高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生類比思維的策略研究

魏國(guó)琦

【摘要】類比思維，作為一種非邏輯的思維方法，它是在綜合了直覺(jué)思維、形象思維、感性思維的基礎(chǔ)上而形成的一種非邏輯的思維方式，是一種創(chuàng)造性思維形式。在高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的類比思維，有助于學(xué)生的科學(xué)探究精神與創(chuàng)新人格的培養(yǎng)。本文在概述類比思維概念及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)教學(xué)實(shí)踐探討當(dāng)前高中物理教學(xué)中類比思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，繼而結(jié)合具體課堂案例提出培養(yǎng)高中生類比思維的策略。

【關(guān)鍵詞】高中物理? 類比思維? 創(chuàng)造性思維? 問(wèn)題解決

【中圖分類號(hào)】G633.7?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】2095-3089（2020）30-0123-02

序言

類比思維，是創(chuàng)造性思維的一種形式，它強(qiáng)調(diào)在對(duì)事物的認(rèn)知與理解、探究與發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，盡可能地抽象概括出該事物的本質(zhì)，并通過(guò)比較分析的方法，將該事物和另一個(gè)與之有相近特征的事物進(jìn)行比較分析，以發(fā)現(xiàn)兩者之間的共通之處或相似點(diǎn)，結(jié)合已知事物的對(duì)應(yīng)特征，來(lái)對(duì)所研究的事物進(jìn)行觀察與分析。隨著類比思維內(nèi)涵的不斷發(fā)展，其外延也發(fā)生了相應(yīng)的變化，類比思維除了用于研究具體的事物，也用于研究現(xiàn)象、過(guò)程、方法、事理等抽象的概念。類比思維應(yīng)用到高中物理教學(xué)中，能夠有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展，從總體上提升學(xué)生的思維品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

高中物理涉及到的概念較多、知識(shí)系統(tǒng)性強(qiáng)、問(wèn)題復(fù)雜難懂，如果單純依靠教師的講授，很難讓學(xué)生深入理解其知識(shí)背后的思維架構(gòu)，而生動(dòng)的教學(xué)情境也僅僅是為學(xué)生知識(shí)理解與問(wèn)題分析提供外部支持，并不能從思維層面提供教學(xué)支架，離開(kāi)了思維層面的教學(xué)支架就不能有效降低理解難度，不能充分發(fā)展學(xué)生的思維品格與關(guān)鍵能力。這時(shí)，如果教師能夠借助一個(gè)簡(jiǎn)單及時(shí)的類比思維，通過(guò)類比思維來(lái)引導(dǎo)學(xué)生重新建構(gòu)新舊知識(shí)的聯(lián)系，將進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新性思維的發(fā)展。鑒于此，本文在綜合闡述類比思維培養(yǎng)在高中物理教學(xué)中的可能性與必要性的基礎(chǔ)上，分析當(dāng)前物理課堂中的類比思維的應(yīng)用現(xiàn)狀及原因，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從精準(zhǔn)分析學(xué)情特點(diǎn)、采用科學(xué)探究模式、適當(dāng)引入典型例題、充分利用科學(xué)史料四個(gè)方面探討類比思維在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用分析。

一、高中物理教學(xué)中滲透類比思維培養(yǎng)的可能性與必要性

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》明確將“學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)研究方法解決一些問(wèn)題”列為高中物理課程的總目標(biāo)。類比思維作為一種基本而實(shí)用的科學(xué)思維方式，往往能夠使學(xué)生在物理探究的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)例題等的分析與掌握，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的效果，許多教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的高中物理老師，常常將類比思維引入到高中物理課堂中，并將其作為評(píng)價(jià)學(xué)生的自主、合作、探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要衡量基準(zhǔn)之一。這為高中物理教學(xué)中滲透類比思維的培養(yǎng)提供了理論依據(jù)與現(xiàn)實(shí)可能性。

高中生正處于發(fā)展創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、促進(jìn)創(chuàng)新人格形成的關(guān)鍵期。在高中物理教學(xué)中，運(yùn)用類比思維一方面體現(xiàn)了教育規(guī)律的內(nèi)在要求，另一方面有效地促進(jìn)了學(xué)生的思維習(xí)慣及思維能力的發(fā)展?？梢哉f(shuō)，培養(yǎng)類比思維實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，也是直覺(jué)思維、形象思維、抽象思維三者相互統(tǒng)一的過(guò)程。這構(gòu)成了高中物理教學(xué)中滲透類比思維培養(yǎng)現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與理論必要性。

