比較法在物理概念教學(xué)中的作用及案例分析

李思靜 鄭衛(wèi)峰

摘? ?要：物理概念教學(xué)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，目的是使學(xué)生掌握事物的物理屬性或物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征。面對(duì)多且雜的物理概念，教師靈活地采用比較法幫助學(xué)生辨析概念，針對(duì)概念側(cè)重點(diǎn)不同，滲透類比法或?qū)Ρ确ㄍ怀龈拍铋g的共通之處或本質(zhì)差異，在教學(xué)中幫助學(xué)生構(gòu)建框架，能夠促進(jìn)學(xué)生深入理解，建立體系。

關(guān)鍵詞：類比法;對(duì)比法;物理概念教學(xué)

引言

《2019年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》提出高考評(píng)價(jià)體系由“一核四層四翼”組成，其中“四翼”為考查要求，體現(xiàn)：基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性。扎實(shí)牢靠的基礎(chǔ)性知識(shí)為后續(xù)的學(xué)習(xí)和學(xué)生終身發(fā)展打下牢固的基礎(chǔ)[ 1 ]。物理概念是某類物理現(xiàn)象和物理過程的共同性質(zhì)和本質(zhì)特性在人們頭腦中的反映[ 2 ]。對(duì)物理概念的掌握是學(xué)生形成物理學(xué)科知識(shí)體系的基礎(chǔ)，但由于物理概念是對(duì)物理現(xiàn)象、物理過程抽象化和概括化的思維形式，在教學(xué)過程中，應(yīng)盡量避免灌輸式教育導(dǎo)致的死記硬背、對(duì)概念的掌握始終停留在表層、不能學(xué)以致用等現(xiàn)象。

“比較”是人們認(rèn)識(shí)事物常用的一種思維方法，比較法也是常見的物理教學(xué)方法之一[ 3 ]。比較法是把有某些聯(lián)系的兩種或兩種以上的事物加以對(duì)照，確定它們之間的異同及其相互關(guān)系，形成對(duì)事物認(rèn)識(shí)的方法。比較法又可細(xì)分為類比法和對(duì)比法。類比是通過突出事物間的一致性進(jìn)行比較[ 4 ]。在物理概念的教學(xué)過程中，采用類比法突出相似的物理概念中所蘊(yùn)含的共通點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理各個(gè)模塊中的大量相似概念進(jìn)行歸納，有助于其舉一反三。對(duì)比法則是通過比較，突出事物間的不同點(diǎn)，針對(duì)一些定義上相似但卻存在本質(zhì)差異的物理概念，通過對(duì)比找出概念間的本質(zhì)差別，理解差別形成的原因，有助于學(xué)生知其然更知其所以然。中學(xué)生面對(duì)大量的物理概念，教師應(yīng)該根據(jù)概念本身的側(cè)重點(diǎn)來選擇教學(xué)方法。本文就通過舉例說明針對(duì)不同概念運(yùn)用類比法或?qū)Ρ确ㄔ诟拍罱虒W(xué)中的具體應(yīng)用。

1? 類比同類型物理概念歸納共通之處

同類型物理概念指這些物理概念在某一個(gè)方面可以歸為一類，或物理量的定義形式一致，或物理量本身性質(zhì)一致等等，根據(jù)它們的一致性可以將其歸在一起進(jìn)行類比，將看似毫不相干的物理概念通過共通之處聯(lián)系起來，從而實(shí)現(xiàn)講解一個(gè)物理概念相當(dāng)于講了若干類似概念，呈現(xiàn)給學(xué)生較為全面的講解，同時(shí)也為學(xué)生減輕了學(xué)習(xí)繁雜物理概念的負(fù)擔(dān)。

1.1? 類比同形式概念學(xué)會(huì)舉一反三

在中學(xué)物理中的概念就有上百個(gè)，對(duì)于初學(xué)者來說，他們每接受一個(gè)新的物理概念，至少要記住以下四點(diǎn)：物理量的字母表示、計(jì)算公式、物理單位、物理含義。物理概念的教學(xué)是回答“是什么”的問題，其最大的特點(diǎn)是抽象，但這對(duì)于中學(xué)生而言，會(huì)因略顯枯燥、不易理解，即使是同形式的概念也容易將概念孤立理解。因此針對(duì)相同定義形式的物理概念采用類比法，剖析抽離概念間的共通之處，將獨(dú)立的概念用共通點(diǎn)串聯(lián)起來，就會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。概念教學(xué)中采用類比法可以加深學(xué)習(xí)者對(duì)概念之間蘊(yùn)含的共通之處的理解，以后碰到類似的概念時(shí)，能夠主動(dòng)地運(yùn)用類比得到結(jié)論。

