基于學(xué)情背景下的科學(xué)類比教學(xué)應(yīng)用初探

陳振峰

【摘要】從科學(xué)角度看，不同的研究對(duì)象之間或多或少存在著相同或相似的屬性，因此它們遵循著相同或相似的科學(xué)規(guī)律，對(duì)它們的研究所采用的科學(xué)方法也受其屬性影響而相似，它們之間息息相關(guān)。在初中科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，若能抓住研究對(duì)象的特征，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用類比法，激發(fā)學(xué)生舊有知識(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的科學(xué)探究，既可以遷移出新知識(shí)，又可以提高科學(xué)教學(xué)的直觀性和形象性，降低重難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)難度。在具體操作上，可以將類比法應(yīng)用在概念教學(xué)、思維教學(xué)和應(yīng)用解題上。

【關(guān)鍵詞】初中科學(xué)? ?學(xué)情背景? 類比教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G632 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2022）02-0181-03

在科學(xué)教學(xué)中，類比法的應(yīng)用有著重要的作用，合理地運(yùn)用類比法進(jìn)行教學(xué)將有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性，降低教學(xué)目標(biāo)的難度，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶水平。從學(xué)生角度看，在學(xué)習(xí)新的知識(shí)和能力時(shí)，需要經(jīng)歷一個(gè)理解的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生存在著兩種狀態(tài)：一是調(diào)動(dòng)已有的知識(shí)，盡可能地運(yùn)用與目標(biāo)知識(shí)相似的知識(shí)儲(chǔ)備去理解;二是將學(xué)習(xí)的內(nèi)容依靠記憶強(qiáng)行掌握，待到后續(xù)知識(shí)積累到一定程度時(shí)再去慢慢消化前期的知識(shí)。在此過(guò)程中，由于學(xué)生的思維發(fā)展水平和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較低，學(xué)生自主應(yīng)用類比法去理解相關(guān)概念和能力時(shí)往往存在一定的困難，所以這時(shí)教師在類比思維方面給學(xué)生一點(diǎn)啟發(fā)和幫助是十分必要的。從教師角度看，在教授新課時(shí)，相較于先機(jī)械記憶再理解的填鴨式教學(xué)，應(yīng)用類比法引入學(xué)生熟悉的事物作為類比對(duì)象來(lái)講解教學(xué)內(nèi)容，可以降低學(xué)生的認(rèn)知難度。與此同時(shí)，由于教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容有較為深入的了解，講授時(shí)會(huì)盡可能選擇與目標(biāo)知識(shí)匹配度較高的類比實(shí)例，因此教師的類比實(shí)例對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有著較強(qiáng)的指導(dǎo)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)著科學(xué)知識(shí)，更是學(xué)習(xí)著一種思考和處理問(wèn)題的方法。

一、類比法在科學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

掌握科學(xué)基本概念是學(xué)好科學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)基本概念首先應(yīng)抓住概念的重點(diǎn)字句的含義，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用條件和范圍。對(duì)于易混淆的概念，通過(guò)實(shí)例加以區(qū)分，再?gòu)谋举|(zhì)上加以區(qū)別，并了解它們之間內(nèi)在的聯(lián)系。通過(guò)科學(xué)概念的類比，可使科學(xué)概念的學(xué)習(xí)變得輕松，學(xué)生理解得更透徹。

案例一：溫度、內(nèi)能、熱量三者的概念的理解和區(qū)分

在浙教版九年級(jí)上冊(cè)第三章第五節(jié)《物體的內(nèi)能》的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)當(dāng)堂檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)溫度、內(nèi)能和熱量這三個(gè)概念的理解存在一定的問(wèn)題，典型的錯(cuò)誤理解有以下幾種：（1）熱量、內(nèi)能的單位都是焦耳，所以二者的物理意義也是相同的;（2）溫度高的物體，具有的內(nèi)能就大;（3）在熱傳遞過(guò)程中，進(jìn)行的是溫度的交換。

