高中物理教學中培養(yǎng)學生類比思維的策略研究

魏國琦

【摘要】類比思維，作為一種非邏輯的思維方法，它是在綜合了直覺思維、形象思維、感性思維的基礎上而形成的一種非邏輯的思維方式，是一種創(chuàng)造性思維形式。在高中物理教學中，培養(yǎng)學生的類比思維，有助于學生的科學探究精神與創(chuàng)新人格的培養(yǎng)。本文在概述類比思維概念及特點的基礎上，針對教學實踐探討當前高中物理教學中類比思維的培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在問題，繼而結合具體課堂案例提出培養(yǎng)高中生類比思維的策略。

【關鍵詞】高中物理? 類比思維? 創(chuàng)造性思維? 問題解決

【中圖分類號】G633.7?【文獻標識碼】A?【文章編號】2095-3089（2020）30-0123-02

序言

類比思維，是創(chuàng)造性思維的一種形式，它強調在對事物的認知與理解、探究與發(fā)現(xiàn)的過程中，盡可能地抽象概括出該事物的本質，并通過比較分析的方法，將該事物和另一個與之有相近特征的事物進行比較分析，以發(fā)現(xiàn)兩者之間的共通之處或相似點，結合已知事物的對應特征，來對所研究的事物進行觀察與分析。隨著類比思維內涵的不斷發(fā)展，其外延也發(fā)生了相應的變化，類比思維除了用于研究具體的事物，也用于研究現(xiàn)象、過程、方法、事理等抽象的概念。類比思維應用到高中物理教學中，能夠有效促進學生科學探究能力的發(fā)展，從總體上提升學生的思維品質，促進學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

高中物理涉及到的概念較多、知識系統(tǒng)性強、問題復雜難懂，如果單純依靠教師的講授，很難讓學生深入理解其知識背后的思維架構，而生動的教學情境也僅僅是為學生知識理解與問題分析提供外部支持，并不能從思維層面提供教學支架，離開了思維層面的教學支架就不能有效降低理解難度，不能充分發(fā)展學生的思維品格與關鍵能力。這時，如果教師能夠借助一個簡單及時的類比思維，通過類比思維來引導學生重新建構新舊知識的聯(lián)系，將進一步促進學生的創(chuàng)新性思維的發(fā)展。鑒于此，本文在綜合闡述類比思維培養(yǎng)在高中物理教學中的可能性與必要性的基礎上，分析當前物理課堂中的類比思維的應用現(xiàn)狀及原因，在此基礎上，重點從精準分析學情特點、采用科學探究模式、適當引入典型例題、充分利用科學史料四個方面探討類比思維在高中物理教學中的應用分析。

一、高中物理教學中滲透類比思維培養(yǎng)的可能性與必要性

《普通高中物理課程標準（實驗）》明確將“學習科學探究方法，發(fā)展學生的自主學習能力，養(yǎng)成良好的思維習慣，能運用物理知識和科學研究方法解決一些問題”列為高中物理課程的總目標。類比思維作為一種基本而實用的科學思維方式，往往能夠使學生在物理探究的過程中，通過對例題等的分析與掌握，達到舉一反三、觸類旁通的效果，許多教學經(jīng)驗豐富的高中物理老師，常常將類比思維引入到高中物理課堂中，并將其作為評價學生的自主、合作、探究式學習活動的重要衡量基準之一。這為高中物理教學中滲透類比思維的培養(yǎng)提供了理論依據(jù)與現(xiàn)實可能性。

高中生正處于發(fā)展創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、促進創(chuàng)新人格形成的關鍵期。在高中物理教學中，運用類比思維一方面體現(xiàn)了教育規(guī)律的內在要求，另一方面有效地促進了學生的思維習慣及思維能力的發(fā)展。可以說，培養(yǎng)類比思維實現(xiàn)的過程，也是直覺思維、形象思維、抽象思維三者相互統(tǒng)一的過程。這構成了高中物理教學中滲透類比思維培養(yǎng)現(xiàn)實基礎與理論必要性。

