巧用類比法降低學(xué)習(xí)難度

鄭琦 王健

摘 要：在上海教育出版社八年級(jí)第二學(xué)期第五章第一節(jié)“溫度 溫標(biāo)”的課堂授課中，將溫度的測(cè)量原理類比力的測(cè)量原理，用類比法學(xué)習(xí)抽象物理量測(cè)量中的轉(zhuǎn)換法，降低學(xué)習(xí)難度；將溫標(biāo)的規(guī)定類比其他物理量“基準(zhǔn)”的規(guī)定，通過(guò)類比歸納幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)測(cè)量的含義。

關(guān)鍵詞：類比法；攝氏溫標(biāo)；測(cè)量

依據(jù)中學(xué)生概念掌握規(guī)律，使學(xué)生形成一個(gè)新的物理概念，首先要使學(xué)生獲得必要的感性認(rèn)識(shí)，關(guān)鍵要讓感性認(rèn)識(shí)上升到理性層面，最后再明確概念的物理意義。以上海教育出版社八年級(jí)物理中《溫度 溫標(biāo)》這節(jié)課為例，對(duì)于“溫度”這一物理概念，學(xué)生不缺乏感性的認(rèn)識(shí)，由冷暖感覺(jué)的“經(jīng)驗(yàn)性觀念”上升到溫度溫標(biāo)的“科學(xué)概念”是學(xué)生的思維難點(diǎn)；本文利用類比法創(chuàng)新教學(xué)過(guò)程，幫助學(xué)生完成思維過(guò)渡。

一、 攝氏溫標(biāo)

本課首先定義溫度的概念，然后確定測(cè)量溫度的方法。測(cè)量是進(jìn)行可靠的定量比較。因此，測(cè)量溫度，首先要確定一致公認(rèn)的溫標(biāo)，即溫度的“標(biāo)尺”或“基準(zhǔn)”，用來(lái)測(cè)量溫度所規(guī)定的一定的、標(biāo)準(zhǔn)劃分的單位。就像測(cè)量物體的長(zhǎng)度要規(guī)定長(zhǎng)度標(biāo)尺（如一米）一樣，溫標(biāo)也是一種人為的規(guī)定，但是與長(zhǎng)度標(biāo)尺相比，規(guī)定溫標(biāo)要復(fù)雜得多。

對(duì)于任何構(gòu)造的溫度計(jì)，首先要選擇一種測(cè)溫物質(zhì)，在測(cè)溫過(guò)程中使一定量的這種測(cè)量物質(zhì)與待測(cè)體系達(dá)成熱平衡。第二要選擇一種測(cè)溫性質(zhì)，在達(dá)到熱平衡后測(cè)量這種性質(zhì)以標(biāo)示待測(cè)體系的溫度（也是測(cè)溫物質(zhì)的溫度）。以常用的水銀溫度計(jì)為例，一定量的水銀為測(cè)溫物質(zhì)，水銀的體積V（在毛細(xì)管中，表現(xiàn)為水銀柱的長(zhǎng)度）為測(cè)溫性質(zhì)。把水銀每個(gè)不同的體積Vi規(guī)定為不同的溫度值θ，規(guī)定方式是任意的，最簡(jiǎn)單的方法是規(guī)定V與溫度θ之間有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。這種溫標(biāo)取決于特定物質(zhì)的特定性質(zhì)，如水銀的熱膨脹性質(zhì)。如果用酒精代替水銀，由于不同物質(zhì)在熱膨脹性質(zhì)上的差異，它們標(biāo)示的溫度也顯著不同，為了客觀描述溫度，還需要對(duì)不同溫度計(jì)（如酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)）進(jìn)行校正。而最簡(jiǎn)單的校正方法，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度和沸水的溫度作為“標(biāo)尺”，再依據(jù)線性關(guān)系規(guī)定不同溫度值。

在初中物理教學(xué)中，一方面，需要學(xué)生參與到科學(xué)抽象的過(guò)程，由感性上升到理性認(rèn)識(shí)，另一方面，由于初中生的知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平有限，需要對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，并利用類比法改進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程，降低學(xué)習(xí)難度。

