物理概念教學(xué)中“故事+類比”的應(yīng)用

張?zhí)锾? 孫茂珠

摘 要：借助故事類比的教學(xué)方式提高課堂趣味，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力，觀察能力、知識(shí)遷移能力等。通過對(duì)具體案例的探討分析，故事類比法在教學(xué)設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)該注意要貼近學(xué)生的日常生活，避免出現(xiàn)與學(xué)生的日常環(huán)境出入較大的故事。同時(shí)故事的選取要有針對(duì)性，能引導(dǎo)學(xué)生基于故事，類比得出相關(guān)概念。

關(guān)鍵詞：類比法 功率 教學(xué)設(shè)計(jì)

引言

2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下統(tǒng)稱“新課標(biāo)”）指出：教學(xué)要遵循教育教學(xué)規(guī)律和學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，貼近學(xué)生的思想、學(xué)習(xí)、生活實(shí)際，充分反映學(xué)生的成長需要，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生主動(dòng)地、生動(dòng)活潑地發(fā)展。

類比法是物理上常見的一種方法，其基本思想為：異中求同，同中察異。利用不同研究對(duì)象之間的相同點(diǎn)，由已知事物得出未知事物。在教學(xué)過程中合理地采用類比進(jìn)行教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生采用科學(xué)思維解決問題的能力。

功率是學(xué)生在高一階段必須掌握的內(nèi)容之一，但該內(nèi)容需區(qū)分概念較多，學(xué)生在辨析相近概念時(shí)產(chǎn)生認(rèn)知上的困難，理解概念出現(xiàn)偏差。加之功率這個(gè)概念雖來源于實(shí)際的生產(chǎn)生活，但在教學(xué)過程中部分物理教師仍忽略該部分知識(shí)與生活實(shí)際的聯(lián)系。這不符合學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，不利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的全面提升。

本文以《功率》為例，探討教師應(yīng)如何對(duì)與生活緊密聯(lián)系的知識(shí)采用類比，引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)分析

1.新舊教材分析及課標(biāo)要求

2010人教版教材中“功率”單獨(dú)成節(jié)，緊跟“功”這部分內(nèi)容，設(shè)置在必修2第七章機(jī)械能守恒定律板塊的第3節(jié)。2017人教版教材中，“功率”這部分內(nèi)容并未單獨(dú)成節(jié)，而是和“功”合并，“功”在前“功率”在后，設(shè)置在必修2第八章機(jī)械能守恒定律板塊的第1節(jié)。兩版課標(biāo)均要求學(xué)生了解生產(chǎn)生活中常見機(jī)械功率的大小及其實(shí)際意義的基礎(chǔ)。

2.教學(xué)任務(wù)分析

基于上述分析，筆者進(jìn)行如下教學(xué)任務(wù)分析

二、基于類比法的教學(xué)過程

1.聯(lián)系生活實(shí)際 提出問題

教師：通過學(xué)習(xí)我們知道判斷一個(gè)物體是否做功需從兩個(gè)方面入手?，F(xiàn)有一個(gè)例子，請(qǐng)同學(xué)們判斷是否做功。

情景創(chuàng)設(shè)：A同學(xué)需將兩箱牛奶從一樓拿回五樓。第一次耗時(shí)3分鐘將一箱牛奶從一樓搬至五樓。第二次耗時(shí)2分鐘從一樓拿回牛奶。為增強(qiáng)學(xué)生的代入感，可將A同學(xué)隨意替換成教師授課班級(jí)某位學(xué)生的姓名。

問題1：A同學(xué)兩次拿牛奶的過程是否做功？

問題2：假設(shè)A同學(xué)在兩次取牛奶的過程中對(duì)物體施加的力相同，那么兩次取牛奶時(shí)做功是否相同？

問題3：兩次取牛奶過程中，那個(gè)物理量相同？那個(gè)物理量又是不相同的？

學(xué)生獨(dú)立思考1分鐘并做出判斷。

教師基于學(xué)生回答給出準(zhǔn)確解析。

解析1：A同學(xué)對(duì)物體施加了力，且在力的方向上發(fā)生了位移。因此，在這兩次取牛奶的過程中做了功。

解析2：根據(jù)假設(shè)我們得知：兩次取牛奶的過程中A同學(xué)對(duì)物體施加的力F相同，兩次取牛奶的過程中位移X相同。根據(jù)功的定義式，兩次做功相同，均為W=FX。