二、高中物理教學中關于類比思維的應用現(xiàn)狀及原因分析

在高中物理教學中，應用類比思維主要包含了以下步驟：確定目標問題;引入類比對象;分析相似特征;提出猜想與假設;具體論證并檢驗;評估與實際應用。然而， 當前高中物理教學中對類比思維的培養(yǎng)與應用現(xiàn)狀不容樂觀。首先，對類比思維的應用范圍較為窄化，多局限于某種類型的知識講授。大多數(shù)教師選擇講授抽象的物理概念、公式、定理時，選擇使用類比思維，幫助學生理解。其次，類比思維的培養(yǎng)途徑有限。教學經(jīng)驗豐富、學科視野開闊的物理老師往往會通過創(chuàng)設情境等方式，滲透類比思維的培養(yǎng)。再次，類比思維與知識建構的聯(lián)系不夠緊密。有的教師由于學科框架體系的建構不足，在講授練習題時，有效的知識建構與前后類比較少，導致學生的知識框架建立得不夠完善，物理分析能力相對薄弱。

三、高中物理教學中關于類比思維的應用策略

1.精準分析學情特點，擴展類比思維的范圍

高中物理的知識特點及教材編排，給學生的思維習慣及思維品質的培養(yǎng)提出了較高的要求。如果教師能夠從學生的生活經(jīng)驗出發(fā)，將日常生活中的物理現(xiàn)象以教學情境的方式呈現(xiàn)在高中物理課堂中，將會極大地調動學生的情緒及感性思維，使其積極主動地參與到物理探究中來。比如，在關于摩擦力的教學中，教師演示實驗，讓學生思考摩擦力形成的條件：①接觸面粗糙;②相互接觸的物體間有彈力;③接觸面間有相對運動或相對運動趨勢。然后在此基礎上，引導學生采用類比思維進行思考，聯(lián)系日常生活中的各種摩擦力現(xiàn)象，如上坡行駛的汽車、二胡的弓部涂松香、機器中的滾動軸承等，讓學生運用類比思維分析汽車上坡比平地行駛的難度大、二胡弓部要涂松香、機器安裝滾動軸承并涂潤滑油等生活現(xiàn)象背后的物理力學原理，嘗試從摩擦力的角度進行科學解釋。這樣，教師通過類比思維的培養(yǎng)，改變了傳統(tǒng)的高中物理課堂枯燥無趣的刻板印象，給學生耳目一新的感受。同時，讓學生通過日常生活中的物理現(xiàn)象入手，一方面有利于他們快速進入對物理知識的理解與建構，另一方面能夠通過類比思維幫助學生找到適合自己的學習方法與思維特點。因此，在高中物理教學中，教師要精準分析學情特點，側重類比思維的培養(yǎng)，要注重將生活中的現(xiàn)象移到課堂中，利用生動的生活現(xiàn)象加深學生對相關物理知識的興趣，讓物理知識更加簡單、更加有趣。

2.采用科學探究模式，提出類比思維的特征

結合日常生活現(xiàn)象及規(guī)律，充分挖掘物理課程資源，讓學生對教材知識體系、典型物理現(xiàn)象等進行聯(lián)系思考，運用科學的探究模式分析事物、概念、規(guī)律之間的相似性特征，將學生類比思維的培養(yǎng)與基礎知識的掌握聯(lián)系起來。比如在摩擦力教學中，教師先讓大家做個互動小游戲：讓學生來到墻邊，按照指令做動作，演示給大家看：身體挺直站立，背部及雙腿緊貼墻面站直。單腳抬起并向前邁步，其他部位保持原來的姿勢不動，你能否邁出去腳？不能。創(chuàng)設問題情境：公園里蹦蹦跳跳的孩子，馬路上的匆匆行人，操場上跑步鍛煉的學生，這一幕幕告訴我們，走路是再平常不過的日常現(xiàn)象。你是否思考過這個問題：為什么人可以走路？教師可以讓學生采用類比思維，聯(lián)系爬坡的汽車、洗碗的鋼絲球等分析摩擦力的特點及作用。在此基礎上，明確：人之所以能夠行走，是因為腳與地面產(chǎn)生了摩擦力，人通過鞋子給地面施加一個向后的力，而地面也給人施加一個向前的力，即作用力與反作用力，這個向前的反作用力構成了摩擦力，正是摩擦力的出現(xiàn)才改變了物體的運動狀態(tài)。現(xiàn)實生活中，人們穿的登山鞋，就是通過接觸面粗糙的鞋底設計，來增大摩擦力，適當減輕人的行走困難。再如，在關于“電場和電場強度”的教學中，為了讓學生理解并掌握“電場”的概念，為接下來的電場強度的學習形成基礎，教師聯(lián)系舊的知識，讓學生從力學的重力場入手，通過類比思維進入到重力場的學習。同時，由重力勢能類比推導得出，電場具有電場勢能，進一步強化對庫侖力概念的理解與把握。

