突破初中物理類比教學直覺局限性初探

明夢

【摘要】類比法是初中物理教學中常見的一種解題方法，該方法對提升學生學習思維及解題水平作用顯著.但初中生到自身認知水平和經(jīng)驗缺陷的干擾，往往會將直覺思維與類比思維相混淆，憑空主觀臆斷解題，往往出現(xiàn)缺乏科學依據(jù)的直覺類比推斷.長期以往，不僅將不利于學生們理解物理概念及場景應(yīng)用，也必將會對學生物理思維品質(zhì)造成不利影響.因此，有必要針對初中物理類比方法教學，結(jié)合實際案例，幫助同學們填補他們的直覺局限性缺陷.

【關(guān)鍵詞】初中物理;直覺類比;解題思路

類比法，顧名思義是一種比較類推的方法，是根據(jù)一類事物的屬性類比推斷出另一類相近事物的屬性.就初中物理教學目的而言，類比法可以幫助學生們將物理與日常生活實際相聯(lián)系，增強教學的可視性和直觀性.但初中生們正值身心發(fā)育的成長階段，類比往往容易被學生們誤解為猜測、臆想，長期以往會導致學生們形成求解物理問題的直覺思維.

本文從初中物理日常教學角度出發(fā)，歸納了常見的類比與直覺差異性案例，系統(tǒng)性分析并提出了突破物理教學直覺局限性的方法.

1 形式類比，概念導入

形式類比，指的是根據(jù)新舊兩類事物形式屬性的類似性進行比較分析，進而推斷出這兩類事物在其他方面的類似屬性，繼而形式類比出兩類事物的發(fā)展規(guī)律及關(guān)聯(lián)性質(zhì).直覺類比指的是學生們在缺乏對問題邏輯分析的情況下，依據(jù)內(nèi)心主觀想法所進行的判斷及猜想，直覺類比往往是缺乏科學客觀依據(jù)的類比方式.要想有效幫助學生們避免直覺類比的思維方式，形式類比是一類較好的做法.[1]

特別是在初中物理概念的教學導入中，形式類比往往能夠較好的將學生們從某一知識點類比轉(zhuǎn)移至另一知識點，通過物理教學概念的類比導入，實現(xiàn)物理概念的融會貫通.

例如 在“密度”的物理概念教學中，教師向?qū)W生們提問：“1kg的棉花和1kg的鐵塊，請問哪一個重量大啊？”學生們很容易聯(lián)想到這個腦筋急轉(zhuǎn)彎的答案，那就是“1kg的棉花和1kg的鐵塊一樣重”.為什么在明確答案之前，很多學生還是會掉入這個物理陷阱呢？這就是學生們直覺類比的局限性.拋開提問中給出的棉花與鐵的重量，在學生們的直覺概念中，鐵往往都是比棉花重的.或者我們換一個角度來考慮，同樣1kg鐵塊和1kg棉花擺在學生目前，面對體積上的差異性，學生們必然也難以給出準確的結(jié)論.至此，我們可以順利的導入物理概念“密度”，即密度是對特定體積內(nèi)的質(zhì)量的度量，其計算原理為質(zhì)量與體積的比值.此時，繼續(xù)向?qū)W生們提問“鐵塊和棉花的密度誰大？”學生們必然會對之前的直覺類比產(chǎn)生抵抗，正確地認識到密度這一物理概念.

同樣的，在比熱容概念的教學上，可以采用密度概念的形式類比.密度的定義是“單位體積某種物體的質(zhì)量”，比熱容的概念則是“單位質(zhì)量的某種物體，溫度上升1℃所吸收的熱量”.此時，教師不妨繼續(xù)提問：一杯水和一桶水的密度是否相同？一杯水和一桶水的比熱容是否相同？答案必然是肯定的，密度和比熱容分別是度量物體質(zhì)量本領(lǐng)和吸熱本領(lǐng)的物理概念，其數(shù)值往往是固定的，只與物質(zhì)自身屬性有關(guān).從物理概念的直覺局限性角度，為什么學生們會誤以為一杯水和一桶水的比熱容不一樣？在日常生活中，加熱少量的水相較較熱大量的水必然更為容易.于是乎就給同學們造成少量水更容易加熱的假象.究其原因，依然是比熱容所導致，不同質(zhì)量的水其比熱容一致，但導致其加熱難易程度發(fā)生變化的原因就在于質(zhì)量的差異性.

