淺談核心素養(yǎng)視角下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中類比教學(xué)的實(shí)施策略

唐漪

摘 要：物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是物理課堂教學(xué)中不可或缺的重要組成部分。類比方法是一種利用事物間某些相似性從已知事物的規(guī)律推斷另一種事物規(guī)律的科學(xué)思維方法，也是認(rèn)識(shí)自然的一種重要方法，在物理學(xué)的研究和中學(xué)物理的教學(xué)中都有十分廣泛的運(yùn)用。文章以類比教學(xué)法為抓手探尋物理課堂中類比教學(xué)法的實(shí)施策略，以提升高中學(xué)生的物理核心素養(yǎng)為主要目的，為學(xué)生的終身物理學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使學(xué)生成為一個(gè)全面發(fā)展的人。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);高中物理;類比教學(xué);實(shí)施策略

著名的哲學(xué)家康德曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“當(dāng)勵(lì)志無(wú)法得到可靠的論證時(shí)，類比法往往能引導(dǎo)著人類形成正確的認(rèn)識(shí)”。類比法如今廣泛地運(yùn)用于高中物理教學(xué)中。類比法的運(yùn)用有利于學(xué)生夯實(shí)物理基礎(chǔ)知識(shí)，提升物理學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓA學(xué)生的情感，使學(xué)生有社會(huì)擔(dān)當(dāng)意識(shí)，從而形成物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

一、高中生物理核心素養(yǎng)的概述

“素養(yǎng)”在《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》中的解釋主要包括兩個(gè)方面：一指平日的修養(yǎng)，如藝術(shù)修養(yǎng);二指通過(guò)學(xué)習(xí)或者培訓(xùn)獲得的能力、技能，如軍事修養(yǎng)。所以與傳統(tǒng)教育注重知識(shí)內(nèi)容傳授不同，素養(yǎng)是一種后天養(yǎng)成具有永久性的品質(zhì)。

核心素養(yǎng)又被稱為關(guān)鍵能力。《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中將核心素養(yǎng)定義為“學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過(guò)程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”。

學(xué)科核心素養(yǎng)即學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)掌握的能夠利用具有該學(xué)科特色的思維處理事情的能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。本文所要培養(yǎng)的物理核心素養(yǎng)主要是通過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在獲得物理實(shí)驗(yàn)的基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提升學(xué)生的基本能力，包括實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和數(shù)據(jù)處理分析能力等，從而讓學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)研究習(xí)慣，形成良好的科學(xué)探究精神，有高度的社會(huì)責(zé)任感。而這些正是當(dāng)前高中物理教學(xué)中容易被忽視的內(nèi)容。

二、類比教學(xué)法的概述

（一）類比教學(xué)法的定義

類比這種科學(xué)方法最初是由亞里士多德提出來(lái)的，也被稱作類推。在《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》中，類比的定義是：“一種推理方法，根據(jù)兩種事物在某些特征上的相似，做出它們?cè)谄渌卣魃弦部赡芟嗨频慕Y(jié)論。”

在邏輯學(xué)中，類比可以用以下公式表示：

A對(duì)象中有：a，b，c，d

B對(duì)象中有：a′，b′，c′

則在B對(duì)象中可能有d′

公式中A和B是進(jìn)行分類的兩個(gè)或兩類事物，a，b，c，d和a′，b′，c′，d′分別指A和B的屬性（如成分、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、規(guī)律等），a，b，c，d和a′，b′，c′，d′一一對(duì)應(yīng)。進(jìn)行類比推理的必要前提，是兩個(gè)或者兩種事物之間必須要有一定的相似性。邏輯學(xué)研究中，兩個(gè)事物之間已知的相似的特征或者屬性，叫作類比的肯定因子，已知的不同的特征或者屬性，叫作類比的否定因子。還存在另外一些特征或者屬性，是否相似不能夠確定，這些則被稱為中性因子。很明顯，類比方法，是將肯定因子作為依據(jù)，排除掉否定因子，并且想辦法確定中性因子。在類比的過(guò)程當(dāng)中，如果能夠?qū)⒛承┲行砸蜃託w入肯定因子的范圍，并且能夠得到驗(yàn)證，那么，這個(gè)類比過(guò)程是成功的;否則，這個(gè)類比過(guò)程就是失敗的。