二、高中物理教學(xué)中關(guān)于類比思維的應(yīng)用現(xiàn)狀及原因分析

在高中物理教學(xué)中，應(yīng)用類比思維主要包含了以下步驟：確定目標(biāo)問(wèn)題;引入類比對(duì)象;分析相似特征;提出猜想與假設(shè);具體論證并檢驗(yàn);評(píng)估與實(shí)際應(yīng)用。然而， 當(dāng)前高中物理教學(xué)中對(duì)類比思維的培養(yǎng)與應(yīng)用現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。首先，對(duì)類比思維的應(yīng)用范圍較為窄化，多局限于某種類型的知識(shí)講授。大多數(shù)教師選擇講授抽象的物理概念、公式、定理時(shí)，選擇使用類比思維，幫助學(xué)生理解。其次，類比思維的培養(yǎng)途徑有限。教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、學(xué)科視野開(kāi)闊的物理老師往往會(huì)通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境等方式，滲透類比思維的培養(yǎng)。再次，類比思維與知識(shí)建構(gòu)的聯(lián)系不夠緊密。有的教師由于學(xué)科框架體系的建構(gòu)不足，在講授練習(xí)題時(shí)，有效的知識(shí)建構(gòu)與前后類比較少，導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)框架建立得不夠完善，物理分析能力相對(duì)薄弱。

三、高中物理教學(xué)中關(guān)于類比思維的應(yīng)用策略

1.精準(zhǔn)分析學(xué)情特點(diǎn)，擴(kuò)展類比思維的范圍

高中物理的知識(shí)特點(diǎn)及教材編排，給學(xué)生的思維習(xí)慣及思維品質(zhì)的培養(yǎng)提出了較高的要求。如果教師能夠從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，將日常生活中的物理現(xiàn)象以教學(xué)情境的方式呈現(xiàn)在高中物理課堂中，將會(huì)極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒及感性思維，使其積極主動(dòng)地參與到物理探究中來(lái)。比如，在關(guān)于摩擦力的教學(xué)中，教師演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生思考摩擦力形成的條件：①接觸面粗糙;②相互接觸的物體間有彈力;③接觸面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。然后在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生采用類比思維進(jìn)行思考，聯(lián)系日常生活中的各種摩擦力現(xiàn)象，如上坡行駛的汽車、二胡的弓部涂松香、機(jī)器中的滾動(dòng)軸承等，讓學(xué)生運(yùn)用類比思維分析汽車上坡比平地行駛的難度大、二胡弓部要涂松香、機(jī)器安裝滾動(dòng)軸承并涂潤(rùn)滑油等生活現(xiàn)象背后的物理力學(xué)原理，嘗試從摩擦力的角度進(jìn)行科學(xué)解釋。這樣，教師通過(guò)類比思維的培養(yǎng)，改變了傳統(tǒng)的高中物理課堂枯燥無(wú)趣的刻板印象，給學(xué)生耳目一新的感受。同時(shí)，讓學(xué)生通過(guò)日常生活中的物理現(xiàn)象入手，一方面有利于他們快速進(jìn)入對(duì)物理知識(shí)的理解與建構(gòu)，另一方面能夠通過(guò)類比思維幫助學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)方法與思維特點(diǎn)。因此，在高中物理教學(xué)中，教師要精準(zhǔn)分析學(xué)情特點(diǎn)，側(cè)重類比思維的培養(yǎng)，要注重將生活中的現(xiàn)象移到課堂中，利用生動(dòng)的生活現(xiàn)象加深學(xué)生對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的興趣，讓物理知識(shí)更加簡(jiǎn)單、更加有趣。

