苏科版初中物理教材中图像类比的分析

(苏州大学物理与光电能源学部,江苏 苏州 215006)

1 引言

图像类比是类比的一种,它是把学生比较熟悉的日常场景和事物(比体)以图像的形式呈现，来实现类比作用,其图像与目标概念(本体)在表面、结构、关系或功能上存在相似关系,对学生的学习和思考具有较大帮助。

2 图像类比的优点

(1) 图像表达直观

初中生的抽象思维水平较低,对概念的理解在很大程度上要借助于直观事物的支撑。而初中物理教材中的图像类比以插图的形式出现,直观地展现出物理规律,这样的安排符合初中生的认知规律,有助于学生对物理现象的理解。

(2) 基于生活经验

物理与生活息息相关,由于学生刚刚接触到物理这门新课程,因此初中物理教材内容难度设置较低,多以贴近学生日常生活的现象和经验为背景。苏科版初中物理教材中的图像类比往往选用的是与日常生活和经验联系密切的图像,本体与比体之间有直接或间接的联系,给学生学习新概念和规律提供了一个切入点。

(3) 利于类比迁移

学习的迁移是指已获得的知识对后续学习的知识能够产生影响。图像类比相较于一般的类比,其形象生动的图像更有利于降低学生认知结构建立的难度,可促进学生学习的正迁移。

(4)加快信息处理

人的右脑主要是对图像进行记忆和加工,左脑主要是处理文字等非形象化的信息,人脑处理图像信息更快;图像类比相对于枯燥的文字,它将复杂的物理现象和过程描述得形象生动,更有助于学生接收信息,加快学生的信息加工速度。

3 图像类比的功能

(1) 认知功能

图像一般用于教科书中那些难以理解的概念或原理的学习中。运用图像类比,把目标概念融入学生经常接触的情境或事物中去,或者是将新知识和以往学生认知结构中的旧知识进行关联,拉近了新知识与已有认知结构的距离,减弱了知识的陌生感。富有情趣的图像,具有真实、直观、形象的特点,比文字更具有说服力,使知识的呈现简洁通俗,很大程度上降低了认知的难度。如“磁体与磁场”一节中,磁感线的概念较为抽象,教材通过展示蹄形磁体周围铁屑的分布示意图,利用模型图像类比来描述磁感线,形象生动地描述了这一假想曲线,促进了学生对磁感线概念的理解。

(2) 记忆功能

图像对学习和记忆具有有效的促进作用,大多数学生背诵大段文字比较困难,由于图像更有助于学生对知识的加工和理解,故图像记忆优于枯燥的文字记忆。如“照相机与眼球 视力的矫正”一节中,教材展示了照相机与眼球的成像原理图,本体为眼球,比体为照相机。前面两节已经学习了透镜的作用和凸透镜的成像规律,知道了照相机的成像原理,即成倒立缩小的实像。这里用照相机的成像原理来类比眼球成像原理,便于学生对眼球成像规律的理解和记忆。

(3) 解释功能

图像类比不似冗长枯燥的文字,它更能简洁直观地描述物理现象和规律,方便学生的理解。如“电压和电压表的使用”一节中,教材展示了“水轮机在水流作用下转动”图和“闭合回路”电路图。前者为比体,后者为本体,水轮机贴近生活,其工作原理学生容易理解,此处用图像类比形象地解释了小灯泡的发光条件。

4 教材中图像类比的使用情况及分析

4.1 教材中图像类比使用情况

根据物理学和初中生的认知特点,苏科版初中物理教材中多处使用图像类比，使复杂、抽象的物理概念易于理解,这种图像类比笔者称之为概念图像类比。用概念图像类比来解释物理概念,直观形象且其概念特征一目了然，教材中共出现5处概念图像类比(如表1)。

表1

图像类比可应用于物理基本原理的教学中,将学生不熟悉的、难以理解的物理规律用学生熟悉的或有生活经验的事例来类比教学,降低学生学习的难度,同时加深对物理原理的理解和记忆,这种图像类比笔者称之为原理图像类比，教材中共出现2处原理图像类比(如表2)。

表2

图像类比可应用于物理微观结构的教学中,初中物理已经涉及原子、原子核和分子排列等,初中生的思维对文字描述的微观结构难以理解,而图像类比模型图描述的微观结构简单、直观、一目了然,这种图像类比笔者称之为模型图像类比，教材中共出现1处模型图像类比(如表3)。

表3

图像类比可应用于场景描述的教学中,将比较抽象的场景用图像类比展示出来,这种图像类比笔者称之为场景图像类比，教材中共出现1处(如表4)。

表4

4.2 教材中图像类比使用情况分析

(1) 图像类比使用频率较低

通过统计苏科版初中物理4册教材,发现图像类比共出现9处,总的来说使用频率较低。从上面4张表可看出,概念图像类比使用最多,场景图像类比和模型图像类比使用最少,图像类比教学的价值没有被充分重视,教材需适当提高其使用率。

(2) 图像类比的文字解释较充分

类比图像的解释性语句是教科书中用来解释图像类比的文字说明，笔者设置以下几个评价维度，分析结果如表5。

① 说明的充分性

充分:文字提及本体与比体的关系。一般:文字只提及本体或比体的特征。

② 描述显著性

显著:文字中明确指出本体与比体。不显著:文字中没有明确指出本体与本体,或只指出一个。

③ 内容一致性

高:文字和图像内容一致。中:文字和图像内容不太一致。低:文字和图像内容不一致。

表5

由表5可知,以图像的形式展现图像类比并在图像旁边附上解释说明的文字,这样不仅能引起学生的注意,而且能帮助学生快速理解目标概念。

5 教学启示

(1) 类比物要求来源生活化、范围适度化、类比显著化

图像类比一般选取日常

生活中常见的事物或现象为类比物,它以学生的生活经验为基础,在使用过程中要考虑学生能否顺利同化类比知识。虽然图像类比确实有很多优势,但并不是所有的物理概念和规律都需要运用图像类比,图像类比适用于那些比较复杂抽象的概念和规律以及微观结构教学中。它的一个重要作用就是用学生熟悉的事物和现象来类比抽象概念和规律,以方便学生理解抽象概念和规律,所以在使用时要注意巧妙利用图像和文字来达到类比显著化的目的。

(2) 巧拆图像类比的脚手架,注意本体与比体的区别与联系

类比仅是思维的脚手架,学生形成概念后,须引导学生拆除脚手架。图像类比中本体与比体的特征并不是完全相同的,学生往往会把比体中的其他特点迁移到本体中,教师在教授过程中要指出比体与本体的不同点,提醒学生辨析。如我们用水流来类比电流时,学生往往形成电流消耗模型,这时教师要解释清楚电流与水流的差异,适当拆除脚手架。

(3) 避免不当图像类比

在物理教学中,有教师常常用生活中的事物或现象来类比抽象知识,有时会产生很好的效果,有效地促进教学。但有时会使用不当的图像类比,影响学生对新知识的理解,造成对新知识的负迁移。故教师应该避免使用不当的图像类比,同时还要提醒学生进行适当的辨析,以免产生不恰当的推理。