類比思維：解鎖高中物理學(xué)習(xí)的有效密鑰

【摘要】類比思維，是學(xué)生的高階思維，是高中物理學(xué)習(xí)中經(jīng)常會用到的一種思維方式.培養(yǎng)學(xué)生的類比思維，有利于化抽象知識為具體，使學(xué)生快速理解物理現(xiàn)象，牢固掌握物理知識.本文首先對類比思維與類比教學(xué)的概念進行界定，然后以具體的高中物理教學(xué)為例，從“創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣”“導(dǎo)入思考問題，加強新舊聯(lián)系”“組織課堂討論，促進思維碰撞”“引入典型例題，鼓勵實踐應(yīng)用”“結(jié)合物理學(xué)史，開闊知識視野”“完善評價環(huán)節(jié)，做好查缺補漏”等方面，探索高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生類比思維的途徑.

【關(guān)鍵詞】類比思維；高中物理；類比教學(xué)

根據(jù)《普通高中物理課程標準》的教學(xué)要求，高中學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中，需要養(yǎng)成優(yōu)秀的建模意識與科學(xué)的思維能力.針對以上目標，培養(yǎng)類比思維可以綜合強化學(xué)生的演繹、歸納、推理能力.幫助學(xué)生更好地理解物理知識，在探究學(xué)習(xí)中掌握各種物理實驗的規(guī)律特點.除此之外，隨著年級的提升，物理課程學(xué)習(xí)難度也在不斷發(fā)生變化.比如，學(xué)生們在學(xué)習(xí)力學(xué)知識時，如何判斷力的大小、力的作用時間、物體的運動快慢、物體的運動軌跡，在腦海中將力學(xué)與運動的概念具象化.在學(xué)習(xí)電學(xué)時，如何感知電壓、電流的大小與抽象化的電場等.教師需要通過類比教學(xué)的方式，強化學(xué)生的類比思維，將抽象的問題變得更為直觀化.

1 類比思維與類比教學(xué)的概念界定

1.1 類比思維

所謂類比思維，主要指學(xué)生根據(jù)兩個事物之間的相似特點，進行對比分析，或從某個事物的已知特征進行推導(dǎo)，判斷另一個事物的對應(yīng)特征是否存在的思維方式[1].類比思維通常有兩種表現(xiàn)，其一，聯(lián)想舊知識；其二，通過觀察和思考的方式找出兩個研究對象的相似屬性.對于物理研究而言，類比思維通常會從以下幾方面入手：（1）公式類比；（2）模型類比；（3）推導(dǎo)過程類比；（4）物理歷史類比.無論哪一種類比方式，教師都需要帶領(lǐng)學(xué)生找出類比目標，建立對應(yīng)關(guān)系，進行合理推理，得出最終結(jié)論.

1.2 類比教學(xué)

所謂類比教學(xué)，是以類比推理的方法進行授課.物理教師需要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己已學(xué)過或已掌握的知識、技能、經(jīng)驗，與陌生的、抽象的、學(xué)習(xí)難度較高的新知識進行聯(lián)動[2]，完成新舊推導(dǎo)、由表及里地遷移思考.由于高中物理知識相對較多，教師很難事無巨細地逐一講解.而通過類比教學(xué)法，教師只需要講解一些具有代表性的規(guī)律和概念，鼓勵學(xué)生通過類比的方式加強學(xué)習(xí)理解，就能有效促進新知識的內(nèi)化吸收.由此，可以激發(fā)學(xué)生的主觀學(xué)習(xí)能動性，提高學(xué)生的物理自主學(xué)習(xí)效率.

2 高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生類比思維的途徑

2.1 創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

若想通過類比教學(xué)的方式，將抽象的物理知識形象地展示出來，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗，利用學(xué)生熟知的生活事物，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)聯(lián)想[3].對此，教師可以通過創(chuàng)設(shè)生活情境的方式，全面實施類比教學(xué).這樣可以提高教學(xué)的趣味性，調(diào)動學(xué)生的感性思維，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

例如 教師在講解“摩擦力”的知識時，可以通過多媒體設(shè)備播放一些生活片段：（1）有一個裝修工人用小車拉著重物時，有人在小車上加放了一個箱子.此時，拉車的速度立刻變慢，工人的臉上也露出了吃力的表情.（2）有一輛汽車在平地上勻速行駛，當(dāng)這輛車子上坡的時候，速度明顯變慢.（3）有一臺機器在運轉(zhuǎn)時發(fā)出了吱嘎吱嘎的響聲，工人停下機器后，在滾動軸承中抹上一些潤滑油，再運轉(zhuǎn)機器，響聲便不再出現(xiàn).結(jié)合以上生活情境，教師可以讓學(xué)生深入分析，視頻中的小車、汽車、機器的受力情況發(fā)生了什么樣的改變，變化的力又受哪些主要因素的影響.通過情境的提示，學(xué)生經(jīng)過類比思考，不難推導(dǎo)出摩擦力形成的基本條件.這樣既能提高物理課堂的趣味性，給學(xué)生帶來耳目一新的學(xué)習(xí)體驗，也能幫助學(xué)生掌握物理抽象知識的學(xué)習(xí)竅門，逐漸找到合適、高效的學(xué)習(xí)方法.