2.采用科學(xué)探究模式，提出類比思維的特征

結(jié)合日常生活現(xiàn)象及規(guī)律，充分挖掘物理課程資源，讓學(xué)生對(duì)教材知識(shí)體系、典型物理現(xiàn)象等進(jìn)行聯(lián)系思考，運(yùn)用科學(xué)的探究模式分析事物、概念、規(guī)律之間的相似性特征，將學(xué)生類比思維的培養(yǎng)與基礎(chǔ)知識(shí)的掌握聯(lián)系起來(lái)。比如在摩擦力教學(xué)中，教師先讓大家做個(gè)互動(dòng)小游戲：讓學(xué)生來(lái)到墻邊，按照指令做動(dòng)作，演示給大家看：身體挺直站立，背部及雙腿緊貼墻面站直。單腳抬起并向前邁步，其他部位保持原來(lái)的姿勢(shì)不動(dòng)，你能否邁出去腳？不能。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：公園里蹦蹦跳跳的孩子，馬路上的匆匆行人，操場(chǎng)上跑步鍛煉的學(xué)生，這一幕幕告訴我們，走路是再平常不過(guò)的日?，F(xiàn)象。你是否思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題：為什么人可以走路？教師可以讓學(xué)生采用類比思維，聯(lián)系爬坡的汽車、洗碗的鋼絲球等分析摩擦力的特點(diǎn)及作用。在此基礎(chǔ)上，明確：人之所以能夠行走，是因?yàn)槟_與地面產(chǎn)生了摩擦力，人通過(guò)鞋子給地面施加一個(gè)向后的力，而地面也給人施加一個(gè)向前的力，即作用力與反作用力，這個(gè)向前的反作用力構(gòu)成了摩擦力，正是摩擦力的出現(xiàn)才改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。現(xiàn)實(shí)生活中，人們穿的登山鞋，就是通過(guò)接觸面粗糙的鞋底設(shè)計(jì)，來(lái)增大摩擦力，適當(dāng)減輕人的行走困難。再如，在關(guān)于“電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度”的教學(xué)中，為了讓學(xué)生理解并掌握“電場(chǎng)”的概念，為接下來(lái)的電場(chǎng)強(qiáng)度的學(xué)習(xí)形成基礎(chǔ)，教師聯(lián)系舊的知識(shí)，讓學(xué)生從力學(xué)的重力場(chǎng)入手，通過(guò)類比思維進(jìn)入到重力場(chǎng)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，由重力勢(shì)能類比推導(dǎo)得出，電場(chǎng)具有電場(chǎng)勢(shì)能，進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)庫(kù)侖力概念的理解與把握。

3.適當(dāng)引入典型例題，強(qiáng)化類比思維的運(yùn)用

類比思維在分析與解決問(wèn)題的過(guò)程中運(yùn)用得最為突出。在高中物理教學(xué)中，教師適當(dāng)引入典型例題，讓學(xué)生從已知問(wèn)題與未知問(wèn)題中尋求兩者之間相似性特征，進(jìn)而通過(guò)相似性特征求解，從根本上強(qiáng)化學(xué)生對(duì)類比思維的運(yùn)用。比如，類平拋運(yùn)動(dòng)的典型問(wèn)題：質(zhì)量為1kg的質(zhì)點(diǎn)，在水平面內(nèi)沿著x軸的正方向上在幾個(gè)共點(diǎn)力的一同作用下以一定的速度做著勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，突然撤去其沿著y軸正方向的力，這個(gè)力為5N，但是保持其它力的方向不變，問(wèn)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)2s的運(yùn)動(dòng)到達(dá)了何處？這個(gè)時(shí)候質(zhì)點(diǎn)的速度應(yīng)當(dāng)是多少，方向如何？如果運(yùn)用類比思維對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)題目中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)類型與平拋運(yùn)動(dòng)中的水平初速度和重力方向垂直的特點(diǎn)基本一致，由此可以推斷這里的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)類型屬于類平拋運(yùn)動(dòng)。這樣，學(xué)生便能夠用平拋運(yùn)動(dòng)的解題方法來(lái)思考這一問(wèn)題，其答案便迎刃而解。除了運(yùn)用類比思維審題，還可以運(yùn)用類比思維解題，如雙星問(wèn)題的解答，根據(jù)在天體運(yùn)動(dòng)中雙星的概念知道，兩星質(zhì)量其中一個(gè)為M1，另一個(gè)為M2，二者之間的距離為L(zhǎng)，求出兩個(gè)星各自的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑以及角速度大小。為了更好地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這道問(wèn)題進(jìn)行解答，教師可以先呈現(xiàn)簡(jiǎn)單易懂的例題：A、B兩名滑冰運(yùn)動(dòng)員，他們面對(duì)面拉著彈簧秤并做圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的滑冰表演，AB兩人之間的距離為0.8m，彈簧秤的示數(shù)為8.6N，這兩人的質(zhì)量分別為80kg和40kg，需要求解A、B兩人在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度、角速度以及半徑。這是學(xué)生熟悉的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)分析，學(xué)生很快就可以得出這兩人圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、向心力大小相等，通過(guò)此題的對(duì)比，學(xué)生對(duì)此題的理解就變得深入準(zhǔn)確，也能很好地結(jié)合不同的題目來(lái)強(qiáng)化類比思維的培養(yǎng)與創(chuàng)新能力的發(fā)展。再如在學(xué)習(xí)有關(guān)負(fù)電荷電勢(shì)能大小的問(wèn)題時(shí)，可根據(jù)已知的電勢(shì)能的計(jì)算公式，類比推導(dǎo)出負(fù)電荷的電勢(shì)能計(jì)算方法。由此可見(jiàn)，運(yùn)用類比思維分析物理典型例題，從中找出他們的相似性特征，根據(jù)相似性特征探究并得出某一類型的問(wèn)題的解法及類似問(wèn)題的推導(dǎo)過(guò)程，為物理問(wèn)題的順利解決提供線索。

