例談溫故而知新法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

牛超英+華雪俠

摘要：本文對類比法和猜想法的課堂教學(xué)模式進(jìn)行了一定的研究，一定深度地挖掘類比法和猜想法中溫故而知新的含義，提出了我們在教改中所實(shí)施的方案，結(jié)合探究式教學(xué)模式，使類比法和猜想法更易于操作。

關(guān)鍵詞：溫故而知新；類比法；猜想法；素材；模型

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）01-0221-02

從已經(jīng)掌握的技術(shù)知識和學(xué)科知識經(jīng)驗(yàn)及生活經(jīng)歷，經(jīng)教師的適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生比較容易得到較為準(zhǔn)確的結(jié)論判斷，進(jìn)而完成從經(jīng)驗(yàn)到概念、從概念到知識點(diǎn)的結(jié)論的過程，即從熟知或已有的知識體系出發(fā)，經(jīng)引導(dǎo)而產(chǎn)生新的概念或知識點(diǎn)的過程。

一、類比法

通過類比相似的知識體系或知識經(jīng)驗(yàn)而產(chǎn)生的新的知識結(jié)論的方法，即類比法。這類問題往往具有相似性，因此，比較容易得到新的知識結(jié)論。比如，電場的有源性，可從“飲水思源”等類比中悟出：從電場線是由電荷產(chǎn)生的基本概念推出，在靜電場中通過任一閉合曲面的電通量不等于零就意味著該曲面內(nèi)有產(chǎn)生電場線的源即電荷的結(jié)論。

1.構(gòu)建教材中的類比元素設(shè)計(jì)類比模型。為了在授課過程中取得預(yù)期的效果，就得選取合適的素材作為比較，同時(shí)還應(yīng)設(shè)計(jì)適合的引導(dǎo)方法，方能在授課中應(yīng)用自如、見到成效。我們稱之為“構(gòu)建類比元素設(shè)計(jì)類比模型”?？砂匆韵虏襟E進(jìn)行：（1）建構(gòu)教材中的可類比的知識點(diǎn)或知識系統(tǒng)為可類比“元素”或“模型”；（2）設(shè)計(jì)與可類比“元素”相適應(yīng)的類比素材；

（3）調(diào)研類比素材與學(xué)生已掌握的知識結(jié)構(gòu)是否相適應(yīng)；（4）設(shè)計(jì)類比素材與可類比“元素”間的引導(dǎo)系統(tǒng)。

2.師生合作完成探究。在上述工作完成之后，探究過程可按以下不同情況分別進(jìn)行：（1）概念性探究，此類探究比較簡單往往一步到位。例如：在進(jìn)行了真空中靜電場的有源性探究之后，真空中磁場的無源性的探究就水到渠成了，往往不等你話音落地，學(xué)生的答案就已經(jīng)出來了。（2）“理論”性探究，此類問題比較復(fù)雜，得經(jīng)過邏輯推理、運(yùn)算等方能得到答案，因此，需要分步引導(dǎo)才能完成。例如：（定軸轉(zhuǎn)動剛體）轉(zhuǎn)動定理一節(jié)的引導(dǎo)及探究過程是在教師的提問和學(xué)生的回答的互動過程中，可按如下過程分步進(jìn)行（所問問題均可畫圖說明或多媒體演示）：第一步復(fù)習(xí)直線“運(yùn)動定理”；第二步以個(gè)別簡單、具有連接“線量”和“角量”的公式作為突破口得到相應(yīng)的“角量”公式；第三步通過類比得到其他“角量”公式、定理等。

二、猜想法

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生由已掌握的知識經(jīng)驗(yàn)和邏輯判斷提出新的結(jié)論，即從舊知識體系中演變出的幾條路徑中，猜想出新的知識點(diǎn)或知識體系的結(jié)論的方法，就是猜想法。比如，學(xué)生在教師從牛頓第二定律F=■（F為質(zhì)點(diǎn)所受外力，p為質(zhì)點(diǎn)的動量）中力與動量間的數(shù)學(xué)關(guān)系中及力與力矩對“平動”和“轉(zhuǎn)動”作用規(guī)律的相似性的引導(dǎo)下，可以猜想出剛體做定軸轉(zhuǎn)動時(shí)的角動量定理為：M=■（M為剛體所受外力矩，為剛體的動量矩）。

