例談類比在物理教學(xué)中的應(yīng)用

吳繼閣

摘 要：：類比作為重要的思維方法在物理教學(xué)中有廣泛的應(yīng)用.通過類比可以將熟知的事物特性遷移到新事物上，以形象化手段幫助學(xué)生建構(gòu)概念、規(guī)律，突破教學(xué)難點.本文即以具體實例來闡釋類比在物理教學(xué)中的應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：類比；想像；科學(xué)方法；知識建構(gòu)

在人類思維的寶庫中，類比推理是被眾多哲學(xué)家和科學(xué)家所推崇的思維方式之一，其在科學(xué)推理中常常發(fā)揮著巨大的作用.數(shù)學(xué)家波利亞說：“類比是一個偉大的引路人.”哲學(xué)家康德說：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往能指引我們前進(jìn).”可見類比方法作用和價值的巨大.

作為一種“從特殊推到特殊的科學(xué)方法”，類比法在物理教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用.在物理教學(xué)中，將未知的物理知識和已知的物理知識或熟知的事物進(jìn)行類比，運用形象類比的方法即可突破教學(xué)難點，在學(xué)生頭腦中建立概念、規(guī)律清晰的“影像”和認(rèn)知.

本文即以具體實例來闡釋類比在物理教學(xué)中的應(yīng)用.

1 利用類比、想象加深對物理概念、規(guī)律的理解

好多物理概念、規(guī)律在初步建立后，學(xué)生仍不容易理解和接受，不能夠真正內(nèi)化為學(xué)生自己的認(rèn)知，也就很難將其納入到學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中.此時，恰當(dāng)?shù)剡\用類比，借助學(xué)生熟悉的相似場景和事物，類比理解概念和規(guī)律，將知識及時內(nèi)化.

近年來，腦科學(xué)研究者對大腦左右半球的研究成果在揭示創(chuàng)造性思維的機(jī)制上有重要意義，科學(xué)家們提出了“思維運動的互補(bǔ)鏈”模型，如圖1所示.其中，想象力鏈包括“想象、直覺、類比和情感”，理解力鏈包括“抽象、概念、形推和理智”.可以看出想象力鏈和理解力鏈?zhǔn)窍噍o相成，相得益彰的.根據(jù)“思維運動的互補(bǔ)鏈”理論，為了更好地發(fā)揮類比的效果，在應(yīng)用類比時要充分施展學(xué)生的想象力，以使新知識與類比源有效鏈接.

案例1 學(xué)生在學(xué)習(xí)彈力時，對彈力的存在、大小和方向等的認(rèn)識很模糊，怎樣建立彈力的清楚認(rèn)知呢？可以從壓彈簧、壓橡皮球等體驗活動入手，在體驗中感受和感悟彈力的存在、彈力的大小和彈力的方向等.在體驗的基礎(chǔ)上，發(fā)揮學(xué)生的想象力：哪里有壓迫，哪里就有反抗；萬物都有抵御外界的自我保護(hù)能力.依據(jù)類比與想象，就不難找到彈力的施力物體與受力物體、彈力的大小、彈力的方向以及彈力產(chǎn)生的原因等，學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙得以順利突破.

案例2 學(xué)生在學(xué)習(xí)“額定功率與實際功率”時，對概念及其關(guān)系的理解上有困難，利用類比想象的辦法可以讓學(xué)生形成較為清晰的認(rèn)識.將“功率”類比于人的“飯量”，對同一人來說，其飯量是一定的，對應(yīng)于用電器額定功率是確定的；同一人在不同情況下實際吃的飯量可能是不同的，可能吃多，也可能吃少，吃多了，則超過了其“承載能力”，不舒服，對身體有損傷；吃少了，則不能滿足自身的需要和體現(xiàn)自身的潛能.對應(yīng)于用電器在不同條件下的實際功率，功率大了，則有損電器，功率小了，則不能滿足電器的需要和體現(xiàn)電器的價值，且實際功率有可能等于額定功率.不同的人飯量一般不同，對應(yīng)于不同用電器的額定功率一般不同.

案例3 學(xué)生在學(xué)習(xí)“汽化”時，對“水沸騰吸熱但溫度不變”難以理解，可以采用類比加想象的手法予以突破.液態(tài)時，水分子間距較小，處于較為穩(wěn)定狀態(tài)，就像兩個分子之間有相互的連接棒一樣；水沸騰液態(tài)變成氣態(tài)，需要打破分子之間的較大作用力，就像用剪子剪斷連接棒一樣，需要一定的力量（能量），沸騰時吸收的熱量就用于“剪斷連接棒”，打破原有結(jié)構(gòu).因此，水沸騰吸熱不升溫.

