初中物理教學(xué)中應(yīng)用類比思想創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

閆軍魁 楊文睿

【摘要】《義務(wù)教育物理課程標準（2022版）》在教學(xué)建議中提出，倡導(dǎo)情境化教學(xué)，有目的地創(chuàng)設(shè)生動具體的情境幫助學(xué)生建立物理觀念.物理學(xué)的研究對象之間存在著許多相似的物理規(guī)律，抓住特征，在教學(xué)中應(yīng)用類比思想創(chuàng)設(shè)恰當?shù)慕虒W(xué)情境，可以使抽象的東西形象化，深奧的物理知識淺顯化.在作業(yè)設(shè)計中應(yīng)用類比創(chuàng)設(shè)情境，可以幫助學(xué)生有效地解決問題，把學(xué)生從題海戰(zhàn)術(shù)中解放出來.蘊含類比思想的具體情境使學(xué)生學(xué)會科學(xué)推理論證，在潛移默化中提高物理核心素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】類比思想；教學(xué)情境；初中物理

在教學(xué)過程中實踐情境化教學(xué)，教師就要為呈現(xiàn)學(xué)習(xí)信息、設(shè)計探究問題、達成測評目標等提供具體的載體.有目的地引入或創(chuàng)設(shè)形象具體的場景或環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容. 物理學(xué)作為自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，研究對象涉及物質(zhì)、運動及其相互作用、能量等方面內(nèi)容，這些內(nèi)容大多源于我們的生活且與社會緊密聯(lián)系，雖是不同的課程內(nèi)容主題，但他們之間有著許多相同或相似的特征.他們遵守相同或相似的物理規(guī)律，若能抓住研究對象的特征，應(yīng)用類比思想創(chuàng)設(shè)合理的教學(xué)情境，進行從特殊到特殊或一般到一般的科學(xué)推理，根據(jù)兩個研究對象在某些方面相同或相似，從而得到他們在其他方面也可能相同或相似，可以把陌生的東西熟悉化，未知的東西已知化，微觀的東西宏觀化.

開普勒曾說過：“我珍視類比勝過任何東西，它是我最可信賴的老師，它能揭示自然界的秘密”，我們面對的初中學(xué)生以形象思維為主，抽象思維有待發(fā)掘，物理理論往往是對實驗、研究對象經(jīng)過升華、遷移、抽象而形成的，學(xué)生總感到物理理論抽象，難以理解，創(chuàng)設(shè)類比情境可以啟發(fā)思路，提供線索，以舊帶新，可以達到學(xué)生深刻理解物理概念和物理規(guī)律，學(xué)會一定的科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣.有效落實物理課程的育人功能.

1 類比思想在物理學(xué)史的經(jīng)典應(yīng)用

在科學(xué)研究中，經(jīng)常使用的方法有觀察法、等效替代法、控制變量法、邏輯推理法等.邏輯推理法中常見的有分析、歸納、類比、演繹、綜合等.類比推理是根據(jù)兩個或兩類對象在其中的一些性質(zhì)上相同，從而推斷出事物的其它一些性質(zhì)也相同的邏輯思維方法.

物理學(xué)中類比推理的應(yīng)用非常多，現(xiàn)將經(jīng)典的應(yīng)用羅列一二.

（1）亞里士多德認為物體越重下落得越快，伽利略利用類比推理：用質(zhì)量不同的兩個物體從同一高度落下，按照亞里士多德得結(jié)論，應(yīng)當是質(zhì)量大的物體先著地，但是實驗結(jié)果是兩物體同時落地經(jīng)典的比薩斜塔實驗直接推翻亞里士多德的觀點，再經(jīng)過深入的研究得出了自由落體定律.

（2）阿基米德洗澡時，發(fā)現(xiàn)水缸內(nèi)水面升高并溢出.在這個情境的啟發(fā)下他很快類比推理，自己就是那頂王冠，茅塞頓開很快就有了鑒別王冠是否為純金的方法，經(jīng)過努力最終發(fā)現(xiàn)了力定律.

