類比方法在科學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

鄭青岳

摘? ? 要：人對知識的理解是以原有的經(jīng)驗知識或新近獲得的經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)而建構(gòu)起來的。而從理解的角度看，類比則是人以習(xí)得的或新近獲得的易于理解的經(jīng)驗知識為新知識的理解提供支撐的一種方法。所以，在理解性教學(xué)中，類比方法能夠很好地扮演重要的角色，發(fā)揮獨(dú)特的作用，成為廣大教師樂于運(yùn)用的一種教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：類比;模型;理解;科學(xué)教學(xué)

人對知識的理解是以原有的經(jīng)驗知識或新近獲得的經(jīng)驗知識為基礎(chǔ)而建構(gòu)起來的。而從理解的角度看，類比則是人以習(xí)得的或新近獲得的易于理解的經(jīng)驗知識為新知識的理解提供支撐的一種方法。所以，在理解性教學(xué)中，類比方法能夠很好地扮演重要的角色，發(fā)揮獨(dú)特的作用，成為廣大教師樂于運(yùn)用的一種教學(xué)方法。那么，我們應(yīng)當(dāng)如何運(yùn)用類比方法幫助學(xué)生建構(gòu)對知識的理解呢？

一、用熟悉類比陌生

就像一個新人走進(jìn)你的朋友圈與你們結(jié)伴一樣，你們對他會懷有一種陌生感。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知時，也會因?qū)π轮哪吧粫r難以將它納入自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。教學(xué)中，如果教師能夠引導(dǎo)學(xué)生從自己的經(jīng)驗知識中找到與新知具有某種相似性的舊知，并用舊知類比新知，以此構(gòu)成理解新知的框架，學(xué)生便可借助舊知建構(gòu)起對新知的理解。

案例1? ?串聯(lián)電路和并聯(lián)電路

串聯(lián)電路和并聯(lián)電路是兩種最基本的電路，對于串、并聯(lián)電路的特點，可以用如圖1所示的我們所熟悉的兩座橋梁與道路的連接方式進(jìn)行類比。

在圖1甲中，兩座橋梁依次連接在一條道路中，人從A到達(dá)B只有一條通路。在道路的任一處（如圖中的a、b、c中的任一處）進(jìn)行阻隔，人都無法從A到達(dá)B。這可以類比如圖1丙的串聯(lián)電路：兩個燈泡通過導(dǎo)線依次連接在電路中，電流只有一條通路。在電路中任一處斷開（如打開開關(guān)S1、S2、S3中的任一個），電路中都沒有電流，燈泡都不會發(fā)光。

在圖1乙中，兩座橋梁并列連接在道路中，人從A可以通過其中任一座橋梁到達(dá)B。若在支路a或b處進(jìn)行阻隔，人無法從其中一座橋梁通過，但可以從另一座橋梁通過。若在干路上的任一處（如圖中的c、d中的任一處）進(jìn)行阻隔，人都無法從A處到達(dá)B處。這可以類比如圖1丁的并聯(lián)電路：兩個燈泡并列接在電路中，支路上的開關(guān)S1或S2只能控制一條支路的通斷，即控制一盞燈泡的亮暗;干路上的任一個開關(guān)（如S3或S4中的任一個）都能同時控制所有燈泡的亮暗。

二、用宏觀類比微觀

科學(xué)課程中，有許多涉及物質(zhì)微觀圖景的知識。由于微觀世界是人的感官無法直接感知的，需要依靠我們的想象。要讓學(xué)生“無中生有”地想象一個微觀世界的情景，并用微觀粒子的運(yùn)動及相互作用去解釋宏觀現(xiàn)象，有一定的難度。對此，可以借助與微觀世界情景類似的宏觀世界的情景進(jìn)行類比，以降低學(xué)生對微觀現(xiàn)象的理解難度。在科學(xué)教學(xué)中，用宏觀類比微觀的做法是十分常用的。例如，我們用黃豆和芝麻混合，芝麻進(jìn)入黃豆的空隙中，使得兩者的總體積減小，來類比水和酒精混合總體積減小，說明分子之間存在空隙;用宏觀運(yùn)動的水流類比微觀的自由電荷定向運(yùn)動形成的電流，等等。