表1中所舉7個(gè)常見的中學(xué)物理量的定義形式均為：?jiǎn)挝荒澄锢砹浚ㄈ纾簳r(shí)間、體積、面積等）內(nèi)的某物理量（相應(yīng)的如：位移、質(zhì)量、力等），公式均為：括號(hào)后的物理量除以括號(hào)前的物理量，即為物理量的定義式。初二學(xué)生在學(xué)習(xí)了第一章長(zhǎng)度、時(shí)間的測(cè)量后，再在教師地引導(dǎo)下，理解速度的定義為單位時(shí)間內(nèi)物體通過的路程，即速度等于路程除以時(shí)間，單位為米每秒，物理含義是描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢。那么在質(zhì)量與密度這一章節(jié)里，學(xué)習(xí)了質(zhì)量、體積后，采用類比法類比速度的學(xué)習(xí)，掌握密度的概念就相對(duì)輕松且記憶深刻了。并且多學(xué)幾個(gè)同形式概念后，再次遇到時(shí)就會(huì)不假思索地跳出速度的概念，立馬聯(lián)想到后面公式，單位，物理含義等一系列內(nèi)容的來龍去脈，從而達(dá)到舉一反三的效果。

1.2? 類比同性質(zhì)概念建立聯(lián)系

同性質(zhì)物理概念指物理概念間具有某些相同的性質(zhì)。性質(zhì)即事物的特性，是本身所具有的、區(qū)別于其他事物的特征。在教學(xué)同性質(zhì)物理概念時(shí)采用類比法，將之歸為一類，從而建立起物理概念之間的聯(lián)系。

例如，重力勢(shì)能與電勢(shì)能就具有以下相同的性質(zhì)①保守性：做功與路徑無關(guān)。②相對(duì)性：勢(shì)能的大小與零勢(shì)能點(diǎn)的選取有關(guān)。③系統(tǒng)性：勢(shì)能是屬于物體與場(chǎng)共有的。重力對(duì)于學(xué)生來說相對(duì)熟悉，重力勢(shì)能較之于電勢(shì)能相對(duì)容易理解[ 5 ]。抓住重力勢(shì)能與電勢(shì)能的共通之處，采用類比法，通過必修2中的舊知（重力勢(shì)能）來學(xué)習(xí)選修3-1中的新知（電勢(shì)能），這樣首先能降低教、學(xué)難度，其次學(xué)生不會(huì)再將力學(xué)和電學(xué)孤立理解，從而形成對(duì)物理這門自然學(xué)科的宏觀視角。

具有同性質(zhì)的物理概念還有很多，例如：機(jī)械能與內(nèi)能、密度與比熱容、電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度、機(jī)械功率與電功率等等。學(xué)生從必修到選修的學(xué)習(xí)應(yīng)該是層層遞進(jìn)的，對(duì)力、熱、聲、電、磁的各個(gè)分支應(yīng)綜合地看待。教師在教學(xué)時(shí)，針對(duì)同性質(zhì)的概念，通過類比建立聯(lián)系，不斷地從新知回到舊知，再從舊知升華到新知，那么對(duì)學(xué)生來說會(huì)更容易理解并掌握。

2? 對(duì)比孿生物理概念突出本質(zhì)差異

孿生物理概念指這些物理概念來自同一個(gè)源頭，名稱上類似但存在本質(zhì)差異。就像孿生兄弟，同父同母，一胞所生，但為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。孿生概念的文字定義相似度極高，導(dǎo)致學(xué)生容易混淆，比如：標(biāo)量與矢量。但既為兩個(gè)概念，其定義中必存在不同的詞語，而這詞語往往是相對(duì)的概念。如果教師采用對(duì)比法教學(xué)，把相對(duì)的事物或同一事物的不同方面放在一起，加以比較突出差異性，凸顯本質(zhì)差異，可以提高對(duì)問題理解的精度，利于辨析概念，把握其本質(zhì)，增強(qiáng)知識(shí)的可用性。

2.1? 對(duì)比孿生概念把握本質(zhì)差異

由于孿生概念相似度極高，學(xué)生學(xué)習(xí)的最大障礙是將其混淆，如果教師通過對(duì)比凸顯差異，有助于學(xué)生把握概念的本質(zhì)，從而區(qū)別開來。教學(xué)時(shí)可先從共同的來源出發(fā)，根據(jù)具體劃分標(biāo)準(zhǔn)一分為二，再了解它們之間的連接點(diǎn)，清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生這兩個(gè)概念的建立過程。這樣采用對(duì)比法給出這類概念的核心、關(guān)聯(lián)及區(qū)別學(xué)生就不易將其混淆，并在此過程中掌握了建立概念框架的方法。