通過(guò)深入的思考，我采用更加直觀的實(shí)物類比，幫助學(xué)生更好地理解這三個(gè)概念，具體方法為：將溫度類比于容器中的水位，內(nèi)能類比于容器中的水量，熱量類比于容器間的水交換量，進(jìn)行如下模擬實(shí)驗(yàn)：采用三種不同類型的容器，甲容器為細(xì)高型，乙容器為粗高型，丙容器為甲、乙容器制成的連通器，甲、乙兩容器中都裝有一定量的水。對(duì)單個(gè)容器來(lái)說(shuō)，水位越高，對(duì)應(yīng)的水量就越多，即類比于同一物體溫度越高，內(nèi)能就越多。但對(duì)甲乙兩個(gè)不同的容器而言，卻并非水位越高，所裝的水量就越多，還要取決于容器的具體形狀。通過(guò)以上的類比分析，學(xué)生的第二種典型錯(cuò)誤就能得到有效解決。

熱量作為一個(gè)過(guò)程量，它的實(shí)質(zhì)是熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的數(shù)量。當(dāng)物體間進(jìn)行熱傳遞時(shí)，并不是把內(nèi)能多的熱量傳遞給內(nèi)能少的，而是溫度高的把熱量傳給溫度低的，直到兩個(gè)物體的溫度相同。在這個(gè)概念的理解中，難點(diǎn)是讓學(xué)生理解引發(fā)熱傳遞需要溫度差，但是在熱傳遞中交換的是熱量，結(jié)果又是兩物體最終溫度相同。針對(duì)理解上的難度，用甲、乙容器制成的流通器進(jìn)行類比可以有助于理解。在連通器中的止水夾沒(méi)有打開(kāi)時(shí)，兩個(gè)容器內(nèi)的水不存在交換，所以只能說(shuō)右側(cè)容器中的水量比左側(cè)容器水量多，即右邊物體內(nèi)能大于左邊物體內(nèi)能。當(dāng)止水夾打開(kāi)時(shí)，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中可以發(fā)現(xiàn)，水位較高的左側(cè)容器中的水流向了水位較低的右側(cè)容器中，直到兩個(gè)容器水位處于同一高度。借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析可以得出，水的流向并不是根據(jù)容器中的水量多少，而是取決于容器中的水位高低，且在此傳遞過(guò)程中，進(jìn)行傳遞的不是水位高度，而是水流量。水流量的變化最終導(dǎo)致了水位的變化，所以水位的變化只是最后的結(jié)果。通過(guò)這樣的類比，能夠非常直觀且有效地幫助學(xué)生梳理內(nèi)能、溫度、熱量的概念本質(zhì)和相互關(guān)系，以上三個(gè)典型的錯(cuò)誤理解能夠通過(guò)此次類比得到有效解決。

案例二：分子之間同時(shí)存在著引力和斥力

在浙教版七年級(jí)上冊(cè)第四章第一節(jié)《物質(zhì)的構(gòu)成》中，教材對(duì)分子之間存在的引力和斥力進(jìn)行了一定的介紹，但由于七年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知水平和邏輯思維能力較低，通過(guò)課堂的提問(wèn)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)此知識(shí)點(diǎn)在理解上有一定的難度。如何幫助學(xué)生更加高效地理解這個(gè)現(xiàn)象，我采用了以下模型進(jìn)行類比：用兩個(gè)小球類比兩個(gè)分子，用壓縮狀態(tài)彈簧產(chǎn)生的彈力類比分子間斥力，用拉伸狀態(tài)的皮筋產(chǎn)生的拉力類比分子間引力。當(dāng)沒(méi)有外力作用時(shí)，彈簧產(chǎn)生的彈力和皮筋產(chǎn)生的拉力相等，兩小球保持平衡狀態(tài)。通過(guò)這個(gè)模型，向?qū)W生講解因?yàn)槠そ畹拇嬖冢苑肿优c分子緊緊聚集在一起，構(gòu)成了各種固體和液體;因?yàn)閺椈傻拇嬖冢腆w和液體的體積很難壓縮。

