运用类比方法高效创设中学物理教学情境

祁帅

摘 要：在中学物理教学过程当中，教师要能够为学生创设出一个合理、高效的物理情境。笔者研究了用类比方法来创设物理教学情境的相关内容，希望在新的教学改革环境下，找到在中学物理教学中科学使用类比方法创设物理情境的有效途径。

关键词：中学物理教学；物理教学情境；物理类比

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0028-4

对教学情境创设的关注和研究，是课程改革过程中一个重要的方面，也是很多物理教师积极尝试和不断探究的课题。在教学过程当中，教师巧妙地创设出高效的物理情境，一方面可以带动学生对于学习物理的热情，另一方面也能够减小教师与学生、教学内容和学生接受能力之间的差距。那么，如何科学、高效地创设物理情境，就显得尤其重要。笔者在本文中通过在具体的中学物理教学中运用类比方法创设物理情境的教学案例分析，初步探讨如何运用类比方法高效创设物理教学情境。

1 类比方法创设中学物理教学情境的理论基础和现实依据

1.1 创设中学物理教学情境的重要意义

目前的中学物理教学中，传统的教学模式还占据着主导地位，物理教学只注重机械灌输，忽视了物理教学情境的创设。教师单调地把知识讲解给学生，然后让学生进行大量的练习，这样的教学模式使得学生学习物理概念和物理规律的时候完全脱离了物理情境，无法透彻地理解知识，不能对知识技能进行有效的迁移，时间长了，学生学习物理的热情和兴趣就会大大减少。很多物理教师在教学过程中只是一味地给学生呈现最后的结果，没能意识到探究过程对于学生的重要性，教学结论和教学过程应该是相互作用和相互转化的。现在很多教师为了能够让学生考试得高分，将一些经过重要探究过程得出的知识、结论单调刻板地直接灌输给学生，这种表面“高效”的方法实际上阻碍了学生的智慧开发，舍本逐末，影响学生的长远发展。还有一些教师一味地训练学生的解题技能，这不能很好地对学生进行科学思维和科学方法的培养，造成学生的实践创新能力有所欠缺。

如果在物理教学中合理地创设物理教学情境，那么，就能够有效地解决以上的问题。从哲学角度来说，客观主义使得教学活动变成人为控制下的一个过程，而在物理教学中创设物理情境是以建构主义为理论基础的，学生应该是教学活动的中心。有效创设物理情境可以促进教学目标的实现，还能激发和培养学生浓厚的物理学习兴趣，更能充分体现学生在教学活动中的主体地位和突出教师的主导作用。

1.2 运用类比方法创设物理教学情境的可行性

亚里士多德最早提出类比这种科学的方法。在《现代汉语词典》中，类比的定义是：“一种推理方法，根据两种事物在某些特征上的相似，做出它们在其他特征上也可能相似的结论。”

在逻辑学中，类比可以用以下公式表示：

A对象中有：a，b，c，d；

B对象中有：a'，b'，c'。

则在B对象中可能有d'。

公式中A和B是进行分类的两个或两类事物，a，b，c，d和a'，b'，c'，d'分别指A和B的属性（如成分、性质、结构、形态、规律等），a，b，c，d和a'，b'，c'，d'一一对应。

在物理概念、规律、实验和习题教学中，合理、科学地使用类比方法可以创设出一系列巧妙、生动的物理情境。运用类比方法创设物理教学情境符合情境创设的目标性、主体性、真实性、激励性、多样性、探索性以及合作性原则；运用类比方法能够创设出有利于学生发展和有利于教学目标实现的物理教学情境；运用类比方法能够创设出有利于发现物理问题和探索物理规律的物理教学情境；运用类比方法还能够创设出全面提高学生科学素养的物理教学情境。

2 在中学物理教学中运用类比方法创设物理教学情境

2.1 在物理概念教学中运用类比方法创设物理教学情境

物理概念是一种思维方式，反映了物理现象和物理过程的本质属性，在目前的中学物理教学中，对物理概念课的设计和研究是很有必要的。可是，有很多的物理概念对于学生来说是不容易透彻理解的，因为这些概念大多数都会脱离学生的日常生活经验，并且对于学生来说又是十分抽象的。但是，学生的头脑之中也不是一无所有的，他们也会对所研究问题产生不同的联想和看法，这些想法当中很多是存在合理性的。所以，教师要能够注重合理使用类比方法创设出物理教学情境，指导学生用已经学过的物理概念来学习和掌握新的物理概念，用生活中形象的模型来理解抽象复杂的概念，从而使得学生能够理解和掌握重要的物理概念。

我们来看一个例子，对于电场强度E这一概念的物理意义的理解，学生会存在一些困难。在这里就可以用类比方法创设物理情境，帮助学生去解决这一问题。我们先用数学类比，在学习电场强度之前，已经学过密度和电阻这两个概念，我们来看这3个概念的定义式（如表1）。

表1 密度、电阻和电场强度概念类比

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通过这样的类比，可以看出电场强度E描述的是电场的属性，电场中是否存在试探电荷、试探电荷正负性以及试探电荷带多少电量，电场强度都不会变化，它只和电场本身的性质有关。我们还可以用生活中常见的情景来进行类比：把树林中的小树比作试探电荷，那电场强度就相当于风的强度，小树受到的风的吹力就相当于试探电荷受到的力。那么我们知道，有没有这些小树风的大小都不会改变，也就是电场中有没有试探电荷的存在，电场本身的性质不会改变。这样进行类比创设出学生熟悉的物理、生活情境之后，电场强度这个概念就不那么抽象，学生就能更容易理解和掌握。