3.適當引入典型例題，強化類比思維的運用

類比思維在分析與解決問題的過程中運用得最為突出。在高中物理教學中，教師適當引入典型例題，讓學生從已知問題與未知問題中尋求兩者之間相似性特征，進而通過相似性特征求解，從根本上強化學生對類比思維的運用。比如，類平拋運動的典型問題：質量為1kg的質點，在水平面內沿著x軸的正方向上在幾個共點力的一同作用下以一定的速度做著勻速運動，當其到達坐標原點時，突然撤去其沿著y軸正方向的力，這個力為5N，但是保持其它力的方向不變，問質點經(jīng)過2s的運動到達了何處？這個時候質點的速度應當是多少，方向如何？如果運用類比思維對該問題進行分析，不難發(fā)現(xiàn)題目中的質點運動類型與平拋運動中的水平初速度和重力方向垂直的特點基本一致，由此可以推斷這里的質點運動類型屬于類平拋運動。這樣，學生便能夠用平拋運動的解題方法來思考這一問題，其答案便迎刃而解。除了運用類比思維審題，還可以運用類比思維解題，如雙星問題的解答，根據(jù)在天體運動中雙星的概念知道，兩星質量其中一個為M1，另一個為M2，二者之間的距離為L，求出兩個星各自的運轉半徑以及角速度大小。為了更好地引導學生對這道問題進行解答，教師可以先呈現(xiàn)簡單易懂的例題：A、B兩名滑冰運動員，他們面對面拉著彈簧秤并做圓周運動進行的滑冰表演，AB兩人之間的距離為0.8m，彈簧秤的示數(shù)為8.6N，這兩人的質量分別為80kg和40kg，需要求解A、B兩人在做圓周運動時的線速度、角速度以及半徑。這是學生熟悉的圓周運動問題。通過分析，學生很快就可以得出這兩人圓周運動的角速度、向心力大小相等，通過此題的對比，學生對此題的理解就變得深入準確，也能很好地結合不同的題目來強化類比思維的培養(yǎng)與創(chuàng)新能力的發(fā)展。再如在學習有關負電荷電勢能大小的問題時，可根據(jù)已知的電勢能的計算公式，類比推導出負電荷的電勢能計算方法。由此可見，運用類比思維分析物理典型例題，從中找出他們的相似性特征，根據(jù)相似性特征探究并得出某一類型的問題的解法及類似問題的推導過程，為物理問題的順利解決提供線索。

4.充分利用科學史料，豐富類比思維的載體

科學史上的物理學家運用類比思維進行科學攻關并取得重大的科學發(fā)現(xiàn)的故事，既豐富了學生關于物理學知識的感性認識，也從情感態(tài)度價值觀的角度對學生形成激勵，使其樹立運用類比思維進行科學探究的信心。比如在自由落體運動的教學中，引入伽利略的實驗。在豐富的物理學史料的基礎上，教師順勢啟發(fā)學生思考：對比飄零的樹葉，還有從天而降的冰雹，你是否也有這樣的生活經(jīng)驗：質量較大的冰雹下落的速度，要比質量較小的落葉下落的速度快。由此得出解決，兩個質量不等的物體同時由同一高度自由落下，質量大的物體下落速度快。其實，這是一種錯誤的結論。千百年前的科學家伽利略就用實驗證明了這一結論的荒謬性， 你能否運用物理學知識來加以解釋。教學實踐表明，豐富的物理學史料能夠加深學生對物理科學的認識，將學生的人文觀念與類比思維融合起來，能夠幫助學生聯(lián)系生活常識經(jīng)驗來發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，使其借助新舊物理知識和概念的聯(lián)系來理解并解決類似物理習題。這樣一來，高中物理的學習就會變得有趣且容易許多。

結語

類比思維在高中物理教學中運用較為典型，也最為常見。引入類比思維，不僅是物理教學的必然要求，也是學生進行科學探究、培養(yǎng)思維習慣、形成創(chuàng)新能力的必不可少的創(chuàng)新思維模式之一。基于此，探索高中物理教學中的類比思維的運用特點及策略，為學生進行自主、合作、探究式學習提供思維方法與探究模式，是當前高中物理課堂改革的重點之一。因此教師應該培養(yǎng)學生在高中物理學習中的類比思維能力，使學生掌握探究新知、提高素養(yǎng)、發(fā)現(xiàn)真理的思維方法，以進一步培養(yǎng)學生的思維能力，提高學生在高中物理學習中的自主探究能力，從根本上提高學生的物理核心素養(yǎng)。

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