二、類比法在科學(xué)思維教學(xué)上的應(yīng)用

科學(xué)思維是研究和處理科學(xué)問(wèn)題的思路和方法，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)科學(xué)思維可以處理一類具有相同或相似的科學(xué)問(wèn)題。在實(shí)際研究過(guò)程中，若能抓住問(wèn)題的本質(zhì)屬性，通過(guò)類比，在不同問(wèn)題上使用同一科學(xué)思維，可以達(dá)到事半功倍的效果，加深對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解。

案例三：電阻、歐姆定律、焦耳定律的實(shí)驗(yàn)研究方法類比

在八、九年級(jí)的電學(xué)部分教學(xué)中，“導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的關(guān)系”“電流與電阻、電壓的關(guān)系”“電流產(chǎn)生的熱量與電流、電壓、通電時(shí)間的關(guān)系”這三個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究方向都有共同點(diǎn)，即研究一個(gè)物理量與另外多個(gè)物理量的關(guān)系，因此在教學(xué)上可以用類比法引導(dǎo)學(xué)生推出它們?cè)谘芯糠椒ㄉ弦矐?yīng)該有相似之處，學(xué)會(huì)用科學(xué)思維處理同一類問(wèn)題。DB4D7D74-B74B-4B0D-8A0F-A3C8037FCAFF

根據(jù)教材的安排，先進(jìn)行“導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)。在探究過(guò)程中，先讓學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究此問(wèn)題，在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ)上，分析得出完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)思路，即要研究導(dǎo)體的電阻與上述三者的關(guān)系，可以把實(shí)驗(yàn)分成三步：（1）控制導(dǎo)體的材料和橫截面積，研究電阻與長(zhǎng)度的關(guān)系;（2）控制導(dǎo)體的材料和長(zhǎng)度，研究電阻和橫截面積的關(guān)系;（3）控制導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積，研究電阻與材料的關(guān)系。當(dāng)學(xué)生掌握了這種實(shí)驗(yàn)思想后，再研究歐姆定律和焦耳定律時(shí)，學(xué)生就能很容易地聯(lián)想到用上述方法來(lái)研究同類問(wèn)題。

案例四：對(duì)認(rèn)識(shí)測(cè)量工具和選擇測(cè)量方法的類比

要正確地使用測(cè)量工具，首先必須正確地認(rèn)識(shí)測(cè)量工具。在初一介紹刻度尺的使用時(shí)，已經(jīng)引導(dǎo)學(xué)生首先需要認(rèn)識(shí)刻度尺的零刻度、最小分度值和測(cè)量范圍。當(dāng)認(rèn)識(shí)其他測(cè)量工具如彈簧秤時(shí)，可以及時(shí)啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行類比思考：“彈簧秤和刻度尺都是測(cè)量工具，對(duì)它們的前期認(rèn)識(shí)是否有相同或相似的地方？”學(xué)生運(yùn)用類比大膽推理，很快就能找到認(rèn)識(shí)內(nèi)容的相同之處，即零刻度、最小分度值和測(cè)量范圍。隨著教學(xué)過(guò)程的推進(jìn)，運(yùn)用類比的思想，學(xué)生能很快掌握基本測(cè)量工具認(rèn)識(shí)的相關(guān)內(nèi)容。

介紹長(zhǎng)度的特殊測(cè)量方式時(shí)，學(xué)生已經(jīng)知道用刻度尺直接測(cè)量出一張紙的厚度比較困難，但取一百?gòu)埣埊B放在一起，用刻度尺測(cè)出這一百?gòu)埣埖暮穸龋俪詮垟?shù)得出一張紙的厚度。那么在教學(xué)生測(cè)量一枚大頭針的質(zhì)量時(shí)，教師可以啟發(fā)學(xué)生思考：“一張紙的厚度和一枚大頭針的質(zhì)量有何相似之處？”當(dāng)學(xué)生找出它們的共同點(diǎn)“數(shù)值小”時(shí)，教師再引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)測(cè)量一張紙厚度的方法，啟發(fā)學(xué)生用類比法設(shè)計(jì)出測(cè)一枚大頭針質(zhì)量的方法。同時(shí)可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比法思考后，得出結(jié)論：采用累積法取平均值，可測(cè)出較小物理量。