教師：A同學(xué)做相同的功，但花費(fèi)的時(shí)間不同?？梢娮龉τ锌炻帧＿@就需一個(gè)新的物理量來表征物體做功的快慢。

設(shè)計(jì)意圖：功率這節(jié)課貼近生活實(shí)際，采用生活中常見的例子進(jìn)行新課的引入，引導(dǎo)學(xué)生通過分析生活實(shí)例，建立初步的表象認(rèn)知，并為學(xué)生更深層次的認(rèn)知打下基礎(chǔ)。再者，生活實(shí)例引入新知，明確做功快慢的具有實(shí)際意義，使教學(xué)“從生活走向物理，從物理走向生活”。此外，從生活實(shí)例出發(fā)，可以更好地引導(dǎo)學(xué)生去觀察周圍的環(huán)境，也更容易培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)生活現(xiàn)象提出問題并解決的能力。

2.巧用類比 理解概念

故事一：A同學(xué)下樓取牛奶，第一次用時(shí)3分鐘;第二次用時(shí)2分鐘，問A同學(xué)取牛奶時(shí)兩次的做功快慢？故事二：A同學(xué)下樓取牛奶，第一次回到了五樓家里，用時(shí)3分鐘;第二次走錯(cuò)樓層到了六樓，但也用時(shí)3分鐘，問A同學(xué)取牛奶時(shí)兩次的做功快慢？故事三：A同學(xué)取牛奶，第一次回到了五樓家里，用時(shí)3分鐘;第二次較第一次多取回一箱牛奶，用時(shí)5分鐘，問A同學(xué)取牛奶時(shí)兩次的做功快慢？

學(xué)生分小組討論1分鐘并回答教師提出的問題。

教師基于學(xué)生討論結(jié)果給出詳細(xì)解析。

教師解析：若做功相同，所用時(shí)間較長者，做功較慢。若時(shí)間相同，做功較多者，做功較快。若時(shí)間不同，做功不同，則無法直接進(jìn)行比較。但經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，可類比路程、時(shí)間均不同時(shí)判斷速率的方式比較做功和時(shí)間均不同時(shí)的功率。

設(shè)計(jì)意圖：《教育心理學(xué)》中指出，“遷移是一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響，已經(jīng)獲得的知識(shí)、技能、甚至方法和態(tài)度會(huì)對(duì)新知識(shí)、新技能產(chǎn)生影響”。教師先通過講故事的方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再引導(dǎo)學(xué)生通過類比遷移的方式將所學(xué)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到與原來相似的學(xué)習(xí)情景中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。幫助學(xué)生理解而言相抽象的概念，加速學(xué)生的認(rèn)知，同時(shí)也為以后相似知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.創(chuàng)設(shè)情景 辨析概念

教師：時(shí)間的神奇之處在于它的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段，我們將對(duì)應(yīng)時(shí)間段的速率稱為平均速率，又將對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的速率稱為瞬時(shí)速率，那對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段的功率是否也有瞬時(shí)功率和平均功率之分？

學(xué)生已掌握的平均速率、瞬時(shí)速率，通過小組討論分析類比得出平均功率，瞬時(shí)功率。

如圖3所示。

故事情景創(chuàng)設(shè)：周五上完最后一節(jié)課后，同學(xué)們開心地背著書包，坐上回家的大巴車（車子正常工作是因?yàn)闋恳Φ淖饔茫、B兩位同學(xué)坐同一輛車準(zhǔn)備回家。車子從學(xué)校緩慢行駛一刻鐘到A同學(xué)回家的路口，車停了下來，A同學(xué)下了車（假設(shè)A同學(xué)下車所用時(shí)間非常短暫，可看作時(shí)刻）。司機(jī)重新發(fā)動(dòng)車輛，加速行駛一刻鐘至 B同學(xué)回家的路口。