2.2 導(dǎo)入思考問題，加強新舊聯(lián)系

新舊結(jié)合是培養(yǎng)學(xué)生類比思維的主要方式之一，以學(xué)生掌握的舊知識為基礎(chǔ)，教師可以通過導(dǎo)入思考問題的方式，與新知識相互聯(lián)系，促進學(xué)生的深度思考[4].由此，可以充分體現(xiàn)物理事物、物理概念、物理規(guī)律之間的相似性，幫助學(xué)生更好地遷移理解知識，架構(gòu)出完整的物理知識體系.

例如 以“電場強度”的教學(xué)為例，針對這個知識點，教師可以按照以下步驟完成問題教學(xué)：（1）展示一道思考題.比如，已知A點有場源電荷Q，在Q點以外距離為r的P點，有一個正試探電荷，當(dāng)這個正試探電荷的電荷量分別為q、2q、3q時，試問電荷分別受力多少？如果電荷在P點正上方P1點處，受力結(jié)果是否會發(fā)生變化？要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識列式計算，并根據(jù)問題（1）的運算過程，總結(jié)這些結(jié)果各有什么樣的特點.通過這道例題，學(xué)生會認識到，在相同的位置，力和電荷的比值相同.在不同位置，比值可能會發(fā)生變化.由此，教師可以導(dǎo)入“電場強度”這個概念.（2）用類比的方式，借助問題加強學(xué)生的分析推理.比如，將靜電力與重力相互對比，電場強度正好對應(yīng)到萬有引力中的哪一個物理概念？學(xué)生在聯(lián)想的過程中，可以將重力加速度與電場強度聯(lián)系在一起.（3）分析兩個類比對象之間的關(guān)聯(lián)性.比如，教師提問學(xué)生：對比引力場模型與電場模型，二者之間有哪些相同特征？請簡述你的理由.（4）用概念或公式總結(jié)新知和舊知的相似點.比如，推導(dǎo)引力場與電場的特性，用公式歸納總結(jié)其中的相似之處.（5）求同存異.比如，引力場與電場的性質(zhì)是否完全相同？如果有不同之處，請分析其中的區(qū)別.（6）拓展延伸.比如，通過類比學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)了解到電場與重力場有著相似之處，并總結(jié)出公式E=F/q.與基本定義中得來的公式E=kQ/r2對比，試分析兩個公式適用于哪些不同的場合？由此，通過循序漸進的提問方式，可以幫助學(xué)生從初步了解迅速達到遷移思考、靈活應(yīng)用的境界，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

2.3 組織課堂討論，促進思維碰撞

對于物理教學(xué)而言，閉門造車、固步自封均為學(xué)生學(xué)習(xí)的大忌.教師應(yīng)當(dāng)積極組織討論活動，通過話題引起學(xué)生的學(xué)習(xí)交流，促進思維的相互碰撞，構(gòu)建積極、融洽的課堂互動氛圍.在討論過程中，不僅能幫助學(xué)生梳理類比思維，也能讓學(xué)生從他人身上得到觸類旁通的學(xué)習(xí)收獲，從而激活學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識，加深對物理知識的學(xué)習(xí)理解.

例如 教師在講解電容的概念時，可以提出一個討論話題：如何類比電容器與蓄水池.學(xué)生們可以根據(jù)自己對電容概念的學(xué)習(xí)理解以及對蓄水池的生活認知，從不同的角度表達自己的觀點.比如：（1）在功能方面，蓄水池可以儲存水，用于澆灌莊稼.電容器可以儲存電荷，在需要使用的時候用于釋放能量.因此，二者都有存儲和釋放的功能，可以作為能量轉(zhuǎn)化的節(jié)點.（2）在容量（電容）方面，想要測算蓄水池的容量，可以先測算蓄水池的高度與寬度，根據(jù)幾何公式計算容量的具體數(shù)值.同理，電容量也可以通過相應(yīng)的計算公式，根據(jù)帶電量和電壓這兩個重要條件完成計算.（3）在實踐應(yīng)用方面，如果在水池中不斷蓄水，水會從蓄水池中滿溢，甚至?xí)茐男钏兀霈F(xiàn)坍塌的情況.在電容器中不斷充電，到了一定界限，也會導(dǎo)致電容器的損毀.（4）在存儲性質(zhì)方面，蓄水池存儲的是有形之水，電容器存儲的是無形之電.由此，學(xué)生們通過交流討論，可以營造集思廣益的學(xué)習(xí)環(huán)境，順利完成類比思考的過程.

2.4 引入典型例題，鼓勵實踐應(yīng)用

相比于理論分析，類比思維在實踐探究的過程中，最能體現(xiàn)出良好的應(yīng)用價值.對此，物理教師可以通過案例教學(xué)的方式，引入一些典型的例題.鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的類比學(xué)習(xí)經(jīng)歷，在例題中遷移應(yīng)用自己已掌握的物理知識.這樣既可以避免學(xué)生陷入紙上談兵的誤區(qū)，也能提高學(xué)生的實踐應(yīng)用能力.