4.充分利用科學(xué)史料，豐富類比思維的載體

科學(xué)史上的物理學(xué)家運(yùn)用類比思維進(jìn)行科學(xué)攻關(guān)并取得重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的故事，既豐富了學(xué)生關(guān)于物理學(xué)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，也從情感態(tài)度價(jià)值觀的角度對(duì)學(xué)生形成激勵(lì)，使其樹(shù)立運(yùn)用類比思維進(jìn)行科學(xué)探究的信心。比如在自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中，引入伽利略的實(shí)驗(yàn)。在豐富的物理學(xué)史料的基礎(chǔ)上，教師順勢(shì)啟發(fā)學(xué)生思考：對(duì)比飄零的樹(shù)葉，還有從天而降的冰雹，你是否也有這樣的生活經(jīng)驗(yàn)：質(zhì)量較大的冰雹下落的速度，要比質(zhì)量較小的落葉下落的速度快。由此得出解決，兩個(gè)質(zhì)量不等的物體同時(shí)由同一高度自由落下，質(zhì)量大的物體下落速度快。其實(shí)，這是一種錯(cuò)誤的結(jié)論。千百年前的科學(xué)家伽利略就用實(shí)驗(yàn)證明了這一結(jié)論的荒謬性， 你能否運(yùn)用物理學(xué)知識(shí)來(lái)加以解釋。教學(xué)實(shí)踐表明，豐富的物理學(xué)史料能夠加深學(xué)生對(duì)物理科學(xué)的認(rèn)識(shí)，將學(xué)生的人文觀念與類比思維融合起來(lái)，能夠幫助學(xué)生聯(lián)系生活常識(shí)經(jīng)驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，使其借助新舊物理知識(shí)和概念的聯(lián)系來(lái)理解并解決類似物理習(xí)題。這樣一來(lái)，高中物理的學(xué)習(xí)就會(huì)變得有趣且容易許多。

結(jié)語(yǔ)

類比思維在高中物理教學(xué)中運(yùn)用較為典型，也最為常見(jiàn)。引入類比思維，不僅是物理教學(xué)的必然要求，也是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、培養(yǎng)思維習(xí)慣、形成創(chuàng)新能力的必不可少的創(chuàng)新思維模式之一?；诖?，探索高中物理教學(xué)中的類比思維的運(yùn)用特點(diǎn)及策略，為學(xué)生進(jìn)行自主、合作、探究式學(xué)習(xí)提供思維方法與探究模式，是當(dāng)前高中物理課堂改革的重點(diǎn)之一。因此教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)中的類比思維能力，使學(xué)生掌握探究新知、提高素養(yǎng)、發(fā)現(xiàn)真理的思維方法，以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)中的自主探究能力，從根本上提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬金芳.高中物理教學(xué)中培養(yǎng)類比思維的策略研究[J].學(xué)周刊，2016（28）：50-51.

[2]徐衛(wèi)兵.中學(xué)物理中“類比思想”的教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013（10）：54-56.

[3]杜素峰，朱文軍.淺談?lì)惐确ㄔ诔踔形锢斫虒W(xué)中的應(yīng)用[J].物理教師，2013（09）：34-35.