相似性思維在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用探究

潘琦

摘要：高中物理教學(xué)內(nèi)容中存在著大量相似性內(nèi)容，教學(xué)中，教師應(yīng)該緊緊抓住這些相似性內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的相似性思維。本文在分析相似性思維概念的基礎(chǔ)上，分析了相似性思維在高中物理概念建構(gòu)、過程分析、規(guī)律理解、問題解決等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理 應(yīng)用探究 相似性思維 教學(xué)探究

高中物理教學(xué)不只是傳遞知識(shí)，更為重要的是訓(xùn)練思維。許多學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握得很好，但是無法順利解決較為復(fù)雜的問題，根本原因在于思維能力沒有得到提升。相似性思維是高中物理教學(xué)中的一種重要思維能力，對(duì)學(xué)生無論理解物理知識(shí)，還是解決實(shí)際問題，都有一定的作用，需要積極培養(yǎng)。

一、相似性思維的概念

相似性思維是指形式、流程基本一致的思維。人們?cè)诮鉀Q問題時(shí)，總是借助于已有的經(jīng)驗(yàn)。思維形式本身也是一種人生經(jīng)驗(yàn)，可以借助于其來解決新遇到的問題。在高中物理學(xué)習(xí)中，如果教師能夠注重培養(yǎng)學(xué)生的相似性思維，這不僅僅可以讓學(xué)生更好地理解物理知識(shí)體系，而且還可以讓學(xué)生較為深入地掌握物理的思想方法。可見，相似性思維對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理有極其重要的作用，理應(yīng)得到重視。

二、高中物理教學(xué)中相似性思維的應(yīng)用

相似性思維可以應(yīng)用于高中物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。下面從概念建構(gòu)、過程分析、規(guī)律理解和問題解決四個(gè)方面來探討相似性思維的教學(xué)應(yīng)用。

（一）相似性思維在概念建構(gòu)中的應(yīng)用

概念來源于具有相同特征事物的抽象。對(duì)于物理教學(xué)而言，教師的首要任務(wù)是幫助學(xué)生建立概念、辨析概念，打下物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。高中物理中的概念較多，有些概念的外延較多，學(xué)生很難全面把握。教學(xué)中，教師會(huì)碰到許多具有相同特征的概念，完全可以通過類比的方式來調(diào)動(dòng)學(xué)生的相似性思維，從而破除學(xué)生對(duì)新概念理解的壁壘。

比如，進(jìn)行“磁感應(yīng)強(qiáng)度”這一概念教學(xué)時(shí)，教師可以將其和電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行類比，通過激發(fā)學(xué)生的相似性思維來使學(xué)生理解電磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)概念。教師將磁場(chǎng)和電場(chǎng)放在一起對(duì)比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這兩種場(chǎng)具有一定的相似性，學(xué)生自然想到需要定義一個(gè)物理量來描述磁場(chǎng)，因此提出了“磁場(chǎng)強(qiáng)度”這個(gè)概念。教師進(jìn)行引導(dǎo)：“在歷史上，‘磁場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)被另外一個(gè)物理量占用，我就不能再用這個(gè)名詞了。我們就叫它為‘磁感應(yīng)強(qiáng)度吧。”教師問學(xué)生：“在定義電場(chǎng)強(qiáng)度這一概念的時(shí)候，你是從哪兩個(gè)方面入手考慮的？”學(xué)生對(duì)比電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)概念，認(rèn)為作為矢量必須從大小和方向兩個(gè)角度定義。教師讓學(xué)生通過討論來完成定義。學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為：小磁針在磁場(chǎng)中受力，可以用一個(gè)極受力來定義該量的大小和方向。學(xué)生的想法存在一些問題，對(duì)此，教師指出：“小磁針有兩個(gè)磁極，兩個(gè)磁極的受力大小總是相反的。采用這種方法定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小時(shí)，無法排除掉S磁極受力的影響。”學(xué)生感到困惑，教師及時(shí)提示：“通電導(dǎo)線如果放在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用，我們能不能從這個(gè)角度來定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小呢？”教師帶領(lǐng)學(xué)生做通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力實(shí)驗(yàn)，從而完成磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的定義。在本次概念教學(xué)中，教師將兩種相似性極高的物理量對(duì)比起來，啟發(fā)學(xué)生的相似性思維，通過類比來解決大小和方向的定義問題。由于借助了相似性思維，學(xué)生會(huì)深刻理解磁感應(yīng)強(qiáng)度。在后續(xù)相關(guān)問題的解決中，學(xué)生可以清晰地辨析出磁感應(yīng)強(qiáng)度的內(nèi)涵和外延，從而準(zhǔn)確地解決出問題。

（二）相似性思維在過程分析中的應(yīng)用

在高中物理中經(jīng)常出現(xiàn)一些綜合性比較高的問題，這些問題中物體的運(yùn)動(dòng)過程比較復(fù)雜，學(xué)生在分析運(yùn)動(dòng)過程時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)困難。在高中物理中所出現(xiàn)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過程并不是獨(dú)立的，一般能夠找到基本類似的運(yùn)動(dòng)過程。針對(duì)這個(gè)狀況，教師可以通過運(yùn)動(dòng)過程的對(duì)比分析，借助于學(xué)生的相似性思維來分析新接觸到的運(yùn)動(dòng)過程，從而順利解決問題。在教學(xué)中，教師首先要提示前面碰到過的類似運(yùn)動(dòng)過程，再將新舊運(yùn)動(dòng)過程對(duì)照起來，尋找分析方法。