（一）設(shè)計(jì)背景資料完善“數(shù)據(jù)”模型

猜想的關(guān)鍵是最后一步，因此，前期的準(zhǔn)備工作就顯得十分重要。所以補(bǔ)充資料完善“數(shù)據(jù)”模型為順利引導(dǎo)完成前期的探究做足準(zhǔn)備。

設(shè)計(jì)背景資料完善“數(shù)據(jù)”模型可按以下步驟進(jìn)行：（1）構(gòu)建具有啟發(fā)式或可類比的素材；（2）加工素材設(shè)計(jì)背景資料，完善“數(shù)據(jù)”模型；（3）研究“數(shù)據(jù)”模型間的邏輯關(guān)系；（4）按邏輯順序設(shè)計(jì)引導(dǎo)系統(tǒng)。

例如：“光的波粒二象性”一節(jié)的探究過程可按上述步驟為：（1）選取粒子間的相互作用規(guī)律作為具有啟發(fā)或可類比的素材；（2）把粒子間的作用擴(kuò)展為“同種類物質(zhì)”間的作用（規(guī)律）；（3）“數(shù)據(jù)”模型為“粒子間的作用”、“同種類物質(zhì)間的作用”、“不同種類物質(zhì)間的作用”及“選取的物質(zhì)種類如花粉等”，上述“邏輯”順序?yàn)?；“選取的物質(zhì)種類如花粉等”、“同種類物質(zhì)間的作用”、“不同種類物質(zhì)間的作用”及“粒子間的作用”；（4）按上述邏輯順序設(shè)計(jì)“數(shù)據(jù)”模型的引導(dǎo)、“數(shù)據(jù)”模型間的引導(dǎo)及必要的模擬“史實(shí)思維”引導(dǎo)作為引導(dǎo)系統(tǒng)。

（二）師生合作完成探究

在上述工作完成之后，探究過程可按以下不同情況分別進(jìn)行：

1.“概念性”探究，此類探究比較簡單。例如：應(yīng)用牛頓第二定律解題思路的第一步探究過程為：

A教師問：應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)，首先應(yīng)考慮什么？學(xué)生很可能無人應(yīng)答！

B教師又問：力的三要素是什么？答曰：（力的）大小、（力的）方向及（力的）作用點(diǎn)；

C教師問：力的作用點(diǎn)作用在那里？答曰：物體上；

D教師問：那么，應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí)，首先應(yīng)考慮什么？答曰：物體。

2.“理論”性探究比較復(fù)雜，得經(jīng)過邏輯推理、模擬類比等方能得到答案，因此，需要分步引導(dǎo)才能完成。例如：“光的波粒二象性”一節(jié)的引導(dǎo)及探究過程是在教師的提問和學(xué)生的回答的互動過程中，可按如下過程分步進(jìn)行（所問問題均可畫圖說明或多媒體演示）：第一步以花粉為例進(jìn)行“同種類物質(zhì)間的作用”方式的簡單討論；第二步以波線上某質(zhì)點(diǎn)為例進(jìn)行“不同種類物質(zhì)間的作用”方式的簡單討論；第三步粒子間的相互作用；第四步通過“同種類物質(zhì)間的作用”的作用方式提出光具有“波粒二象性”的猜想。

