祁帥

摘 要：在中學(xué)物理教學(xué)過程當(dāng)中，教師要能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)出一個(gè)合理、高效的物理情境。筆者研究了用類比方法來創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境的相關(guān)內(nèi)容，希望在新的教學(xué)改革環(huán)境下，找到在中學(xué)物理教學(xué)中科學(xué)使用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境的有效途徑。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理教學(xué)；物理教學(xué)情境；物理類比

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0028-4

對(duì)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的關(guān)注和研究，是課程改革過程中一個(gè)重要的方面，也是很多物理教師積極嘗試和不斷探究的課題。在教學(xué)過程當(dāng)中，教師巧妙地創(chuàng)設(shè)出高效的物理情境，一方面可以帶動(dòng)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)物理的熱情，另一方面也能夠減小教師與學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生接受能力之間的差距。那么，如何科學(xué)、高效地創(chuàng)設(shè)物理情境，就顯得尤其重要。筆者在本文中通過在具體的中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境的教學(xué)案例分析，初步探討如何運(yùn)用類比方法高效創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境。

1 類比方法創(chuàng)設(shè)中學(xué)物理教學(xué)情境的理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)依據(jù)

1.1 創(chuàng)設(shè)中學(xué)物理教學(xué)情境的重要意義

目前的中學(xué)物理教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式還占據(jù)著主導(dǎo)地位，物理教學(xué)只注重機(jī)械灌輸，忽視了物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)。教師單調(diào)地把知識(shí)講解給學(xué)生，然后讓學(xué)生進(jìn)行大量的練習(xí)，這樣的教學(xué)模式使得學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念和物理規(guī)律的時(shí)候完全脫離了物理情境，無法透徹地理解知識(shí)，不能對(duì)知識(shí)技能進(jìn)行有效的遷移，時(shí)間長(zhǎng)了，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣就會(huì)大大減少。很多物理教師在教學(xué)過程中只是一味地給學(xué)生呈現(xiàn)最后的結(jié)果，沒能意識(shí)到探究過程對(duì)于學(xué)生的重要性，教學(xué)結(jié)論和教學(xué)過程應(yīng)該是相互作用和相互轉(zhuǎn)化的?，F(xiàn)在很多教師為了能夠讓學(xué)生考試得高分，將一些經(jīng)過重要探究過程得出的知識(shí)、結(jié)論單調(diào)刻板地直接灌輸給學(xué)生，這種表面“高效”的方法實(shí)際上阻礙了學(xué)生的智慧開發(fā)，舍本逐末，影響學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。還有一些教師一味地訓(xùn)練學(xué)生的解題技能，這不能很好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維和科學(xué)方法的培養(yǎng)，造成學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力有所欠缺。

如果在物理教學(xué)中合理地創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，那么，就能夠有效地解決以上的問題。從哲學(xué)角度來說，客觀主義使得教學(xué)活動(dòng)變成人為控制下的一個(gè)過程，而在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)物理情境是以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)的，學(xué)生應(yīng)該是教學(xué)活動(dòng)的中心。有效創(chuàng)設(shè)物理情境可以促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還能激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生濃厚的物理學(xué)習(xí)興趣，更能充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位和突出教師的主導(dǎo)作用。

1.2 運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境的可行性

亞里士多德最早提出類比這種科學(xué)的方法。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)。

在物理概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)和習(xí)題教學(xué)中，合理、科學(xué)地使用類比方法可以創(chuàng)設(shè)出一系列巧妙、生動(dòng)的物理情境。運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境符合情境創(chuàng)設(shè)的目標(biāo)性、主體性、真實(shí)性、激勵(lì)性、多樣性、探索性以及合作性原則；運(yùn)用類比方法能夠創(chuàng)設(shè)出有利于學(xué)生發(fā)展和有利于教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的物理教學(xué)情境；運(yùn)用類比方法能夠創(chuàng)設(shè)出有利于發(fā)現(xiàn)物理問題和探索物理規(guī)律的物理教學(xué)情境；運(yùn)用類比方法還能夠創(chuàng)設(shè)出全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的物理教學(xué)情境。

2 在中學(xué)物理教學(xué)中運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

2.1 在物理概念教學(xué)中運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

物理概念是一種思維方式，反映了物理現(xiàn)象和物理過程的本質(zhì)屬性，在目前的中學(xué)物理教學(xué)中，對(duì)物理概念課的設(shè)計(jì)和研究是很有必要的。可是，有很多的物理概念對(duì)于學(xué)生來說是不容易透徹理解的，因?yàn)檫@些概念大多數(shù)都會(huì)脫離學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)，并且對(duì)于學(xué)生來說又是十分抽象的。但是，學(xué)生的頭腦之中也不是一無所有的，他們也會(huì)對(duì)所研究問題產(chǎn)生不同的聯(lián)想和看法，這些想法當(dāng)中很多是存在合理性的。所以，教師要能夠注重合理使用類比方法創(chuàng)設(shè)出物理教學(xué)情境，指導(dǎo)學(xué)生用已經(jīng)學(xué)過的物理概念來學(xué)習(xí)和掌握新的物理概念，用生活中形象的模型來理解抽象復(fù)雜的概念，從而使得學(xué)生能夠理解和掌握重要的物理概念。