以標(biāo)量與矢量的對(duì)比為例：標(biāo)量與矢量的概念看似簡(jiǎn)單，幾個(gè)字就可以定義清楚。但是，在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生往往是死記硬背地記住哪些物理量是矢量，哪些物理量是標(biāo)量。顯然這種方法既不可靠又只知其然不知其所以然，并且遇到新的物理量時(shí)無法自己做出判斷。授之以魚不如授之以漁。針對(duì)這樣的概念，教師采用對(duì)比法，突出本質(zhì)差異，使學(xué)生了解定義背后的原因，掌握判斷的方法。

標(biāo)量遵循的是一般的代數(shù)法則，矢量遵循的是平行四邊形法則，此為二者本質(zhì)的差異。由于矢量是有方向的，所以加減不是能直接將數(shù)值按代數(shù)加減，而應(yīng)該按照平行四邊形法則運(yùn)算。例如向東3 N的力和向北4 N的力合成為5 N的力。而向東行走了3 m接著向北行走了4 m，雖然行走方向同樣不在一條直線上，但走過的總路程實(shí)實(shí)在在是二者數(shù)值的直接相加，路程為7 m，即為標(biāo)量。在判斷時(shí)間是矢量還是標(biāo)量時(shí)，有同學(xué)會(huì)想，有過去的時(shí)間也有未來的時(shí)間，為什么說時(shí)間也是標(biāo)量呢？運(yùn)用對(duì)比法，得到標(biāo)量與矢量的本質(zhì)差異為運(yùn)算方式不同，將此運(yùn)用到判斷時(shí)間是標(biāo)量還是矢量上，就容易想到時(shí)間只能是數(shù)值上的代數(shù)運(yùn)算，即時(shí)間為標(biāo)量。再比如溫度，雖然有+5℃，-5℃，但溫度與溫度之間的運(yùn)算就是一般的代數(shù)運(yùn)算，即溫度為標(biāo)量。而力的相加減只有在同一直線上的時(shí)候等同于一般的代數(shù)運(yùn)算，當(dāng)兩個(gè)力成一定的夾角時(shí)，明顯二力的作用效果是不等同按代數(shù)運(yùn)算直接加減的，即力為矢量。

2.2? 對(duì)比相同屬性概念知其所以然

相同屬性概念即概念間存在一些相同的屬性，教學(xué)時(shí)需要把握其中存在的不同點(diǎn)，而這也是學(xué)生需要掌握的重點(diǎn)，對(duì)比突出差異才能由差異反思實(shí)質(zhì)。如表2所示，聲音和光都屬于波，都能在空氣中傳播。但聲音在固體、液體和氣體中的傳播速度依次遞減，而光在其中的傳播速度正好相反。這是由對(duì)比突出二者的相反面，接著引導(dǎo)學(xué)生從“是什么”深入到本質(zhì)，去思考“為什么”，原因就是聲音的傳播需要介質(zhì)，而光在真空中的傳播速度最快，而固、液、氣的分子間距從小到大。

再比如，學(xué)習(xí)聲音的三要素之音調(diào)時(shí)，會(huì)結(jié)合生活提到水瓶琴的應(yīng)用，敲擊水柱低的音調(diào)高。但當(dāng)學(xué)生做題時(shí)遇到往水瓶里注水時(shí)，為什么又是隨著水的增多音調(diào)增高呢？同樣由對(duì)比突出了相反面，究其本質(zhì)：振動(dòng)發(fā)聲，振動(dòng)的頻率決定音調(diào)的高低。水瓶琴發(fā)聲是因?yàn)槲覀兦脫舨Ａ繋?dòng)里面的水柱振動(dòng)，而往水瓶里面注水發(fā)出聲音的主要原因是水瓶里的空氣柱振動(dòng)，當(dāng)水越多，空氣柱運(yùn)動(dòng)的空間越小，頻率也就越快，音調(diào)越高。

3? 小結(jié)

在概念教學(xué)中，我們應(yīng)該根據(jù)物理概念的側(cè)重點(diǎn)來選擇是采用類比法歸納共通之處，還是采用對(duì)比法突出本質(zhì)差異。貫穿類比法和對(duì)比法講解相關(guān)知識(shí)，不僅使前后知識(shí)連貫，達(dá)到鞏固舊知，更好的理解新知的教學(xué)目的，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的整體把握，而且從簡(jiǎn)單的物理概念教學(xué)回答“是什么”過渡到“為什么”，對(duì)比概念間的本質(zhì)差異，在概念教學(xué)中盡量讓學(xué)生知其然更知其所以然。

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