（二）類比教學(xué)策略

1989年，喬治亞大學(xué)的Glynn提出了一個(gè)可以用來(lái)指導(dǎo)類比教學(xué)的方法：Teaching—With—Analogy（類比教學(xué)方法）。主要有六個(gè)步驟：1.說(shuō)明要研究的概念或規(guī)律;2.明確學(xué)生對(duì)類比對(duì)象的熟悉程度;3.分析研究對(duì)象和類比對(duì)象之間的相關(guān)特征;4.找出研究對(duì)象和類比對(duì)象間的相似之處;5.總結(jié)歸納出研究對(duì)象的特征;6.明確研究對(duì)象和類比對(duì)象間不相符之處。在Teaching—With—Analogy提出之后，Treagust和Harrison經(jīng)過(guò)一系列相關(guān)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，提出了Focus，Action，Reflection教學(xué)策略，即注重關(guān)注、行動(dòng)和反思的類比教學(xué)策略。主要是三個(gè)方面：1.關(guān)注要研究的對(duì)象，關(guān)注授課學(xué)生的具體情況，關(guān)注類比對(duì)象;2.行動(dòng)，找出研究對(duì)象和類比對(duì)象之間的相似之處和不同之處;3.反思，及時(shí)反思類比得到的結(jié)論效果如何？學(xué)生是否容易接受？類比過(guò)程是否還能再進(jìn)行改進(jìn)和提高？

新課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出學(xué)生在經(jīng)歷高中物理學(xué)習(xí)之后必須具備“物理核心素養(yǎng)”即“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，注重學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)和提高，在教學(xué)中既要讓學(xué)生掌握知識(shí)，又要注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，而能力的培養(yǎng)又需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐和特殊的方法才能達(dá)到，其中，類比就是一種重要的科學(xué)方法。

（三）類比教學(xué)的意義

大自然的各類事物由于各自具有的獨(dú)特性而顯得豐富多彩，在各不相同的事物之間又因?yàn)楦鞣N各樣的聯(lián)系性而顯得和諧有序。事物的獨(dú)特差異性要求我們?cè)诎l(fā)現(xiàn)和研究事物時(shí)，要能夠做到區(qū)別對(duì)待。而事物之間的聯(lián)系性，則要求我們?cè)诎l(fā)現(xiàn)和研究事物時(shí)，能夠在已知事物的基礎(chǔ)上由此及彼地發(fā)現(xiàn)新事物、研究新規(guī)律、開(kāi)辟新領(lǐng)域。

類比方法是一種利用事物間某些相似性從已知事物的規(guī)律推斷另一種事物規(guī)律的科學(xué)思維方法，也是認(rèn)識(shí)自然的一種重要方法。類比建立在已有的認(rèn)知的基礎(chǔ)上，能夠幫助去認(rèn)識(shí)新的事物。類比也能幫助人們啟發(fā)思維，開(kāi)闊視野，能為人們解決許多科學(xué)問(wèn)題提供重要的線索，所以在物理學(xué)的研究和中學(xué)物理的教學(xué)中都有十分廣泛的運(yùn)用。

作為一名物理教學(xué)工作者，筆者認(rèn)為，我們不僅要善于傳授物理學(xué)各類知識(shí)，對(duì)學(xué)生授以“魚(yú)”，更要能夠善于通過(guò)物理概念和物理規(guī)律的講解和傳授，向?qū)W生引入各種科學(xué)研究的方法，讓學(xué)生更能掌握獲取“魚(yú)”的方法，對(duì)學(xué)生授以“漁”，讓學(xué)生能夠獨(dú)立地去研究問(wèn)題，自覺(jué)學(xué)習(xí)其他學(xué)科，甚至對(duì)他們今后邁進(jìn)社會(huì)、走上工作崗位也產(chǎn)生積極的影響。