我們來看一個(gè)例子，對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度E這一概念的物理意義的理解，學(xué)生會(huì)存在一些困難。在這里就可以用類比方法創(chuàng)設(shè)物理情境，幫助學(xué)生去解決這一問題。我們先用數(shù)學(xué)類比，在學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度之前，已經(jīng)學(xué)過密度和電阻這兩個(gè)概念，我們來看這3個(gè)概念的定義式（如表1）。

表1 密度、電阻和電場(chǎng)強(qiáng)度概念類比

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通過這樣的類比，可以看出電場(chǎng)強(qiáng)度E描述的是電場(chǎng)的屬性，電場(chǎng)中是否存在試探電荷、試探電荷正負(fù)性以及試探電荷帶多少電量，電場(chǎng)強(qiáng)度都不會(huì)變化，它只和電場(chǎng)本身的性質(zhì)有關(guān)。我們還可以用生活中常見的情景來進(jìn)行類比：把樹林中的小樹比作試探電荷，那電場(chǎng)強(qiáng)度就相當(dāng)于風(fēng)的強(qiáng)度，小樹受到的風(fēng)的吹力就相當(dāng)于試探電荷受到的力。那么我們知道，有沒有這些小樹風(fēng)的大小都不會(huì)改變，也就是電場(chǎng)中有沒有試探電荷的存在，電場(chǎng)本身的性質(zhì)不會(huì)改變。這樣進(jìn)行類比創(chuàng)設(shè)出學(xué)生熟悉的物理、生活情境之后，電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)概念就不那么抽象，學(xué)生就能更容易理解和掌握。

我們?cè)賮砜匆粋€(gè)例子，電勢(shì)能也是學(xué)生不容易理解和掌握的一個(gè)物理概念，我們可以用學(xué)生已經(jīng)熟悉的重力勢(shì)能和電勢(shì)能加以類比（如表2）。

表2 重力勢(shì)能和電勢(shì)能概念類比

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同樣，在電學(xué)中我們還可以將電流和水流進(jìn)行類比，幫助理解電動(dòng)勢(shì)的物理意義（如表3）。

表3 水流和電流概念類比

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通過這樣的一個(gè)類比過程，我們可以看出電源并不是電的產(chǎn)生源泉，它更像一個(gè)辛勤的運(yùn)輸工人，不停地將處在低電位的正電荷運(yùn)送到高電位，使得電路中保持有穩(wěn)定的電量，電源應(yīng)該是一種能量轉(zhuǎn)化裝置。我們就能這樣來定義電動(dòng)勢(shì)：憑借其他形式的力將正電荷從低電位運(yùn)送到高電位所做的功和運(yùn)送的電荷的電量的比值，即ε=W■/q。通過類比方法，將電學(xué)中的電動(dòng)勢(shì)和電流兩個(gè)重要且復(fù)雜的概念和學(xué)生已有的、熟悉的、易于理解的概念相聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)出一個(gè)學(xué)生更容易接受的教學(xué)情境，使學(xué)生更好地掌握這兩個(gè)物理概念。

2.2 在物理規(guī)律教學(xué)中運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

物理規(guī)律是物理現(xiàn)象或過程的本質(zhì)聯(lián)系在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律性的反映，是物理概念間的必然聯(lián)系。掌握了物理規(guī)律，學(xué)生就能夠更深入透徹地理解物理概念。在中學(xué)物理教學(xué)中，教師不僅要能夠準(zhǔn)確將基礎(chǔ)知識(shí)呈現(xiàn)給學(xué)生，還要能夠指導(dǎo)學(xué)生在“提出問題→猜想假設(shè)→驗(yàn)證猜想→得出結(jié)論”這個(gè)科學(xué)探究過程中總結(jié)出物理規(guī)律，這樣可以幫助學(xué)生對(duì)物理規(guī)律有更深刻的理解，從而更好地解決實(shí)際問題。所以說，用類比方法為物理規(guī)律教學(xué)創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、形象的物理情境是十分有必要的。

我們來看一個(gè)例子，當(dāng)研究分子間相互作用力的規(guī)律時(shí)，往往由于很抽象，學(xué)生很難理解這個(gè)規(guī)律，那我們可以用彈簧小球的模型創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行類比（如圖1，表4）。

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圖1 彈簧小球模型

表4 彈簧小球的相互作用力與分子間相互作用力類比

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分子間是沒有“彈簧”的，但是通過這樣用類比建立的情境，我們就可以把分子之間同時(shí)存在的引力和斥力以及它們和分子間距的變化聯(lián)系起來，能夠獲得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