我们再来看一个例子，电势能也是学生不容易理解和掌握的一个物理概念，我们可以用学生已经熟悉的重力势能和电势能加以类比（如表2）。

表2 重力势能和电势能概念类比

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同样，在电学中我们还可以将电流和水流进行类比，帮助理解电动势的物理意义（如表3）。

表3 水流和电流概念类比

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通过这样的一个类比过程，我们可以看出电源并不是电的产生源泉，它更像一个辛勤的运输工人，不停地将处在低电位的正电荷运送到高电位，使得电路中保持有稳定的电量，电源应该是一种能量转化装置。我们就能这样来定义电动势：凭借其他形式的力将正电荷从低电位运送到高电位所做的功和运送的电荷的电量的比值，即ε=W■/q。通过类比方法，将电学中的电动势和电流两个重要且复杂的概念和学生已有的、熟悉的、易于理解的概念相联系，创设出一个学生更容易接受的教学情境，使学生更好地掌握这两个物理概念。

2.2 在物理规律教学中运用类比方法创设物理教学情境

物理规律是物理现象或过程的本质联系在一定条件下必然发生、发展和变化的规律性的反映，是物理概念间的必然联系。掌握了物理规律，学生就能够更深入透彻地理解物理概念。在中学物理教学中，教师不仅要能够准确将基础知识呈现给学生，还要能够指导学生在“提出问题→猜想假设→验证猜想→得出结论”这个科学探究过程中总结出物理规律，这样可以帮助学生对物理规律有更深刻的理解，从而更好地解决实际问题。所以说，用类比方法为物理规律教学创设生动、形象的物理情境是十分有必要的。

我们来看一个例子，当研究分子间相互作用力的规律时，往往由于很抽象，学生很难理解这个规律，那我们可以用弹簧小球的模型创设情境进行类比（如图1，表4）。

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图1 弹簧小球模型

表4 弹簧小球的相互作用力与分子间相互作用力类比

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分子间是没有“弹簧”的，但是通过这样用类比建立的情境，我们就可以把分子之间同时存在的引力和斥力以及它们和分子间距的变化联系起来，能够获得不错的教学效果。

再来看一个例子：在研究静电场规律的时候，由于很抽象，学生不能很好地理解电场力做功的相关规律，我们可以把学生学过的并且已经能接受和掌握的重力场拿来和静电场进行类比，创设出和已有知识类比的物理情境（如表5）。

表5 重力场和静电场类比

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通过这样的类比，可以帮助学生更好地认识静电场的性质。

2.3 在物理习题教学中运用类比方法创设物理教学情境

现在的中学物理教学中越来越强调提高学生的综合解题能力，要求学生不仅能够熟练掌握各类题型的一般解题思路和方法，而且能够学会知识和方法的迁移，不断提高自己解决问题的能力。在习题教学中可以通过分析所研究问题的特征，并和熟悉的物理、生活模型相联系，用类比法建立起相应的教学情境，帮助学生找到解题方法。

在运动学中有这样一类问题会难倒不少的学生：小河中水流速度恒定，小船在水中逆流前行，突然船上的一个木箱掉落水中，过一会船上的人发现了就立马掉头去找木箱，结果用了10 min找到了木箱。假设船掉头所用时间忽略不计，并且小船在静水中有一恒定速度，求从木箱掉落在水中直到最终被找到用了多长时间？遇到这类问题，许多学生会觉得题目本身缺少条件，没有办法解出正确答案。可是，我们可以构建这样一个类比的情景来帮助学生解题：假设一列火车以恒定速度行进，一个人在这列火车车厢中行进，某时刻不小心将手机掉落在火车地板上，过了10 min后才发现，他立即返回，假设人相对火车的速度始终不变，那么这里很容易就能想明白这个人还需要10 min才能找到手机。经过这样的类比过程，学生就可以想明白木箱从落水到被找到一共需要20 min。在这类问题中，一般要选取木箱或者河水作为参照物，这是解题的关键。

有时候我们还可以通过类比方法，把一些看起来不同的物理问题归纳到同一个物理模型当中。

我们来看这样一道题：一只气球以初速度v0匀速竖直上升，某时刻从气球上掉落一物体，经过时间t落到地面，假如v0=15 m/s，t=20 s，g=10 m/s2，求物体在离开气球时气球的高度。对于物体离开气球之后的运动过程，可以用水平面或者斜面上的运动进行类比（如图2，表6）。

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图2 物体在竖直方向和斜面方向上的运动

表6 物体在竖直方向和斜面方向上的运动情况类比

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解答：设A点为坐标原点，v0方向为位移正方向，经过t后位移为s，则

s=v0t-■gt2=15×20-■×10×202=-1700 m。

所以，当物体离开气球时，和地面之间相距1700 m。

3 结束语

在新课改的大环境下，广大物理教师要能够重视、利用科学方法在中学物理教学中进行物理教学情境的创设，其中类比方法的应用最为广泛，更要加以重视。教师首先要关注类比思维与方法在物理学发展中起到的重要作用，并且将类比方法在物理教学发展中的这些作用在日常的物理教学过程对学生加以渗透。在物理概念、规律以及习题教学中培养学生的类比思维和提高他们用类比方法解决问题的能力，让学生理解重要的物理概念、掌握重要的物理规律和解决物理难题。

要想正确、合理、高效地在中学物理教学中使用类比方法来构建物理教学情境，教育工作者必须要从思想和行动上加以重视，加深自身对类比方法的理解认识以及提高在处理物理问题时运用类比的能力。同时，也要在运用类比建立物理情境的过程中同情境创设的原则等相关理论相结合，创设出最符合教学需求的物理教学情境。

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（栏目编辑 李富强）