問題1：根據(jù)已有知識(shí)判斷故事中的平均功率和瞬時(shí)功率，并說明為什么？

學(xué)生獨(dú)立思考并集中討論。

教師基于學(xué)生的回答給出評(píng)判。

設(shè)計(jì)意圖：《大教學(xué)論》指出，“知識(shí)的開端永遠(yuǎn)必須來自感官，所以智慧的開端當(dāng)然不僅僅在于學(xué)習(xí)事物的名目，而在于真正知覺事物的本身！要到事物被感官器官體會(huì)到了的時(shí)候，文字才能實(shí)現(xiàn)它的功用，給他進(jìn)一步解釋”[2]。教師通過類比遷移，幫學(xué)生建立起相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)，給予學(xué)生一定的理性認(rèn)識(shí)，再通過生活常見實(shí)例，幫學(xué)生建立良好的感性認(rèn)識(shí)，以加深學(xué)生的理性認(rèn)知。實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的良好循環(huán)。其二，筆者在教育實(shí)習(xí)期間，授課班級(jí)的學(xué)生大多數(shù)為住校生，他們?cè)谥芪宸偶俸髸?huì)乘坐停在校門口的大巴回家，教學(xué)中創(chuàng)設(shè)的情景貼近學(xué)生的日常生活，有助于學(xué)生投入教師創(chuàng)設(shè)的情景，更有助于學(xué)生理解教師創(chuàng)設(shè)情景中提到的一些教學(xué)點(diǎn)。

4.搭建類比橋梁 突破“額定 ”

活動(dòng)1：觀察圖片

教師：向?qū)W生展示 “220V 60W”和“220V 15W” 的兩張白熾燈銘牌，學(xué)生先觀察兩張白熾燈銘牌并說出銘牌上數(shù)字的含義。

活動(dòng)2：類比遷移

教師：向?qū)W生展示“60KW ”和“75KW”和兩張電動(dòng)車的銘牌，請(qǐng)學(xué)生通過比較白熾燈銘牌說出電動(dòng)車銘牌上數(shù)字的含義。

學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的額定電壓和額定電功率的概念，通過小組討論P(yáng)PT內(nèi)容，如表1所示，給出額定功率的概念。

教師：對(duì)已有公式 進(jìn)行變形，得出新的公式P=F。并結(jié)合學(xué)生日常生活，加深對(duì)新公式的理解和掌握。

故事情景來自春耕時(shí)拖拉機(jī)犁地片段：故事一：在松軟土地上犁地的拖拉機(jī)若要保持同樣的速度犁土質(zhì)較硬的土地，則需要掛擋增大輸出功率。故事二：在不換擋增大輸出功率的情況下，若犁地深度變深，犁地的速度會(huì)變慢。

學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容對(duì)兩個(gè)故事進(jìn)行分析，加深對(duì)公式的理解。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在學(xué)習(xí)必修2“功率”之前，已通過初中階段學(xué)習(xí)，建立起“額定”的知識(shí)結(jié)構(gòu)。教學(xué)從學(xué)生已有的認(rèn)知出發(fā)，通過知識(shí)的類比遷移，更易促使學(xué)生掌握新的概念。再者，物理是一門應(yīng)用類的學(xué)科，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心、了解生活常見事物的理論依據(jù)，將物理知識(shí)應(yīng)用到生活實(shí)際，使學(xué)生有學(xué)以致用的意識(shí)，以便培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

結(jié)語

在教學(xué)中恰當(dāng)使用淺顯易懂、風(fēng)趣幽默、貼合學(xué)生生活實(shí)際的故事，不僅營造了良好的課堂氛圍，增加了物理課堂的趣味性，同時(shí)也激起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。類比法在概念教學(xué)中合理地應(yīng)用不僅可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的困難，而且可以培養(yǎng)學(xué)生利用科學(xué)思維解決問題的能力。故事和類比在課堂教學(xué)中的相互交融，則可引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中，真正做到“教學(xué)不僅要使學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)，而且要使學(xué)生會(huì)學(xué)知識(shí)”。