2 類比性的情境在物理教學(xué)中的作用

在平時的教學(xué)中，在物理概念建立的時候注意前后知識的聯(lián)系，在新舊知識的類比中容易理解，開拓思維，激發(fā)興趣.還進行了科學(xué)方法、科學(xué)思維、科學(xué)探究的滲透.學(xué)生在以后的物理量、物理現(xiàn)象思維中應(yīng)用類比，可成功解決問題.隨著物理學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生掌握的物理知識越來越多，可以將各個知識點接點織網(wǎng)，包括橫向的拓展，和縱向的深入.將知識內(nèi)化成學(xué)生的能力，在這個量變到質(zhì)變，積累到飛躍的過程中將類比思維貫穿其中.

3 類比思想創(chuàng)設(shè)的物理教學(xué)情境

3.1 教學(xué)方法中的類比情境

《義務(wù)教育物理課程標準（2022版）》中在課程目標中指出：要能將物理知識與實際情境聯(lián)系起來，能從物理學(xué)視角觀察周圍事物，要具有初步的推理能力，能合理解釋有關(guān)現(xiàn)象.物理學(xué)習(xí)中若能抓住研究問題的特征，通過類比在不同的領(lǐng)域或不同的內(nèi)容上使用同一種方法，則可以達到加深理解物理方法的目的，筆者將教學(xué)方法中的類比方法整理出以下三類：

3.1.1 用宏觀現(xiàn)象類比微觀知識

物理學(xué)研究物質(zhì)內(nèi)部的基本組成及其特征，涉及到的微觀知識很多，這些看不見、摸不著的事物，要讓學(xué)生理解確非易事，在教學(xué)中應(yīng)用類比思想，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境可使知識變得宏觀、形象.比如：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的微觀模型中，應(yīng)用上課、課間、體育課上不同時間的學(xué)生分布特征類比三態(tài)中分子的排布特征，把分子間相互作用與彈簧連著的小球做類比，用擺火柴類比原子核的裂變，用水流的形成及大小類比電流的形成與大小，磁場概念的建立等都應(yīng)用到了類比，使抽象微觀的知識淺顯易懂，符合學(xué)生的認知規(guī)律.

3.1.2 用比值法類比物理概念的建立

物理學(xué)中眾多物理概念的建立都要應(yīng)用到比值法，最常見的“速度”概念的建立，因為比較運動快慢的方法與運動的路程和時間都有關(guān)系，所以比較速度的大小，通常要保持一個量不變，比較另一個量，而當兩個量都不同時，就需要比較單位時間內(nèi)通過的路程，即比值法的應(yīng)用.在“速度”教學(xué)之后的密度、壓強、熱值、比熱容、功率等物理量中均采用了比值法.在教學(xué)中用一個量類比另一個量創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，很快能突破物理量建立的難關(guān).

3.1.3 不同知識領(lǐng)域相似特征的類比

物理學(xué)研究的知識領(lǐng)域?qū)拸V，不同知識板塊的獨立性較強，而這些不同知識間存在著相同或相似的物理規(guī)律，將這些物理知識做出類比有助于知識的理解.比如：力學(xué)中“功”的含義與電學(xué)中“功”的含義的類比，熱機效率與機械效率的類比，電荷間相互作用的規(guī)律與磁極間相互作用規(guī)律的類比.這些情境的創(chuàng)設(shè)均利于物理概念的建立和物理規(guī)律的理解.

3.2 教學(xué)內(nèi)容中的類比情境

物理學(xué)研究的某一對象從不同角度看有不同的特征，類比思想的應(yīng)用與物理教學(xué)的關(guān)鍵就是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所研究問題的性質(zhì)來恰當?shù)剡x取兩個對象的對應(yīng)特征，現(xiàn)將筆者在物理教學(xué)中應(yīng)用類比思想創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境做以下舉例：

（1）在研究導(dǎo)體的電阻大小與自身材料、長度、橫截面積的關(guān)系時，許多學(xué)生總認為在材料、長度一定時橫截面積越大，電阻越大，這是因為學(xué)生受長度越大，電阻越大的思維定勢造成的，筆者在這里把橫截面積的大小類比為公路的寬窄，把通過的電流類比為公路上行走的一定數(shù)量的人群，路越寬，人行走得越容易，阻力越小，就相當于導(dǎo)體橫截面積越大，電流路徑越寬廣，電阻就越小.