（1）以花粉為例進(jìn)行“同種類物質(zhì)間的作用”方式的簡單討論

①教師問：在春天，空氣中會有從許多植物上漂浮過來的微小顆粒，它們是什么？答曰：“花粉”；

②教師問：蘋果“花粉”會不會落到梨樹上？答曰：會的；

③教師問：于是蘋果梨就誕生了，對嗎？學(xué)生先是哄堂大笑，然后答曰：不會的；

④教師問：你們覺得其會產(chǎn)生結(jié)果的規(guī)律是什么？答曰：同類植物的“花粉”與其作用才會有結(jié)果；

⑤教師問：也就是說，同類物質(zhì)具有明顯的相互作用規(guī)律或特定的相互作用規(guī)律，是這樣嗎？答曰：是的；

（2）以波線上某質(zhì)點(diǎn)為例進(jìn)行“不同種類物質(zhì)間的作用”方式的簡單討論

①教師問：波線上的某質(zhì)點(diǎn)作什么運(yùn)動？答曰：“振動”；

②教師問：振動的能量由什么來決定？答曰：震源的輸出能量；

③教師問：如果震源的輸出能量減小，該質(zhì)點(diǎn)所獲得的能量會如何？答曰：減小；

④教師問：此時(shí)該質(zhì)點(diǎn)的振幅如何變化？答曰：減小；

⑤小結(jié)：波對粒子的作用使粒子表現(xiàn)的方式為振動，其能量或振幅的大小隨波的輸出能量的大小而變化。

3.粒子間的相互作用方式的簡單討論：

①教師問：粒子間的相互作用方式屬于“不同種類物質(zhì)間的作用”嗎？答曰：不是，屬于“同種類物質(zhì)間的作用”；

②教師問：當(dāng)兩粒子碰撞結(jié)束后，如不考慮其他因素，其運(yùn)動狀態(tài)和能量均保持穩(wěn)定嗎？答曰：是的；

③教師問：如果不考慮其他因素，兩粒子碰撞結(jié)束后，作何運(yùn)動？答曰：勻速直線運(yùn)動；

④小結(jié)：兩粒子碰撞結(jié)束后，均作勻速直線運(yùn)動其能量（機(jī)械能）的大小不再變化。

4.“波粒二象性”的猜想的探究：

①教師問：就目前你們所掌握的知識來判斷，光屬于粒子嗎？答曰：不是，光屬于“波”；

②教師問：在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)弱不同但頻率（滿足紅線頻率條件）相同的光照射到金屬表面上均能產(chǎn)生狀態(tài)完全相同的實(shí)物“粒子”（電子）嗎？答曰：是的；

③教師問：在這種情況下，你覺得光和粒子屬于“不同種類物質(zhì)間的作用”嗎？答曰：不是的；

④教師問：也就是說光具有什么屬性？答曰：粒子屬性。

⑤全段小結(jié)：光既有波動性又有“粒子”性即光有“波粒二象性”。

三、總結(jié)

溫故而知新是學(xué)生在學(xué)習(xí)知識、鞏固知識及提高學(xué)習(xí)效率中必不可少的方法之一。其授課有很多種方式：類比法、猜想法、還原法、追蹤溯源法、積木法及邏輯思維法等，其中類比法和猜想法是比較常見的兩種方法，我們在這里的討論只是拋磚引玉，希望大家能把這祖宗留下來的傳承精髓發(fā)揚(yáng)光大，挖掘出更多、更好的方式來為提高我們的教育質(zhì)量服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉克哲，張承琚.物理學(xué)[M]北京：高等教育出版社，2005.

[3]張三慧.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

Application Examples to Explain the Method to Review Old Knowledge Discovery of New Knowledge in the Teaching of University Physics

NIU Chao-Ying，Hua Xue-xia

（School of physics and Electronic Engineering，Xianyang Teacher's College，Xianyang，Shaanxi 712000，China）

Abstract：In this paper，through the study of analogy and guess the idea of classroom teaching mode，certain depth mining analogy method and guess method to review old knowledge to explore the meaning of new knowledge proposed we in the reform of the implementation of the scheme，with inquiry teaching mode，make the analogy method and guess method more easy to operate.

Key words：Review Old KnowledgeTo Explore New Knowledge；analogy method；guess method；material；model