類比方法在科學教學中的運用

鄭青岳

摘? ? 要：人對知識的理解是以原有的經驗知識或新近獲得的經驗知識為基礎而建構起來的。而從理解的角度看，類比則是人以習得的或新近獲得的易于理解的經驗知識為新知識的理解提供支撐的一種方法。所以，在理解性教學中，類比方法能夠很好地扮演重要的角色，發揮獨特的作用，成為廣大教師樂于運用的一種教學方法。

關鍵詞：類比;模型;理解;科學教學

人對知識的理解是以原有的經驗知識或新近獲得的經驗知識為基礎而建構起來的。而從理解的角度看，類比則是人以習得的或新近獲得的易于理解的經驗知識為新知識的理解提供支撐的一種方法。所以，在理解性教學中，類比方法能夠很好地扮演重要的角色，發揮獨特的作用，成為廣大教師樂于運用的一種教學方法。那么，我們應當如何運用類比方法幫助學生建構對知識的理解呢？

一、用熟悉類比陌生

就像一個新人走進你的朋友圈與你們結伴一樣，你們對他會懷有一種陌生感。學生在學習新知時，也會因對新知的陌生而一時難以將它納入自己的認知結構。教學中，如果教師能夠引導學生從自己的經驗知識中找到與新知具有某種相似性的舊知，并用舊知類比新知，以此構成理解新知的框架，學生便可借助舊知建構起對新知的理解。

案例1? ?串聯電路和并聯電路

串聯電路和并聯電路是兩種最基本的電路，對于串、并聯電路的特點，可以用如圖1所示的我們所熟悉的兩座橋梁與道路的連接方式進行類比。

在圖1甲中，兩座橋梁依次連接在一條道路中，人從A到達B只有一條通路。在道路的任一處（如圖中的a、b、c中的任一處）進行阻隔，人都無法從A到達B。這可以類比如圖1丙的串聯電路：兩個燈泡通過導線依次連接在電路中，電流只有一條通路。在電路中任一處斷開（如打開開關S1、S2、S3中的任一個），電路中都沒有電流，燈泡都不會發光。

在圖1乙中，兩座橋梁并列連接在道路中，人從A可以通過其中任一座橋梁到達B。若在支路a或b處進行阻隔，人無法從其中一座橋梁通過，但可以從另一座橋梁通過。若在干路上的任一處（如圖中的c、d中的任一處）進行阻隔，人都無法從A處到達B處。這可以類比如圖1丁的并聯電路：兩個燈泡并列接在電路中，支路上的開關S1或S2只能控制一條支路的通斷，即控制一盞燈泡的亮暗;干路上的任一個開關（如S3或S4中的任一個）都能同時控制所有燈泡的亮暗。

二、用宏觀類比微觀

科學課程中，有許多涉及物質微觀圖景的知識。由于微觀世界是人的感官無法直接感知的，需要依靠我們的想象。要讓學生“無中生有”地想象一個微觀世界的情景，并用微觀粒子的運動及相互作用去解釋宏觀現象，有一定的難度。對此，可以借助與微觀世界情景類似的宏觀世界的情景進行類比，以降低學生對微觀現象的理解難度。在科學教學中，用宏觀類比微觀的做法是十分常用的。例如，我們用黃豆和芝麻混合，芝麻進入黃豆的空隙中，使得兩者的總體積減小，來類比水和酒精混合總體積減小，說明分子之間存在空隙;用宏觀運動的水流類比微觀的自由電荷定向運動形成的電流，等等。

案例2? ?布朗運動

布朗運動是對構成物質的微粒的無規則運動的間接反映，猶如我們在生活中的“樹動知風”。在教學布朗運動知識時，要想學會滲透這種間接認識事物的思想方法，教師也可以引導學生進行一番有趣的想象。

師：在一個足球場上進行一場激烈的足球比賽，如果雙方足球運動員都是隱形的，人們無法看到他們。那么，我們看到足球場上將是怎樣一番情景呢？

生：足球場上只有足球在運動。

師：你看到的足球運動有沒有規律？

生：沒有規律，我們此刻看到足球在某個位置，但卻無法預料下一個時刻將在哪個位置。

師：對于足球運動的原因，你會怎樣想？

生：足球本身是不會運動的，它也許是受到別的物體對它的撞擊才運動起來的。

師：剛才的情景是我們想象的，生活中其實存在著類似的情景。將一塊干的面包片扔到魚池懸浮在池水中，突然面包片發生了無序的運動。為什么面包片會突然發生無序的運動呢？原來，懸浮在池水中的面包片受到魚池中來自四面八方的小魚的追啄，是各個方向小魚無規則的撞擊，才使它產生了無序的運動。這里，面包片的運動間接地反映了魚池中小魚的運動。

接著介紹布朗運動現象：懸浮在液體中的固體小顆粒不停地向四面八方做無規則的運動。由于有了宏觀現象的類比作鋪墊，學生不難理解，懸浮在液體中的固體小顆粒的無規則運動是由周圍的液體分子的碰撞引起的，它間接地反映了液體分子的無規則運動。

案例3? ?自由電子的熱運動、定向運動和電的傳播運動

在一個電路中，開關閉合前，導線內的自由電子都在做無規則的熱運動，熱運動的平均速度為幾百千米每秒。當開關閉合后，自由電子在無規則運動上附加了一個定向運動，定向運動是非常緩慢的，其速度要小于1毫米每秒。對一般學生來說，對于微觀粒子這種“無規則運動上附加一個定向運動”比較抽象，難以在頭腦里對這種運動建立清晰的圖像。對此，我們可以用“醉鬼運動”的宏觀模型進行類比：設想在某個廣場的某個燈柱上靠著一個醉鬼（誰也不知道他在什么時候怎么跑到這兒來的），他突然想起要回家，但由于喝得爛醉，他并不是徑直地往家里走去。他先朝一個方向走上幾步，然后換個方向再邁上幾步，如此這般，每走幾步就隨意折個方向（如圖2）[1]，因為毫無規則地走路，誰也不知道他下一步是朝哪個方向走。也就是說，他回家的行走似乎是跌跌撞撞、漫無方向的。有趣的是，他的頭腦似乎還保持著一絲的清醒，所以，雖然在廣場上他東跌西撞，走了好長時間，但還是會向家的方向逐漸地靠近。也就是說，他在東跌西撞的無規則的運動之上還附加了一個趨近家里的定向運動。

我們也可以用如圖3的“車廂里的蜜蜂運動”的宏觀運動來類比：設計在一節大車廂里有一群蜜蜂，而車廂非常緩慢地向前移動。對每一只蜜蜂來說，它相對于車廂的運動是無規則的，但所有的蜜蜂都同時隨車廂向前做定向運動。也就是說，蜜蜂的運動就是劇烈的無規則運動上附加了一個緩慢的定向運動。