（2）在“力臂”概念的教學(xué)中，歷來都是一個難點，筆者根據(jù)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，將力的作用線類比理解為一條公路，支點類比為公路外的一點上站立的人，把力臂類比理解為人到公路上的最短距離，實踐證明，做這樣的類比，使學(xué)生在較為復(fù)雜形變的杠桿中也能夠準確的作出力臂.

（3）在“電磁感應(yīng)”教學(xué)中，許多學(xué)生對導(dǎo)體是否做切割磁感線運動無法斷定，是因為磁感線實際是不存在的，假想出的曲線，又因?qū)W生的空間想象能力較差，在進行這部分教學(xué)時，筆者結(jié)合本地學(xué)生的生活經(jīng)歷，把不存在的磁感線與自然下垂的手工掛面類比，處于磁場中的導(dǎo)體相當于鋒利的刀片，導(dǎo)體在磁場中的運動相當于刀片在手工掛面中運動，只要刀片能切斷手工掛面，導(dǎo)體就在做切割磁感線運動，否則，就不能認為做切割磁感線運動，將抽象的物理知識融于形象的生活事物中，學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的生活情境中盡快理解“切割磁感線運動”.

3.3 物理演示實驗中的類比情境

例如 在“聲波”這一物理概念教學(xué)中，學(xué)生對直觀性不強的這些現(xiàn)象總是不易理解.教材中是這樣來描述的：“當音叉在空氣中振動時，是通過音叉的振動使空氣形成疏密相間的波動，聲音就是借助于這種波動向四周傳播.當這種波動傳入人耳中，能使鼓膜振動，引起聲音的感覺.”但是聲波看不見摸不到，所以學(xué)生學(xué)到這里經(jīng)常霧里看花.將聲波和水波去類比，水波直觀性是很強的，將小石塊扔在平靜的水中，從進水點開始形成一圈又一圈的水波向四周圍傳播出去；振動的音叉在平靜的水面中央插入也一樣，如果遠處的水面上漂一小物塊，會看到小物塊跟著水波上下振動，創(chuàng)設(shè)這樣的教學(xué)情境增加了直觀性，學(xué)生能觀查到，便于理解物理事實，加深了學(xué)生對聲音傳播的理解.如果深入觀察到水波蕩漾的水面上，小物塊沒有跟著水波在水平方向上前進，而是保持在原來位置上下振動.通過進一步的類比，讓學(xué)生理解在聲波傳播中，傳播的只有能量，而傳播的介質(zhì)不會跟上聲波一起傳播.把抽象的聲波類比為直觀的水波，達到事半功倍的效果！

3.4 教學(xué)習(xí)題中的類比情境

物理習(xí)題是把物理知識內(nèi)化為學(xué)生能力的重要途徑，是物理方法和知識應(yīng)用的過程，是知識遷移應(yīng)用的體現(xiàn).把類比思想應(yīng)用于物理解題，根據(jù)物理原型的特征，通過分析問題的特征，許多形式不同的物理習(xí)題具有相同的或相似的特征，合理利用類比，學(xué)生會有撥云見日之感，把學(xué)生從題海戰(zhàn)術(shù)中解放出來.

例如 在慣性現(xiàn)象的教學(xué)中，有一類習(xí)題起初學(xué)生經(jīng)常出錯：行駛的火車上，一乘客將自己手中的蘋果豎直向上拋出，問：蘋果落下時，落在了乘客的前方或后方，還是落在乘客的手里？學(xué)生往往根據(jù)乘客隨火車在水平方向上繼續(xù)前進，蘋果在豎直方向運動，回答出蘋果落在了乘客的后方，筆者在解決這類問題時，會利用如下生活現(xiàn)象：地球在不停地自西向東運動，站在地球上的人也隨地球的自轉(zhuǎn)一起向前運動，如果突然向上跳起，落下時，落在了起跳時的前方、后方還是原地，學(xué)生會很容易的回答落在原地，進而把地球與火車類比，人與蘋果類比很容易得出向上拋出的蘋果落在了乘客的手中.