在物理學(xué)的研究和發(fā)展中，類比的方法有著廣泛并且重要的應(yīng)用，很多重要的物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都直接或者間接運(yùn)用到了類比的方法。很多著名的物理學(xué)家也是因?yàn)閯?chuàng)造性地運(yùn)用了類比的方法和思想，才取得了卓越的研究成果。

筆者認(rèn)為，在中學(xué)物理教學(xué)中，廣大物理教師應(yīng)該把類比教學(xué)策略合理科學(xué)高效地運(yùn)用到日常的教學(xué)中去，去激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，提高其學(xué)習(xí)物理的能力。筆者發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)在的教學(xué)研究中，越來(lái)越多的研究者已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，并且也進(jìn)行了很細(xì)致科學(xué)的研究工作，主要論述“類比在物理學(xué)發(fā)展中的運(yùn)用”“類比在物理教學(xué)中的運(yùn)用”等方面，都提出了自己的見(jiàn)解和系統(tǒng)總結(jié)了自己的觀點(diǎn)和看法。筆者此次在眾多研究者的研究基礎(chǔ)上，期待更進(jìn)一步探討“類比策略在中學(xué)物理教學(xué)的應(yīng)用”，希望能夠突破已有的思維，找到自己的獨(dú)特見(jiàn)解和爭(zhēng)取做出新的研究成果。

三、類比教學(xué)法在物理教學(xué)中實(shí)施策略的思考

（一）物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的問(wèn)題

第一，物理是一門(mén)自然科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)是對(duì)客觀事實(shí)的驗(yàn)證和探究，應(yīng)注意科學(xué)性問(wèn)題。物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)施不僅要符合目前高中學(xué)生的認(rèn)知水平，還要做到符合物理現(xiàn)象的實(shí)際。科學(xué)問(wèn)題是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)問(wèn)題，也是一切物理實(shí)驗(yàn)成功開(kāi)展的先決條件。

第二，可操作性問(wèn)題。大道至簡(jiǎn)，任何一所學(xué)校無(wú)論條件多么的優(yōu)越或如何簡(jiǎn)陋，都要以在不影響物理研究學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，化繁為簡(jiǎn)，清晰展現(xiàn)。這主要表現(xiàn)在時(shí)間上恰到好處，材料用量上的恰如其分，實(shí)驗(yàn)安全性的可控而且還要適合于課堂展示。

（二）通過(guò)類比教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)

第一，通過(guò)類比法夯實(shí)學(xué)生的物理基礎(chǔ)知識(shí)

利用類比教學(xué)法夯實(shí)學(xué)生的物理基礎(chǔ)知識(shí)，就是從學(xué)生已有的物理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，從身邊熟悉的事物或物理現(xiàn)象出發(fā)，通過(guò)聯(lián)想和想象來(lái)理解和構(gòu)建新知識(shí)。在具體的物理教學(xué)中有很多形式，如：對(duì)已有的概念的構(gòu)建。高中物理概念是對(duì)物理想象的高度概括和抽象的提煉。很多學(xué)生理解起來(lái)往往比較困難，因此教師在教授中可以通過(guò)類比掌握其相關(guān)內(nèi)容。如“點(diǎn)電荷”概念的理解，我們可以讓學(xué)生通過(guò)類比電場(chǎng)強(qiáng)度的定義來(lái)幫助學(xué)生理解。

用新舊知識(shí)的對(duì)比加深學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，在初中物理中我們就學(xué)過(guò)有關(guān)重力的相關(guān)知識(shí)，比如：地球上存在著重力，地球上所有的物體都受到地球?qū)λ奈次锢韺W(xué)中所說(shuō)的重力，到了高中學(xué)習(xí)電場(chǎng)的概念比較抽象，學(xué)生難以理解，教師可以運(yùn)用類比的方法把地球的重力場(chǎng)比作電場(chǎng)，讓學(xué)生迅速掌握其要領(lǐng)，從而達(dá)到事半功倍的效果。

第二，通過(guò)跨學(xué)科知識(shí)的類比融合，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