案例2? ?布朗運(yùn)動

布朗運(yùn)動是對構(gòu)成物質(zhì)的微粒的無規(guī)則運(yùn)動的間接反映，猶如我們在生活中的“樹動知風(fēng)”。在教學(xué)布朗運(yùn)動知識時，要想學(xué)會滲透這種間接認(rèn)識事物的思想方法，教師也可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一番有趣的想象。

師：在一個足球場上進(jìn)行一場激烈的足球比賽，如果雙方足球運(yùn)動員都是隱形的，人們無法看到他們。那么，我們看到足球場上將是怎樣一番情景呢？

生：足球場上只有足球在運(yùn)動。

師：你看到的足球運(yùn)動有沒有規(guī)律？

生：沒有規(guī)律，我們此刻看到足球在某個位置，但卻無法預(yù)料下一個時刻將在哪個位置。

師：對于足球運(yùn)動的原因，你會怎樣想？

生：足球本身是不會運(yùn)動的，它也許是受到別的物體對它的撞擊才運(yùn)動起來的。

師：剛才的情景是我們想象的，生活中其實存在著類似的情景。將一塊干的面包片扔到魚池懸浮在池水中，突然面包片發(fā)生了無序的運(yùn)動。為什么面包片會突然發(fā)生無序的運(yùn)動呢？原來，懸浮在池水中的面包片受到魚池中來自四面八方的小魚的追啄，是各個方向小魚無規(guī)則的撞擊，才使它產(chǎn)生了無序的運(yùn)動。這里，面包片的運(yùn)動間接地反映了魚池中小魚的運(yùn)動。

接著介紹布朗運(yùn)動現(xiàn)象：懸浮在液體中的固體小顆粒不停地向四面八方做無規(guī)則的運(yùn)動。由于有了宏觀現(xiàn)象的類比作鋪墊，學(xué)生不難理解，懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動是由周圍的液體分子的碰撞引起的，它間接地反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動。

案例3? ?自由電子的熱運(yùn)動、定向運(yùn)動和電的傳播運(yùn)動

在一個電路中，開關(guān)閉合前，導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都在做無規(guī)則的熱運(yùn)動，熱運(yùn)動的平均速度為幾百千米每秒。當(dāng)開關(guān)閉合后，自由電子在無規(guī)則運(yùn)動上附加了一個定向運(yùn)動，定向運(yùn)動是非常緩慢的，其速度要小于1毫米每秒。對一般學(xué)生來說，對于微觀粒子這種“無規(guī)則運(yùn)動上附加一個定向運(yùn)動”比較抽象，難以在頭腦里對這種運(yùn)動建立清晰的圖像。對此，我們可以用“醉鬼運(yùn)動”的宏觀模型進(jìn)行類比：設(shè)想在某個廣場的某個燈柱上靠著一個醉鬼（誰也不知道他在什么時候怎么跑到這兒來的），他突然想起要回家，但由于喝得爛醉，他并不是徑直地往家里走去。他先朝一個方向走上幾步，然后換個方向再邁上幾步，如此這般，每走幾步就隨意折個方向（如圖2）[1]，因為毫無規(guī)則地走路，誰也不知道他下一步是朝哪個方向走。也就是說，他回家的行走似乎是跌跌撞撞、漫無方向的。有趣的是，他的頭腦似乎還保持著一絲的清醒，所以，雖然在廣場上他東跌西撞，走了好長時間，但還是會向家的方向逐漸地靠近。也就是說，他在東跌西撞的無規(guī)則的運(yùn)動之上還附加了一個趨近家里的定向運(yùn)動。

我們也可以用如圖3的“車廂里的蜜蜂運(yùn)動”的宏觀運(yùn)動來類比：設(shè)計在一節(jié)大車廂里有一群蜜蜂，而車廂非常緩慢地向前移動。對每一只蜜蜂來說，它相對于車廂的運(yùn)動是無規(guī)則的，但所有的蜜蜂都同時隨車廂向前做定向運(yùn)動。也就是說，蜜蜂的運(yùn)動就是劇烈的無規(guī)則運(yùn)動上附加了一個緩慢的定向運(yùn)動。