3.5 物理中考復(fù)習(xí)時的類比情境

中考物理試卷中知識點覆蓋率較高.知識涉及面很廣，基本概念，規(guī)律更是體現(xiàn)在不同的教學(xué)內(nèi)容中，這就要求我們在平時的教學(xué)過程中，要對每個部分中的知識，按知識結(jié)構(gòu)分類，整理.此時我們?nèi)绻\用類比的方法進行復(fù)習(xí)，這樣可以節(jié)約復(fù)習(xí)時間，大大提高復(fù)習(xí)效率.

例如 在復(fù)習(xí)速度這一知識點時，就可以把研究得到的這一物理概念的思想方法類比遷移到密度、壓強、比熱容、功率等概念的地理解中.再比如從影響液體蒸發(fā)快慢的因素、影響電阻大小的因素、影響液體內(nèi)部壓強大小的因素、影響滑動摩擦力大小的因素、影響力大小的因素等蘊含控制變量法的科學(xué)探究過程進行類比，讓學(xué)生準確掌握這些概念和探究過程中的共同點和不同點，使課堂復(fù)習(xí)容量增加，學(xué)生的遷移應(yīng)用、綜合解題能力得以提升.

4 類比思想創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的原則

4.1 類比科學(xué)，有助于學(xué)生身心健康

選做類比的事物盡可能利用學(xué)生已有的知識和貼近生活的素材.但是，類比的材料不能對學(xué)生的思想認識有誤導(dǎo)作用，例如，有老師在教學(xué)電荷間的相互作用時，用男女同學(xué)早戀的心態(tài)行為作類比，雖然十分形象，也很貼切.但是這個類比對學(xué)生身心健康不利，不宜采用.

4.2 要針對物理教學(xué)內(nèi)容和目的

如果教學(xué)內(nèi)容比較抽象，呆板.適于運用一些較輕松活潑的類比；如果教學(xué)內(nèi)容具有較嚴密的邏輯性，與前面的知識有些必然的聯(lián)系，運用類比比較合適（如重力場和電場的類比）；在進行單元或總復(fù)習(xí)時運用系統(tǒng)類比將會收到較好的效果.

4.3 要符合課堂氣氛

在課堂教學(xué)中，如果學(xué)生的注意力都很集中．他們對學(xué)習(xí)探究的知識能順利接受，此時用不用類比無關(guān)緊要.用多了，用得不當，反而會產(chǎn)生負作用，影響學(xué)習(xí)效果.如果教師發(fā)現(xiàn)課堂上多數(shù)學(xué)生精神疲憊，就應(yīng)當采用一些直觀形象的類比來活躍氣氛，振奮學(xué)生的精神.

4.4 言詞要清晰、簡明、生動

教師的語言應(yīng)力求簡練明達、形象生動和通俗易懂（有時可借助信息技術(shù)）.否則學(xué)生便會糊涂，從而收到相反的效果.

5 結(jié)語

總之，應(yīng)用類比思想創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境符合知識的建構(gòu)過程和對事物的認識規(guī)律，應(yīng)用類比性的情境可以順利地把新的知識整合到原有的知識系統(tǒng)中，可激發(fā)學(xué)生的聯(lián)想，起到舉一反三、觸類旁通的作用，使學(xué)生有效地進行知識的遷移，提高學(xué)生的能力.而學(xué)生中有時也會出現(xiàn)不可靠甚至錯誤的類比，我們在教學(xué)中需引導(dǎo)學(xué)生仔細分析，認真推理，作出恰當?shù)念惐?從類比思想出發(fā)創(chuàng)設(shè)恰當?shù)膶W(xué)習(xí)情境會成為聚焦新課標躬耕好課堂的一個有效切入點.

【課題項目：陜西省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃2023年度課題“新課標背景下初中物理情境式教學(xué)實踐研究 ”（項目編號：SGH23Y0881）】

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.