經(jīng)過往復(fù)循環(huán)、正反類比等多樣化手段，同學們最終對物理概念的認識達到新的高度.

2 實驗類比，概念糾正

實驗是初中物理教學必不可少的環(huán)節(jié)之一，通過物理實驗類比的展示，可以在提升學生們動手能力的同時，更為直觀地揭示物理原理，幫助學生們糾正不正確的概念.

首先，在學生們系統(tǒng)學習物理概念之前，學生的物理思維來源于生活經(jīng)驗的積累，是經(jīng)過長期生產(chǎn)生活總結(jié)所產(chǎn)生的既定印象和理解，此類生活理解往往是學生們認識物理的阻礙.

其次，學生們在依靠日常生活經(jīng)驗所獲取的物理概念往往是不全面的，是膚淺的游走在物理學科表面上的知識，亟需有效的類比手段，將生活經(jīng)驗與物理實驗有效結(jié)合.

例如 學生們熟知的拔河比賽，這是學生們均有參與的體育活動.從長期的生活經(jīng)驗看來，拔河比賽的勝負取決于雙方選手的力量大小，這是學生們深信不疑的概念.[2]對此，教師可以利用物理實驗演示的方式，真實還原拔河過程，幫助學生們克服既有概念的干擾.

如甲圖所示，提前制作兩個體積相同的鐵塊和木塊，中間通過彈簧相連接，并置于一水平木板實驗臺上.此時，在木塊A上施加一個向左的拉力;同時，在鐵塊B上施加一個向右的拉力.此時，同時松開施加于木塊A和鐵塊B上的力，如乙圖所示，可以發(fā)現(xiàn)木塊A以速度v向鐵塊B靠近，而鐵塊相對處于靜止.

進一步分析該現(xiàn)象發(fā)生的原因，通過對木塊A和鐵塊B的受力分析可知，木塊A受到拉力F1及摩擦力、鐵塊受到拉力F2及摩擦力.鐵塊處于靜止狀態(tài)，及時受力平衡，此時的拉力F2與摩擦力相等.對于木塊A，其向右側(cè)運動則是因為自身受到的拉力F1大于摩擦力，則向右側(cè)移動.從木塊A、鐵塊B及彈簧構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體來看，兩者受到的拉力屬于作用力與反作用力類型，大小一致.通過上述分析可知，將拔河雙方類比成木塊A和鐵塊B，可知在拔河過程中AB雙方的相互作用力是一致的，則可判斷AB雙方力氣大小不是決定拔河比賽輸贏的唯一要素.

3 本質(zhì)類比，公式推理

前文提到了物理概念中“密度”和“比熱容”，通過直白的文字描述揭示了質(zhì)量與體積、熱量與溫度的關(guān)系.但僅僅依靠文字描述是難以定性的表示物理學本質(zhì)關(guān)系的，對此必須通過公式推理論證，科學客觀的揭示本質(zhì)物理關(guān)系，這也是物理教學由生活常識向?qū)W科概念轉(zhuǎn)變的途徑.

古語云“風馬牛不相及”，這就強調(diào)我們在本質(zhì)類比的過程中，必須遵循事物發(fā)展的客觀規(guī)律，本質(zhì)類比的前提就是具備“可比性”.[3]

例如 對于物體的密度而言，其定義是“單位體積某種物體的質(zhì)量”.密度表示為ρ，質(zhì)量表示為m，體積表示為v，則可得到密度的計算公式為ρ=mv.通過本質(zhì)類比的方式，比熱容的概念為“單位質(zhì)量的某種物體，溫度上升1℃所吸收的熱量”.其中，比熱容表示為C，質(zhì)量為m，假設(shè)質(zhì)量為m的物體，溫度由初始溫度t0變換為物體的末溫t，在此過程中變化的熱量為Q.進一步采用本質(zhì)類比的方式，根據(jù)比熱容的概念“單位質(zhì)量的某種物體，溫度上升1℃所吸收的熱量”.根據(jù)本質(zhì)類比的方式，單位體積某種物體的質(zhì)量則是密度，則可以得到比熱容的計算公式為C=Qm（t-t0）.