二、 類比法在課堂教學(xué)中的運(yùn)用

（一） 類比法

類比是指兩個(gè)物理量及描述兩個(gè)物理量的模型具有相似性的條件下，可在聯(lián)想的基礎(chǔ)上，對(duì)異常、未知的事物（研究對(duì)象）與尋常、熟悉的事物（類比對(duì)象）進(jìn)行對(duì)比，分析兩個(gè)對(duì)象之間的類似性或相似性關(guān)系，根據(jù)已知對(duì)象的某種性質(zhì)推斷出未知對(duì)象相應(yīng)性質(zhì)的一種方法。

（二） 攝氏溫標(biāo)建立過(guò)程

攝氏溫標(biāo)的建立過(guò)程分為三步。

第一步，引入“溫度”概念。采用教材中的環(huán)節(jié)，學(xué)生將手放入冷水和熱水中，再將兩只手放入同一盆溫水中，判斷兩杯水的冷熱。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)目的是通過(guò)認(rèn)知沖突，使學(xué)生體會(huì)到，人體對(duì)冷熱的感覺(jué)是不準(zhǔn)確的，因此需要引入溫度這一物理量來(lái)客觀地描述物體的冷熱程度。

第二步，發(fā)現(xiàn)測(cè)量原理。這一步解決的問(wèn)題是如何測(cè)量溫度。不同于“長(zhǎng)度測(cè)量”，溫度是看不見(jiàn)摸不著的，需要轉(zhuǎn)化為某個(gè)物體的物理量——液體體積（液柱長(zhǎng)度）的變化來(lái)體現(xiàn)溫度的高低。傳統(tǒng)教學(xué)中，只是通過(guò)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了液體的熱脹冷縮，并直接將這一原理運(yùn)用到測(cè)量中，學(xué)生幾乎不可能抽象出轉(zhuǎn)化的物理思想。通過(guò)類比學(xué)生過(guò)去學(xué)過(guò)的物理量的測(cè)量，就可以達(dá)到降低學(xué)習(xí)難度、掌握科學(xué)方法的目的。初中階段學(xué)習(xí)到的物理量中，可以將溫度測(cè)量與力的測(cè)量相類比，類比方式見(jiàn)表1。具體的類比過(guò)程中，要通過(guò)力的大小的測(cè)量引導(dǎo)學(xué)生想到：如果要測(cè)量的物理量是抽象的，那么需要用其他物體可見(jiàn)的物理量的變化來(lái)反映要測(cè)物理量的大小。

教學(xué)片斷：

師：我們已經(jīng)知道溫度是指物體的冷熱程度，可冷熱程度看不見(jiàn)摸不著，只是一種感覺(jué)，這種感覺(jué)如何測(cè)量呢？

之前我們還學(xué)過(guò)一個(gè)物理量，同樣也是看不見(jiàn)摸不著的，就是力。力的定義是？

生：力是物體間的相互作用。

師：力是如何測(cè)量的？

生：用彈簧測(cè)力計(jì)。

師：彈簧測(cè)力計(jì)是怎么體現(xiàn)力的大小的？

生：彈簧被拉伸得越長(zhǎng)，力就越大。

師：這是運(yùn)用了什么原理？

生：（思考后回答）力可以改變物體的形狀。

師：溫度的高低，能不能也使物體發(fā)生一些看得見(jiàn)的變化，方便我們判斷呢？每個(gè)小組有一杯熱水、一杯冷水、吸管和密封的口服液小瓶，請(qǐng)同學(xué)們帶著問(wèn)題動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究。

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)）

生：將吸管插到口服液中，溫度高可以使瓶子中的液體膨脹，吸管中液面變高，溫度低使瓶子中液體收縮，吸管中液面變低?？次苤幸好娓叩蛠?lái)判斷溫度高度。

在師生問(wèn)答過(guò)程中，整理板書(shū)如表1。

第三步，經(jīng)歷定標(biāo)過(guò)程。學(xué)生要完成由定性到定量的深化，關(guān)鍵是回歸到測(cè)量的本質(zhì)：進(jìn)行可靠的定量比較，即解決兩個(gè)問(wèn)題問(wèn)題是：和誰(shuí)比？怎么比？傳統(tǒng)教學(xué)中直接告知學(xué)生溫度的測(cè)量基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物和沸水的溫度，學(xué)生很難明白基準(zhǔn)的含義、為什么選擇這兩個(gè)溫度作為基準(zhǔn)。通過(guò)類比歸納已知物理量的測(cè)量基準(zhǔn)，找出共同點(diǎn)，學(xué)生可以很輕松地明白：測(cè)量基準(zhǔn)必須保證對(duì)應(yīng)的物理量恒定不變；進(jìn)而可以順利地理解選擇這兩個(gè)溫度的意義。具體類比過(guò)程見(jiàn)表2。