三、類比法在應(yīng)用題解題上的應(yīng)用

在平時(shí)的習(xí)題講解中，我們?cè)谧⒅貙?duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)傳授的同時(shí)，更應(yīng)該對(duì)學(xué)生加強(qiáng)學(xué)法的指導(dǎo)和能力的培養(yǎng)，若能將類比的思想有效地傳遞給學(xué)生，在解題時(shí)根據(jù)已知進(jìn)行有效遷移，將有助于學(xué)生獨(dú)立自主解決新問(wèn)題。

案例五：密度部分習(xí)題與運(yùn)動(dòng)部分習(xí)題類比

原題：一個(gè)瓶子能盛1kg的水，用這個(gè)瓶子能盛多少酒精？

分析：已知水的質(zhì)量、水的密度、酒精的密度。

求：酒精的質(zhì)量。

普通解法：

通過(guò)密度公式變形，將水的質(zhì)量和水的密度代入變形公式來(lái)計(jì)算出水的體積，也就是瓶子的體積和酒精的體積。然后通過(guò)酒精的密度，計(jì)算出酒精的質(zhì)量。

類比題：A地距B地1000km，從A地開(kāi)往B地的火車需行駛10個(gè)小時(shí)。處在AB之間的C地距A地600km，假設(shè)火車在AB間和AC間的行駛速度相同，那么火車從A地出發(fā)開(kāi)往C地需要多長(zhǎng)時(shí)間？

簡(jiǎn)便解法：因?yàn)榛疖囋贏B間和AC間的行駛速度相同，所以它們的路程時(shí)間比相同，因此從A地出發(fā)開(kāi)往C地的時(shí)間為（600km÷1000km）×10h=6h。

通過(guò)以上題干的類比，可以發(fā)現(xiàn)兩道題考查的解題技能是相同的，即等量關(guān)系的建立，解法的思路是相同的，即找等量代入公式列公式解題。若將類比題的簡(jiǎn)便解法類比于密度的解題中，將提高學(xué)生的解題能力和思維水平。

在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用類比法，不僅可把抽象的科學(xué)概念納入到已知的具體認(rèn)知系統(tǒng)中，化抽象為直觀，同時(shí)又可激發(fā)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想，具有啟發(fā)思路、舉一反三、觸類旁通的作用，在科學(xué)方法和解題應(yīng)用上不失為一種促進(jìn)學(xué)生知識(shí)遷移的有效方法。不過(guò)在實(shí)際操作過(guò)程中，我們也需要加以注意，因?yàn)轭惐仁菍蓚€(gè)特定的對(duì)象進(jìn)行比較分析的過(guò)程，主要借助的是它們之間存在某些方面性質(zhì)相同或相似，但客觀上不能確保其他方面的一致性，各自必然存在一定的特殊性，所以類比對(duì)象和目標(biāo)對(duì)象兩者關(guān)系對(duì)知識(shí)理解的適配性和映射性是教師在采用類比法進(jìn)行教學(xué)時(shí)需要多維度考慮的，既要注意到相似性，也要注意到差異性，避免犯經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤，想當(dāng)然地拿來(lái)進(jìn)行教學(xué)。誤用或?yàn)E用的類比教學(xué)極有可能讓學(xué)生在對(duì)新知識(shí)的理解上造成額外的負(fù)擔(dān)和錯(cuò)誤的潛認(rèn)知。因此，我們?cè)谡n堂教學(xué)時(shí)，也需要適當(dāng)向?qū)W生解釋類比方法在運(yùn)用上的局限性，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)。

