高中物理教學中培養學生類比思維案例分析

楊莉

“高中物理難”已經成為社會普遍認同的特點，如何才能學好這門社會公認難學的科目，是令高中生們頭痛的問題，也是讓高中物理教師們寢食難安的重大“教學問題”。高中生不僅要在教師的幫助下高效地學習物理，更應該“學會學習”，“學會學習”已成為新時代教育的主題。

如何才能讓學生“學會學習”，并在學習中適當地使用科學的思維方法，在此筆者主要談一談高中物理教師在教學中培養學生類比思維的案例分析。

一、在日常教學中適當使用類比思維，有利于高中學生對概念和規律的形成和理解

中學生由于思維能力和知識水平的限制，在學習新知識時，對某些概念或規律常常感到抽象、難于理解。將類比法應用到物理教學中，就是將陌生的物理現象與學生熟悉的、相似的物理現象進行比較，從而揭示出物理過程或物理現象的本質。許多物理概念都是在大量現象和事實的基礎上通過科學的抽象建立起來的，在這一抽象過程中，如果適時地運用類比思維，將有利于對概念和規律的認知形成和理解。

案例1 類比思維應用于概念或規律的理解（一）

熱力學第一定律

1.總結法：得到為正值，失去為負值。

2.類比法：用高中生比較關心的“分數”來類比。

內能：

“分數”增加了為正值;

“分數”減少了為負值。

熱量：

吸“分數”為“+”;

放“分數”為“-”。

做功：

老師送“分數”給你，你得到“分數”了為“+”;

你把“分數”還回了老師，你失去“分數”了

為“-”。

案例2 類比思維應用于概念或規律的理解（二）

在《變壓器》這節內容的學習中，知識點“電壓由輸入端決定，電流由輸出端決定”不好理解。

采用水壓由輸入端決定，水流由用戶（即輸出端）決定，如此類比，再聯系日常生活經驗，我們會感覺到比較形象，而且也比較好理解。

案例3 類比思維應用于概念或規律的理解（三）

知識點“高度差”：高度差與參考平面的選取有關嗎？

教材常規使用手法：

不管取地面作為參考面，還是取B或A作為參考面，A、B兩點的高度差都一樣，所以高度差與參考平面的選取無關。

類比法：用身高類比高度差。

身高就是我的頭頂到我腳底的高度差。

“我身高1.80 m”。

“我站在教室里，我是1.80 m”。

“我站在珠穆朗瑪峰，身高會變成3 m嗎？”

在學習中，要特別重視在學習新概念時聯系舊知識，在新舊知識類比中加深理解，拓寬思路。 類比是人類學習過程中常用的方法，根據認知心理學原理，在學習一個新的知識，尤其是比較抽象的知識時，最好能找到一種聯系，使新舊知識之間互相溝通，類比方法就是建立新舊知識之間聯系的一座橋梁，能促進由舊知識向新知識的遷移。 著名數學家G.波利亞極力推崇類比方法。他指出：“我們所有的思維，包括日常的言論和結論，還有藝術的表達方式和科學上極高的成就，都滲透著類比。”“類比是提出新問題和獲得新發現取之不竭的源泉。”[1]

二、對于不經常使用、難于理解的公式或圖像，使用類比法加深印象

教材中有不少需要記憶的公式、概念、圖像，但是有些公式、概念、圖像不常使用，屬于“偏”的范疇，導致學生對這種類型的知識點記憶模糊、容易混淆，但是高考中又會有所涉及，為了加深這種類型的知識點的印象，又不用占用學生們大量的時間，教師在教學中可以嘗試使用“類比法”這一巧妙的手法。

案例4 類比思維應用于公式、圖像的理解

每當學習一個用比值法定義的物理量時，均可以輔助圖線，并用此類比、總結。

總結：用比值法定義的物理量其圖像規律是越靠近代表分子的物理量的數軸（縱軸）時其值越大。

案例5 記憶公式類比

如λ=vT

λ=v/f

或f=v/λ

現行教材中幾個公式都有使用，而且沒有規律，大部分學生不清楚如何記憶，又容易混淆。

這時教師適當聯想曾經學過的公式s=vt，用距離類比波長，時間類比周期，有一定的親切感，且知識有一定的相似聯系，學習起來比較輕松，記憶也比較準確。

學生們在已有知識框架下，可以有效激活原有知識結構的生長點，順利搭建新舊知識的思維聯系，降低感知的難度，促進知識的有效遷移，同時激發想象的欲望，喚醒學生的創新意識，建立普遍聯系的觀點，同時還會提出更多新問題，多思考，掌握一定的思維方法。

三、解陌生的題目，使用類比方法

在平時的練習甚至高考過程中，經常會碰上很陌生的題目或是很有創新性的題目。如果揪著里面給的陌生知識點或者公式不放，估計會陷進泥潭里，無法自拔。此時如果有一定的類比思維，跳出題目的陷阱，難題迎刃而解。

案例6 類比思維應用于陌生試題的解答

宇航員在某星球表面將一個小球以一定的初速度水平拋出，測得其速度大小隨時間的變化關系為v2=a+bt2，不計星球表面大氣的阻力，則下列說法正確的是（? ）

A.小球的初速度為a2

B.星球表面的重力加速度大小為2b

C.在空中運動t時間后，小球的位移為ta+14bt2

D.若經過t0時間落到星球表面，則拋出點的高度為12bt20

思路分析：這個題目乍一看會讓學生感覺非常陌生，無從下手。小球速度大小隨時間的變化關系v2=a+bt2可以說幾乎沒見過，陌生的公式要與以往所學的知識點、公式進行類比，從而實現知識模型的遷移。此時，應從尋找題干中我們熟悉的知識點——“平拋運動”入手，腦袋里應馬上回憶聯想起平拋運動的基本規律：

四、學習抽象物理概念時類比思維起事半功倍的效果

高中物理中不少概念規律，我們看不見、摸不著，難以理解。這時，教師在課堂中能否進行適當的類比，能否把抽象的概念形象化，用具體生動的生活事例來解釋此類型的規律，會起到事半功倍的效果。

案例7 類比思維應用于抽象概念的理解

教材用熵的概念表示熱力學第二定律：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵不會減小。

教材中的比喻沒有達到共鳴的效果，如果我們引入讓我們深惡痛絕地收拾房間來類比“熵”，印象可能會無比深刻。

為什么我們的房間不能在幾年內都保持整潔呢？那是因為，只要一件東西變了——只需要一件——它就不再整潔了。在這個例子中，房間里的物件只有遵循某些特定的排列才會導致度量結果為“整潔”，但是還有數百萬種其他的排列能導致度量結果為“混亂”。比如龍卷風襲擊了你剛打掃過的房間，它保持整潔的可能性有多大？在龍卷風過后，你發現房間混亂不堪的概率要遠遠大得多，這僅僅是因為，讓一個房間變得混亂的方法實在太多了。系統永遠不會從無序走向有序， 對于那個曾經整潔的房間說來，情況就是，讓房間變得整潔的方式很少，而讓房間變得混亂的方式卻數不勝數。類比的使用使學生們對自然規律中的“方向性”印象深刻。

參考文獻

[1]郭偉.類比法——開通學生物理情感世界的鑰匙[J].物理教師，2016（37）：20-22.

[2]老士翠.物理學中的類比方法及其應用[J].遼寧教育行政學院學報，2008，25（6）：163-164.

[3]趙小青.從惠更斯的遺憾說開去——類比法淺議[J].現代物理知識，2002，14（1）：56.