比如，在分析“小球落到油中”這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，教師可以將其和“雨滴在空氣中運(yùn)動(dòng)”這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程比較。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過程極其相似。雨滴受空氣的阻力大小和速度大小成正相關(guān)。根據(jù)對(duì)受力的分析，顯然可以得知雨滴在空氣中做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)。如果加速度變成0，則雨滴做勻速直線運(yùn)動(dòng)。小球在油中的運(yùn)動(dòng)和其基本相似。在分析“小球在油中下落”這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程前，教師可以先和學(xué)生一起復(fù)習(xí)“雨滴在空氣中下落”這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，再讓學(xué)生自主分析。由于復(fù)習(xí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的相似性思維，他們非常輕松地解決了“小球落到油中”這個(gè)問題。在本次教學(xué)過程中，學(xué)生需要分析一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程。教師根據(jù)學(xué)生已經(jīng)具有的分析經(jīng)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生一起復(fù)習(xí)以前學(xué)習(xí)過的類似問題。教師調(diào)動(dòng)學(xué)生的相似性思維，輕松地讓學(xué)生解決了這個(gè)問題。學(xué)生在解決這個(gè)問題的時(shí)候，不僅僅掌握了這一個(gè)問題的解決方法，而且對(duì)這一類問題的解決方法都有了一定的把握。可以預(yù)見，學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中遇到此類問題時(shí)可以借助于相似性思維來解決。高中物理中存在著許多非常相似的過程，如果教師能夠經(jīng)常借助于學(xué)生的相似性思維進(jìn)行分析，那必然會(huì)讓學(xué)生形成基本的物理思想方法，這對(duì)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)非常有幫助。

（三）相似性思維在規(guī)律理解中的應(yīng)用

物理規(guī)律是建立在物理概念基礎(chǔ)上的各種物理量之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系具有普適性。學(xué)習(xí)物理規(guī)律時(shí)，可以將各種現(xiàn)象和概念聯(lián)系起來，構(gòu)建為一個(gè)整體。在高中物理中，存在著許多規(guī)律，這些規(guī)律有不少存在聯(lián)系。教師幫助學(xué)生抓住這些聯(lián)系，可以使他們更為深刻地理解規(guī)律，從而學(xué)好物理。

比如，進(jìn)行“帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”教學(xué)時(shí)，要分析帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)的問題。帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng)，類平拋運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)極其相似，因此可以采用與平拋運(yùn)動(dòng)相同的分析方法。在教學(xué)中，教師提出問題：“我們是怎么分析平拋運(yùn)動(dòng)的？”學(xué)生回答：“采用分解的方法。”教師引導(dǎo)：“帶電粒子垂直進(jìn)入電場(chǎng)，所做的運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)有什么聯(lián)系？你們能不能采用分解的方法來分析呢？”教師的提示讓學(xué)生將這兩種運(yùn)動(dòng)對(duì)比起來。不一會(huì)兒，學(xué)生就將類平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律寫了出來。在本次教學(xué)中，教師針對(duì)學(xué)生難以理解的規(guī)律，采用相似性思維，幫助學(xué)生獲得對(duì)規(guī)律的理解。物理中有相當(dāng)多的規(guī)律具有一定相似性，教師要積極地帶領(lǐng)學(xué)生分析，幫助學(xué)生將這些規(guī)律聯(lián)系起來，從而發(fā)展學(xué)生的相似性思維。

（四）相似性思維在問題解決中的應(yīng)用

高中物理中的問題數(shù)量較多，變化多端。但是，相當(dāng)多的問題具有一定的聯(lián)系，教師可以通過這些聯(lián)系，幫助學(xué)生解決問題。在面對(duì)一個(gè)問題時(shí)，教師可以先提示學(xué)生這個(gè)問題我們?cè)谇懊媸欠窠佑|過，如果接觸過，在前面相似的問題中采用了怎樣的分析方法，能不能將這種分析方法應(yīng)用到這里等。通過一系列問題引導(dǎo)，可以幫助學(xué)生順利解決問題。

比如，在解決較為復(fù)雜的動(dòng)能定理應(yīng)用問題時(shí)，教師可以先讓學(xué)生說一說應(yīng)用動(dòng)能定理的基本方法。學(xué)生會(huì)從受力分析、確定研究對(duì)象、求各力所做功、分析初末狀態(tài)等方面來說明。教師引導(dǎo)學(xué)生按照他們的說法一步一步地來解決這個(gè)問題。由于學(xué)生采用了固定的解題方法，因此他們的相似性思維得以發(fā)揮，遷移以前解決問題所用的方法，來解決新問題。在本次教學(xué)中，教師通過復(fù)習(xí)解決問題的基本方法來激發(fā)學(xué)生的相似性思維，從而幫助學(xué)生順利解決問題。

結(jié)束語

綜上所述，相似性思維在高中物理學(xué)習(xí)中有著極其重要的應(yīng)用，教師要關(guān)注物理教學(xué)內(nèi)容中的相似點(diǎn)。相似性思維的長(zhǎng)期應(yīng)用可以讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中建立起普遍聯(lián)系，從而形成有效的知識(shí)體系和思維方式。

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