四、類比法在操作過(guò)程中的思考

類比法在使用過(guò)程中一般可分為兩個(gè)階段：第一階段是對(duì)兩個(gè)事物進(jìn)行比較;第二階段是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，即把前者有關(guān)的知識(shí)和特征推理到后者的知識(shí)建立中去。比是類比法的基礎(chǔ)，我們既要關(guān)注兩者的相似性，更要關(guān)注到差異性。因?yàn)閮烧叩南嗨菩允俏覀儗?shí)施類比法教學(xué)的基礎(chǔ)，但是差異性是讓學(xué)生產(chǎn)生更進(jìn)一步思考的原因。如果在教學(xué)中沒(méi)有提醒學(xué)生關(guān)注差異性，僅憑表面的相似去全面地運(yùn)用前者的特征，這樣就有可能在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)論。例如在浙教版八下的第二章第二節(jié)中，用英文字母的多種排列組合來(lái)類比原子去組成分子的構(gòu)成。兩者有很高的相似度，能夠讓學(xué)生對(duì)原子構(gòu)成分子有很快的接受度。但我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)該提醒學(xué)生，還要關(guān)注兩者的差異性，引導(dǎo)學(xué)生辯證思考，比如字母前后順序改變，單詞不同，但是在分子構(gòu)成中這種結(jié)論可能不適用。

五、類比法對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升

1.科學(xué)假說(shuō)能力的提升

類比法在實(shí)施的過(guò)程中，不僅有利于我們教師克服教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)，而且有利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)和提升。培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考問(wèn)題是我們科學(xué)老師的教學(xué)任務(wù)之一，讓學(xué)生形成科學(xué)的邏輯思維推理能力。科學(xué)假說(shuō)能力的提升可以通過(guò)不斷使用類比法來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)轭惐确ǖ幕痉绞骄褪侨ふ液线m的類比對(duì)象或模型，類比出兩者的相似點(diǎn)，然后推理出后者可能出現(xiàn)的類似的特征和性質(zhì)，強(qiáng)化類比遷移思維，對(duì)學(xué)生科學(xué)假說(shuō)的建立和完善有促進(jìn)作用。

2.知識(shí)建構(gòu)能力的提升

相關(guān)新知識(shí)概念的學(xué)習(xí)，是通過(guò)類比法去跟自己熟悉的事物或知識(shí)進(jìn)行對(duì)照，在一定的問(wèn)題情境中，通過(guò)聯(lián)系和比較已有知識(shí)等一系列操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這樣的過(guò)程中，學(xué)生依托自己原有的知識(shí)框架，在此基礎(chǔ)上建立新的連接，改善原有的連接路徑，逐步地建構(gòu)和完善了自己的知識(shí)體系，這樣有方向性的建構(gòu)，能夠讓學(xué)生逐步掌握面對(duì)學(xué)習(xí)未知的概念和規(guī)律時(shí)的學(xué)習(xí)方法和注意事項(xiàng)，在加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解上，又鍛煉和提升了自己建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的能力。

3.反思辨析能力的提升

類比法除關(guān)注事物之間的相似性之外，還強(qiáng)調(diào)不要忽視兩者之間的差異性。在每一次的類比中，教師都有意識(shí)地去強(qiáng)調(diào)此點(diǎn)，學(xué)生就會(huì)經(jīng)常進(jìn)行這樣的思維訓(xùn)練，反思辨析兩者的聯(lián)系和區(qū)別，完善思考的嚴(yán)謹(jǐn)性和細(xì)致程度，就更能從每一次的學(xué)習(xí)中找到未知事物的不同特點(diǎn)，分析出不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)的性質(zhì)，挖掘隱藏在某些一致性規(guī)律背后的區(qū)別，從而鍛煉敏銳的觀察力和求真的質(zhì)疑力，將求同存異的思想落在每一次的學(xué)習(xí)思考中，從而提升自身的反思辨析能力。DB4D7D74-B74B-4B0D-8A0F-A3C8037FCAFF