“他山之石可以攻玉。”物理是眾多自然科學(xué)分支中的重要的一支，教師在物理教學(xué)中完全可以借助其他學(xué)科的學(xué)習(xí)成果和豐富經(jīng)驗(yàn)來(lái)提升學(xué)生能力，特別是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α１热纾涸趯?shí)驗(yàn)中為了減少誤差，我們通常需要多做幾次取平均值，也可以增加實(shí)驗(yàn)的樣本容量，這都是相融相通的。再比如：物理中的飽和汽，學(xué)生會(huì)誤以為是大氣中液態(tài)不再蒸發(fā)從而保持飽和狀態(tài)的一種現(xiàn)象。類比生物學(xué)中植物的根尖對(duì)水的吸收，當(dāng)土壤中的溶液濃度等于根毛細(xì)胞內(nèi)的溶液濃度時(shí)，這兩種溶液我們稱之為等滲溶液，即滲透壓相同，那么此時(shí)的根是不是既不吸水也不失水呢？其實(shí)不是，而是既吸水也失水，只不過(guò)細(xì)毛細(xì)胞吸收的水和失去的水在量上基本保持平衡。這樣一來(lái)物理知識(shí)一目了然了，學(xué)生必能輕松掌握物理飽和汽的精髓。這些類比既加深了學(xué)科間的橫向聯(lián)系，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科的興趣。

第三，通過(guò)把物理知識(shí)和生活相融合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任意識(shí)

高中的學(xué)生已經(jīng)具備一定的物理學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，也有一定的生活常識(shí)的積累。初步形成了自己的人生觀和價(jià)值觀，但是還不成熟，需要教師在教學(xué)專業(yè)知識(shí)中予以不斷升華，其實(shí)這個(gè)過(guò)程是相互促進(jìn)的，在升華學(xué)生情感的過(guò)程中也加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，銜接融合得恰如其分，則教學(xué)效果事半功倍。如在學(xué)習(xí)高中物理彈簧振子振動(dòng)時(shí)，學(xué)生難以理解振子向平衡位置運(yùn)動(dòng)的變化的現(xiàn)象。教師可以類比學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程中身高的變化快慢來(lái)加以說(shuō)明。我們從呱呱墜地到成為一個(gè)發(fā)育成熟的成年人，身高在不斷變化，不斷長(zhǎng)高，那么不同年齡階段長(zhǎng)高的速度一樣嗎？很顯然，不一樣。那么什么時(shí)候快？什么時(shí)候慢呢？我們的經(jīng)歷告訴我們，當(dāng)我們接近成年，盡管我們的身高有可能還在上升，但是增高的速度明顯放緩，當(dāng)生長(zhǎng)停滯，我們將達(dá)到一生中最高的高度。我們類比可知加速度在減小，但長(zhǎng)度在增加。這就很容易理解加速度減小，只意味著增量在減小，但物體的運(yùn)動(dòng)速度還是在增加，這就是物理學(xué)中的變加速運(yùn)動(dòng)。也可以以國(guó)家的每年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率來(lái)加以說(shuō)明，說(shuō)明這是自然規(guī)律。我們同學(xué)在今后的工作和學(xué)習(xí)中要尊重自然規(guī)律，充分運(yùn)用自然規(guī)律來(lái)為人類服務(wù)，而不是逆自然規(guī)律而行，這必將走不通。生活中我們也要順應(yīng)歷史潮流，與時(shí)俱進(jìn)，方可在人生長(zhǎng)河中勇立潮頭，成為時(shí)代的弄潮兒。

結(jié)束語(yǔ)

為了學(xué)生的終身發(fā)展奠基，在高中階段要提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)方法中類比方法是一個(gè)比較好的科學(xué)方法，簡(jiǎn)單、高效、易操作，是眾多物理教學(xué)法中值得大家去深入研究的教學(xué)法之一，充分運(yùn)用類比法不僅為教師減負(fù)，為學(xué)生學(xué)習(xí)增效，更是教學(xué)改革和人生發(fā)展的需要。

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