教學(xué)片斷：

師：請(qǐng)回憶一下上學(xué)期學(xué)習(xí)的內(nèi)容，回答：測(cè)量的目的是什么？

生：進(jìn)行可靠的定量比較。

師：和誰(shuí)進(jìn)行比較呢？閱讀材料，復(fù)習(xí)回憶測(cè)量長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間時(shí)，是和誰(shuí)比較的？

（學(xué)生閱讀提前準(zhǔn)備好的材料，并回答問(wèn)題）

師：為什么和這些量進(jìn)行比較？這些量有什么特點(diǎn)？

生：（結(jié)合材料）這些量都很穩(wěn)定，而且不會(huì)因?yàn)橥饨绲淖兓l(fā)生改變。

師：所以測(cè)量溫度時(shí)，我們也要選擇穩(wěn)定的、不變的溫度來(lái)比較。這里老師介紹兩個(gè)溫度……

到這里解決了和誰(shuí)比的問(wèn)題，接下來(lái)就要解決怎么比的問(wèn)題了。

用玻璃瓶代替玻璃泡，軟管代替毛細(xì)管，內(nèi)置食用油，制作教具如圖1所示?，F(xiàn)將玻璃瓶放入冰水混合物中，待示數(shù)穩(wěn)定后再放入沸水中，觀察液柱的上升，引導(dǎo)學(xué)生完成定標(biāo)。

教學(xué)片斷：

師：將玻璃瓶放到冰水混合物中，等待油柱穩(wěn)定，標(biāo)出位置，這里就規(guī)定為0℃。再將玻璃瓶放到沸水中，等待油柱穩(wěn)定……（學(xué)生觀察油柱因受熱膨脹而上升）標(biāo)出位置，這里就規(guī)定為100℃。請(qǐng)思考，怎么定義1℃？

生：把0℃標(biāo)示的位置和100℃標(biāo)示的位置平分100份，每一份就是1℃。

師：請(qǐng)同學(xué)們利用刻度尺標(biāo)出50℃、75℃和-10℃的位置。

……

（三） 教學(xué)反思

概念教學(xué)的根本，是要學(xué)生明確概念的物理意義，因此要在每個(gè)活動(dòng)開(kāi)始明確為什么引入這個(gè)活動(dòng)。

“由感性上升到理性”是物理概念形成的關(guān)鍵步驟，既不能為了簡(jiǎn)化知識(shí)而放棄思維訓(xùn)練，也不能讓思維過(guò)程超過(guò)初中生的認(rèn)知水平，通過(guò)類比遷移法，可以用學(xué)生已經(jīng)掌握的、相對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)的思維方法去充分參與理解新的、更加抽象的知識(shí)，進(jìn)行透徹的定性分析，自然地得出定量的歸納。

三、 結(jié)束語(yǔ)

本節(jié)課在八年級(jí)物理第二學(xué)期的教材中位于第五章第一節(jié)的位置，起著承上啟下的重要作用。本冊(cè)書(shū)涉及第四章《機(jī)械與功》和第五章《熱與能》，前者是宏觀知識(shí)體系，對(duì)學(xué)生抽象水平要求較低，而后者是微觀知識(shí)體系，對(duì)學(xué)生的抽象水平有較高的要求。本節(jié)課巧用類比培養(yǎng)學(xué)生將感性的東西和理性的東西由“分離”到“融合”的思維方法，有效降低了學(xué)習(xí)難度，幫助學(xué)生更好地完成兩章內(nèi)容的過(guò)渡，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，達(dá)到新課標(biāo)的學(xué)習(xí)水平要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬際平.物理學(xué)習(xí)心理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1991.

作者簡(jiǎn)介：

鄭琦，王健，上海市，東華大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校。