例如 教師在講解“類平拋運動”的課程時，可以引入以下例題：

有一個質(zhì)點，質(zhì)量為1kg，該質(zhì)點同時受到幾個共點力的影響，沿著x軸正方向做勻速運動.當(dāng)這個質(zhì)點運動到坐標原點的位置時，撤銷朝向y軸正方向、大小為10N的力，其他力則不做改變.試問2s之后，該質(zhì)點移動到了什么位置？運動方向指向哪里？速度為多少？

如果學(xué)生運用類比思維，不難發(fā)現(xiàn)該問題看似題干復(fù)雜，但本質(zhì)上與平拋運動完全相同.因為物體在平拋運動中，既有水平方面的勻速運動，也受到重力方面的影響.而題目中的質(zhì)點同樣處于勻速運動狀態(tài)，且在撤銷某個作用力之后，該質(zhì)點受y軸負方向的合力影響，這個合力的性質(zhì)正好等同于重力.由此，學(xué)生可以通過類比的方式，用平拋運動的知識解答這道例題，找出正確的解析思路.

2.5 結(jié)合物理學(xué)史，開闊知識視野

在物理的探索歷史中，許多科學(xué)家靈活運用類比思維，突破了無數(shù)研究難關(guān).這些故事既可以從情感方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也能幫助學(xué)生更好地理解物理知識，開闊學(xué)生的學(xué)習(xí)視野.因此，教師可以在類比教學(xué)中適當(dāng)結(jié)合物理學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生良好的情感態(tài)度價值觀，在潛移默化中積累學(xué)生的學(xué)習(xí)自信.

例如 以“自由落體運動”的教學(xué)為例，教師可以先通過情景問題啟發(fā)學(xué)生的思考：我們都經(jīng)歷過冰雹天和落葉天，見過冰雹砸落的速度與落葉飄落的速度.可以觀察到，質(zhì)量較重的冰雹掉落的速度遠比質(zhì)量較輕的落葉要快，那是否可以得出結(jié)論，物體掉落的速度與物體本身的質(zhì)量有關(guān)？在學(xué)生思考和交流之后，可以得出這個結(jié)論是錯誤的.但這個錯誤的結(jié)論曾經(jīng)被奉為真理，一直持續(xù)影響了1900多年.以此為基礎(chǔ)，教師可以為學(xué)生介紹知名物理學(xué)家伽利略的比薩斜塔鐵球?qū)嶒?帶領(lǐng)學(xué)生回顧歷史，了解伽利略是如何勇敢地推翻亞里士多德的理論，導(dǎo)致物理領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化.由此，學(xué)生們不僅能通過物理學(xué)史的類比，認識到物體在自由落體運動中，下落速度與其本身的特定特征無關(guān)，也能深刻感受到理實結(jié)合在物理學(xué)習(xí)中的重要性，有效激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究精神.

2.6 完善評價環(huán)節(jié)，做好查缺補漏

教學(xué)評價是教學(xué)體系中至關(guān)重要的組成部分，可以對教學(xué)的質(zhì)量加以驗收，評估學(xué)生的實際學(xué)情.物理教師在實踐應(yīng)用類比教學(xué)時，需要用良好的教學(xué)評價驗證學(xué)生的類比思維能力的發(fā)展情況，為后續(xù)的教學(xué)工作做好查缺補漏[5].

例如 教師可以通過問卷調(diào)查的方式，獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋.比如：（1）你在學(xué)習(xí)物理學(xué)科的概念、模型、規(guī)律、特點，以及解答習(xí)題的過程中，面對哪一種情況，使用類比思維可以更好地突破學(xué)習(xí)難點？（2）在類比學(xué)習(xí)的過程中，你是否掌握了良好的思考技巧？（3）通過類比學(xué)習(xí)的方式，你對你的學(xué)習(xí)成果有怎樣的評價？（4）你認為類比學(xué)習(xí)物理知識的難點在于什么？由此，通過學(xué)生的問卷回答情況，教師可以及時找出教學(xué)中的不足之處，針對性地制定改進方案.比如，增加一些應(yīng)用類比思維的范例；在生活中培養(yǎng)學(xué)生的類比思維應(yīng)用能力；針對學(xué)生的學(xué)習(xí)差異，針對性地制定培養(yǎng)方案等.

3 結(jié)語

類比思維，就是一把能夠解鎖高中物理的密鑰.在物理教學(xué)中引入類比思維，不僅能提高物理教學(xué)的整體質(zhì)量，也能引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的方式探究物理知識.對此，教師需要通過情境教學(xué)、問題教學(xué)、案例教學(xué)、史料教學(xué)等多種方式，巧妙地滲透類比思維.讓學(xué)生在潛移默化中掌握高效、合理的思維方法，迅速突破物理學(xué)科的學(xué)習(xí)難關(guān)，促進學(xué)生的物理核心素養(yǎng)全面發(fā)展.

參考文獻：

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