)境下，廣大物理教師要能夠重視、利用科學(xué)方法在中學(xué)物理教學(xué)中進行物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，其中類比方法的應(yīng)用最為廣泛，更要加以重視。教師首先要關(guān)注類比思維與方法在物理學(xué)發(fā)展中起到的重要作用，并且將類比方法在物理教學(xué)發(fā)展中的這些作用在日常的物理教學(xué)過程對學(xué)生加以滲透。在物理概念、規(guī)律以及習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的類比思維和提高他們用類比方法解決問題的能力，讓學(xué)生理解重要的物理概念、掌握重要的物理規(guī)律和解決物理難題。

要想正確、合理、高效地在中學(xué)物理教學(xué)中使用類比方法來構(gòu)建物理教學(xué)情境，教育工作者必須要從思想和行動上加以重視，加深自身對類比方法的理解認識以及提高在處理物理問題時運用類比的能力。同時，也要在運用類比建立物理情境的過程中同情境創(chuàng)設(shè)的原則等相關(guān)理論相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)出最符合教學(xué)需求的物理教學(xué)情境。

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（欄目編輯 李富強）