再來看一個(gè)例子：在研究靜電場(chǎng)規(guī)律的時(shí)候，由于很抽象，學(xué)生不能很好地理解電場(chǎng)力做功的相關(guān)規(guī)律，我們可以把學(xué)生學(xué)過的并且已經(jīng)能接受和掌握的重力場(chǎng)拿來和靜電場(chǎng)進(jìn)行類比，創(chuàng)設(shè)出和已有知識(shí)類比的物理情境（如表5）。

表5 重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)類比

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通過這樣的類比，可以幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)靜電場(chǎng)的性質(zhì)。

2.3 在物理習(xí)題教學(xué)中運(yùn)用類比方法創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境

現(xiàn)在的中學(xué)物理教學(xué)中越來越強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的綜合解題能力，要求學(xué)生不僅能夠熟練掌握各類題型的一般解題思路和方法，而且能夠?qū)W會(huì)知識(shí)和方法的遷移，不斷提高自己解決問題的能力。在習(xí)題教學(xué)中可以通過分析所研究問題的特征，并和熟悉的物理、生活模型相聯(lián)系，用類比法建立起相應(yīng)的教學(xué)情境，幫助學(xué)生找到解題方法。

在運(yùn)動(dòng)學(xué)中有這樣一類問題會(huì)難倒不少的學(xué)生：小河中水流速度恒定，小船在水中逆流前行，突然船上的一個(gè)木箱掉落水中，過一會(huì)船上的人發(fā)現(xiàn)了就立馬掉頭去找木箱，結(jié)果用了10 min找到了木箱。假設(shè)船掉頭所用時(shí)間忽略不計(jì)，并且小船在靜水中有一恒定速度，求從木箱掉落在水中直到最終被找到用了多長(zhǎng)時(shí)間？遇到這類問題，許多學(xué)生會(huì)覺得題目本身缺少條件，沒有辦法解出正確答案?？墒?，我們可以構(gòu)建這樣一個(gè)類比的情景來幫助學(xué)生解題：假設(shè)一列火車以恒定速度行進(jìn)，一個(gè)人在這列火車車廂中行進(jìn)，某時(shí)刻不小心將手機(jī)掉落在火車地板上，過了10 min后才發(fā)現(xiàn)，他立即返回，假設(shè)人相對(duì)火車的速度始終不變，那么這里很容易就能想明白這個(gè)人還需要10 min才能找到手機(jī)。經(jīng)過這樣的類比過程，學(xué)生就可以想明白木箱從落水到被找到一共需要20 min。在這類問題中，一般要選取木箱或者河水作為參照物，這是解題的關(guān)鍵。

有時(shí)候我們還可以通過類比方法，把一些看起來不同的物理問題歸納到同一個(gè)物理模型當(dāng)中。

我們來看這樣一道題：一只氣球以初速度v0勻速豎直上升，某時(shí)刻從氣球上掉落一物體，經(jīng)過時(shí)間t落到地面，假如v0=15 m/s，t=20 s，g=10 m/s2，求物體在離開氣球時(shí)氣球的高度。對(duì)于物體離開氣球之后的運(yùn)動(dòng)過程，可以用水平面或者斜面上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行類比（如圖2，表6）。

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圖2 物體在豎直方向和斜面方向上的運(yùn)動(dòng)

表6 物體在豎直方向和斜面方向上的運(yùn)動(dòng)情況類比

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解答：設(shè)A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，v0方向?yàn)槲灰普较?，?jīng)過t后位移為s，則

s=v0t-■gt2=15×20-■×10×202=-1700 m。

所以，當(dāng)物體離開氣球時(shí)，和地面之間相距1700 m。

3 結(jié)束語(yǔ)

在新課改的大環(huán)境下，廣大物理教師要能夠重視、利用科學(xué)方法在中學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行物理教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，其中類比方法的應(yīng)用最為廣泛，更要加以重視。教師首先要關(guān)注類比思維與方法在物理學(xué)發(fā)展中起到的重要作用，并且將類比方法在物理教學(xué)發(fā)展中的這些作用在日常的物理教學(xué)過程對(duì)學(xué)生加以滲透。在物理概念、規(guī)律以及習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的類比思維和提高他們用類比方法解決問題的能力，讓學(xué)生理解重要的物理概念、掌握重要的物理規(guī)律和解決物理難題。

要想正確、合理、高效地在中學(xué)物理教學(xué)中使用類比方法來構(gòu)建物理教學(xué)情境，教育工作者必須要從思想和行動(dòng)上加以重視，加深自身對(duì)類比方法的理解認(rèn)識(shí)以及提高在處理物理問題時(shí)運(yùn)用類比的能力。同時(shí)，也要在運(yùn)用類比建立物理情境的過程中同情境創(chuàng)設(shè)的原則等相關(guān)理論相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)出最符合教學(xué)需求的物理教學(xué)情境。

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（欄目編輯 李富強(qiáng)）