此時，進一步從物理概念本質(zhì)角度考慮，從速度計算公式的表示形式上入手，v=st，對應(yīng)可知：速度是由距離s及時間t所決定，相同的時間內(nèi)，運動的距離越大則速度越大.此時，學生們從密度概念入手，密度的計算公式為ρ=mv，那就是體積不變時，質(zhì)量越大密度越大.這樣的理解必然是有問題的，從物理概念角度出發(fā)，速度表示物體運動狀態(tài)、密度則是物體自身的特征屬性，這兩者不可相提并論.

在物理類比教學的過程中，必須明確兩個類比事物的本質(zhì)屬性，必須具備可比性，進而才可開展類比思維的教學實踐.

4 解題類比，審題立意

對于學生們而言，學習物理知識不光光是為了提升自身學科素養(yǎng)，更重要的是解決實際問題的能力.在現(xiàn)階段的初中物理教學中，解題訓練依然是學生們的主要日常.

作為物理教師，幫助學生們克服“想當然思想”，也是日常物理教學的重要工作.尤其是在實際解題環(huán)節(jié)，分數(shù)的高低在一定程度上是能夠反映同學們的解題能力的.[4]

解題類比是一種高效的解題方法，是傳輸類比思維的高效手段之一.但在運用類比思想的同時，必須首先明確出題人的審題立意，切忌盲目套用舊知識、舊公式.

例如 在一次例題訓練中，例題給出的題設(shè)是：已知有一列長度為100m的列車，在速度55km/h的運動狀態(tài)下，勻速行駛經(jīng)過長度為1km的隧道，請問該列車通過隧道需要的時間為多少？學生們拿到此題后，不約而同的想到了速度的計算公式：v=st，進而類比推導出運行時間的計算公式：t=sv.于是直接將隧道長度1km（換算成1000m）、列車速度55km/h（換算成15.3m/s）盲目地帶入類比推到得到的計算公式，進而錯誤的得到了列車通過該隧道所需要的時間為65.4s.

通過解題過程可以看出，學生們盲目的將計算公式帶入求解，卻忽略了題目真實的審題立意.錯解出現(xiàn)的原因就是學生們的“想當然思維”，不經(jīng)過科學分析，就利用直覺性思維默認行駛長度為隧道長度，從而得到錯解.實則題設(shè)中所問的是列車通過隧道的時間，通過模擬分析車輛的行駛過程及行駛軌跡，欲求列車通過隧道的時間，這就涉及到列車從初始進入隧道，到完全駛離隧道的情況，故真正的行駛距離應(yīng)該還包含車輛自身的長度100m.因此，最終的計算結(jié)果應(yīng)該是t=sv=1000+10015.3s，即是71.9s.至此，學生們看清了本題在解題類比上的陷阱，題設(shè)所求的通過時間應(yīng)是車輛從駛?cè)氲酵耆傠x的時間.

在實際求解的過程中，解題類比思想的應(yīng)用，必須是建立在同等審題立意的前提下，否則盲目類比必然會導致求解結(jié)果的錯誤.

總之，類比法是初中物理教學的有效方法之一，可以幫助學生們有效地舉一反三，提升中學物理知識邏輯體系.但值得注意的是，類比不是人為主觀的直覺判斷，而應(yīng)該是一種科學合理的計算推斷過程.因此，無論是在日常的物理知識點教學過程中，還是在物理解題訓練的過程中，都應(yīng)該遵循實事求是的原則，引導學生們客觀理性的認識問題，促進學生思維全面健康發(fā)展.同時，還可以結(jié)合實際案例分析，幫助學生們認識類比方法應(yīng)用過程中的直覺性局限，從而加深對物理學科的認識理解.

參考文獻：

[1]王增武.淺談如何突破初中物理的教學難點[J].中學物理（初中版），2017，（5）.15-17.

[2]王濤.巧用類比，突破初中物理教學難點[J].中學課程輔導（教師通訊），2020，（2）.55.

[3]黃少鵬.突破初中物理教學難點的創(chuàng)新策略研究[J].成才之路.2019，（17）.52-53.

[4]王歡，王較過，石蕊.類比法在初中物理電學教學中的應(yīng)用[J].中學物理（初中版），2015，（10）.24-25.