案例4 學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)能、熱量時，對“熱傳遞是從高溫傳向低溫，而不是從內(nèi)能多的傳向內(nèi)能少的”“熱傳遞傳遞的是能量，而不是溫度”“熱傳遞的結(jié)果是溫度相同，而不是內(nèi)能相同”等問題模糊不清.為此，采用類比的方式，將“熱能的傳遞”比作“河水匯入江?！?，將“小河、江海的水量”比作“內(nèi)能少和內(nèi)能多的”，將“小河、江海的水位”比作“高溫、低溫物體”，如圖2所示.自此，很容易理解：熱傳遞的方向是高溫向低溫，而不在于內(nèi)能的多少（高水位向低水位，而不在于水量的多少）；熱傳遞傳遞的是能量，而不是溫度（水流流的是水，而不是水位）；熱傳遞的結(jié)果是溫度相同，而不是內(nèi)能相同（水流的結(jié)果是水位相同，而不是水量相同）.利用如圖3所示的連通器原理，則更容易理解上述概念、規(guī)律.

2 利用模擬、擬人等手法來類比、想像，突破教學(xué)難點

對于抽象的物理知識，可以通過實物模型模擬或擬人手法描述等形式進(jìn)行類比、想象，從而建立與之相關(guān)的物理概念，這要比直接對抽象的物理知識進(jìn)行理解容易得多，因為人們對實物可以直接感知，由感官直接認(rèn)知是人們理解科學(xué)最為直接的一種方式.

模擬是對真實事物或者過程的虛擬.模擬要抓住事物的關(guān)鍵特征，采用簡化的形式，通過實物模型或擬人話語將物理知識的主要特征表現(xiàn)出來.

案例5 在用小磁針探究磁場特征時，用通俗和擬人的話語形象生動地呈現(xiàn)知識.將小磁針放在磁體周圍某一點，用手撥動小磁針一端，使其轉(zhuǎn)動，觀察小磁針北極指向；再次撥動，觀察結(jié)果.教師用形象的語言描述：小磁針很拗、很任性.將多個小磁針放在磁體周圍不同位置，發(fā)現(xiàn)小磁針北極指向很有規(guī)律性.教師用形象擬人的語言描述：就像孩子們在排隊一樣，很有秩序.擬人話語讓課堂學(xué)習(xí)更加生動活潑，學(xué)生學(xué)習(xí)更加輕松愉快.

磁場是立體的，對學(xué)生來說是理解和想像都有困難.為了突破這一難點，通過直觀形象的擬人活動來增強(qiáng)學(xué)生想象力.如圖4所示，一人扮演磁體（紅色為北極），每小組各選一位同學(xué)手拿模擬磁針（紅色為北極），在磁體所在平面內(nèi)不同位置放好，形成磁場的一個平面；再在“磁體”周圍不同位置放好“小磁針”，形成磁體的立體空間.將各組代表放置“小磁針”的情況作為評價小組在游戲中表現(xiàn)的依據(jù)，小組內(nèi)同學(xué)可以相互糾正.學(xué)生對這樣的活動很感興趣，課堂非?；钴S，立體磁場在學(xué)生頭腦中就自然建立起來了.

在電動機(jī)和發(fā)電機(jī)教學(xué)時，學(xué)生對平衡位置難以理解，其根源是對線圈所在平面缺少空間想象.為此，采用模擬來類比突破難點.如圖5所示，很多書摞在一起，相當(dāng)于線圈，每本書相當(dāng)于一圈，拿起一本書，讓學(xué)生觀察找到其中的“線圈四邊”和“線圈平面”，再想象整個線圈的線圈平面，在實際電動機(jī)和發(fā)電機(jī)中找到平衡位置.

案例6 物理知識中還有很多難點可用模擬類比方法突破.如，對浮力的大小跟排開液體重力有關(guān)，即與排開液體的體積和液體密度有關(guān)的認(rèn)識，可以通過模擬類比想象來理解.把與物體接觸的液體看成很多只“手”，液體對物體的浮力就象人托起重物一樣，人越多，托起物體的手越多，物體浸入液體越多，液體中托起物體的“手”越多，托起的力越大，能托起的重物就越大.與液體密度的關(guān)系，就像更大、更有力的手來托重物一樣.

3 結(jié)束語

類比是促進(jìn)人類認(rèn)識不斷深化的創(chuàng)新性方法，是溝通新舊知識的紐帶，是深化認(rèn)知的助推器.應(yīng)用類比方法教學(xué)可以增添課堂活力與靈動性，對抽象難懂的知識，利用類比充分發(fā)揮想象和創(chuàng)造力，突破學(xué)生認(rèn)知上的障礙.但是，類比并不能解決所有問題或完全解決問題，在應(yīng)用類比時，要注意類比的局限性，在關(guān)注事物相似性時，還要關(guān)注類比對象間的差異，避免類比造成認(rèn)知的誤區(qū)和偏差.比如，分子引力模擬實驗，要讓學(xué)生明白分子間并沒有“彈簧”，分子間的兩種力是同時存在的，避免因類比事物其它因素的干擾而形成認(rèn)知偏差.備課和教學(xué)準(zhǔn)備時要做好教學(xué)可能性分析和預(yù)判，科學(xué)合理地利用類比解決教學(xué)疑難問題.

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃曉，高培杰.論類比在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（4）：53-56.