巧用类比法降低学习难度

郑琦 王健

摘 要：在上海教育出版社八年级第二学期第五章第一节“温度 温标”的课堂授课中，将温度的测量原理类比力的测量原理，用类比法学习抽象物理量测量中的转换法，降低学习难度；将温标的规定类比其他物理量“基准”的规定，通过类比归纳帮助学生深入学习测量的含义。

关键词：类比法；摄氏温标；测量

依据中学生概念掌握规律，使学生形成一个新的物理概念，首先要使学生获得必要的感性认识，关键要让感性认识上升到理性层面，最后再明确概念的物理意义。以上海教育出版社八年级物理中《温度 温标》这节课为例，对于“温度”这一物理概念，学生不缺乏感性的认识，由冷暖感觉的“经验性观念”上升到温度温标的“科学概念”是学生的思维难点；本文利用类比法创新教学过程，帮助学生完成思维过渡。

一、 摄氏温标

本课首先定义温度的概念，然后确定测量温度的方法。测量是进行可靠的定量比较。因此，测量温度，首先要确定一致公认的温标，即温度的“标尺”或“基准”，用来测量温度所规定的一定的、标准划分的单位。就像测量物体的长度要规定长度标尺（如一米）一样，温标也是一种人为的规定，但是与长度标尺相比，规定温标要复杂得多。

对于任何构造的温度计，首先要选择一种测温物质，在测温过程中使一定量的这种测量物质与待测体系达成热平衡。第二要选择一种测温性质，在达到热平衡后测量这种性质以标示待测体系的温度（也是测温物质的温度）。以常用的水银温度计为例，一定量的水银为测温物质，水银的体积V（在毛细管中，表现为水银柱的长度）为测温性质。把水银每个不同的体积Vi规定为不同的温度值θ，规定方式是任意的，最简单的方法是规定V与温度θ之间有简单的线性关系。这种温标取决于特定物质的特定性质，如水银的热膨胀性质。如果用酒精代替水银，由于不同物质在热膨胀性质上的差异，它们标示的温度也显著不同，为了客观描述温度，还需要对不同温度计（如酒精温度计和水银温度计）进行校正。而最简单的校正方法，以标准大气压下冰水混合物的温度和沸水的温度作为“标尺”，再依据线性关系规定不同温度值。

在初中物理教学中，一方面，需要学生参与到科学抽象的过程，由感性上升到理性认识，另一方面，由于初中生的知识基础和能力水平有限，需要对这一过程进行简化，并利用类比法改进学习过程，降低学习难度。

二、 类比法在课堂教学中的运用

（一） 类比法

类比是指两个物理量及描述两个物理量的模型具有相似性的条件下，可在联想的基础上，对异常、未知的事物（研究对象）与寻常、熟悉的事物（类比对象）进行对比，分析两个对象之间的类似性或相似性关系，根据已知对象的某种性质推断出未知对象相应性质的一种方法。

（二） 摄氏温标建立过程

摄氏温标的建立过程分为三步。

第一步，引入“温度”概念。采用教材中的环节，学生将手放入冷水和热水中，再将两只手放入同一盆温水中，判断两杯水的冷热。这一环节的设计目的是通过认知冲突，使学生体会到，人体对冷热的感觉是不准确的，因此需要引入温度这一物理量来客观地描述物体的冷热程度。

第二步，发现测量原理。这一步解决的问题是如何测量温度。不同于“长度测量”，温度是看不见摸不着的，需要转化为某个物体的物理量——液体体积（液柱长度）的变化来体现温度的高低。传统教学中，只是通过实验体现了液体的热胀冷缩，并直接将这一原理运用到测量中，学生几乎不可能抽象出转化的物理思想。通过类比学生过去学过的物理量的测量，就可以达到降低学习难度、掌握科学方法的目的。初中阶段学习到的物理量中，可以将温度测量与力的测量相类比，类比方式见表1。具体的类比过程中，要通过力的大小的测量引导学生想到：如果要测量的物理量是抽象的，那么需要用其他物体可见的物理量的变化来反映要测物理量的大小。

教学片断：

师：我们已经知道温度是指物体的冷热程度，可冷热程度看不见摸不着，只是一种感觉，这种感觉如何测量呢？

之前我们还学过一个物理量，同样也是看不见摸不着的，就是力。力的定义是？

生：力是物体间的相互作用。

师：力是如何测量的？

生：用弹簧测力计。

师：弹簧测力计是怎么体现力的大小的？

生：弹簧被拉伸得越长，力就越大。

师：这是运用了什么原理？

生：（思考后回答）力可以改变物体的形状。

师：温度的高低，能不能也使物体发生一些看得见的变化，方便我们判断呢？每个小组有一杯热水、一杯冷水、吸管和密封的口服液小瓶，请同学们带着问题动手实验探究。

（学生实验）

生：将吸管插到口服液中，温度高可以使瓶子中的液体膨胀，吸管中液面变高，温度低使瓶子中液体收缩，吸管中液面变低。看吸管中液面高低来判断温度高度。

在师生问答过程中，整理板书如表1。

第三步，经历定标过程。学生要完成由定性到定量的深化，关键是回归到测量的本质：进行可靠的定量比较，即解决两个问题问题是：和谁比？怎么比？传统教学中直接告知学生温度的测量基准是标准大气压下冰水混合物和沸水的温度，学生很难明白基准的含义、为什么选择这两个温度作为基准。通过类比归纳已知物理量的测量基准，找出共同点，学生可以很轻松地明白：测量基准必须保证对应的物理量恒定不变；进而可以顺利地理解选择这两个温度的意义。具体类比过程见表2。

教学片断：

师：请回忆一下上学期学习的内容，回答：测量的目的是什么？

生：进行可靠的定量比较。

师：和誰进行比较呢？阅读材料，复习回忆测量长度、质量、时间时，是和谁比较的？

（学生阅读提前准备好的材料，并回答问题）

师：为什么和这些量进行比较？这些量有什么特点？

生：（结合材料）这些量都很稳定，而且不会因为外界的变化而发生改变。

师：所以测量温度时，我们也要选择稳定的、不变的温度来比较。这里老师介绍两个温度……

到这里解决了和谁比的问题，接下来就要解决怎么比的问题了。

用玻璃瓶代替玻璃泡，软管代替毛细管，内置食用油，制作教具如图1所示。现将玻璃瓶放入冰水混合物中，待示数稳定后再放入沸水中，观察液柱的上升，引导学生完成定标。

教学片断：

师：将玻璃瓶放到冰水混合物中，等待油柱稳定，标出位置，这里就规定为0℃。再将玻璃瓶放到沸水中，等待油柱稳定……（学生观察油柱因受热膨胀而上升）标出位置，这里就规定为100℃。请思考，怎么定义1℃？

生：把0℃标示的位置和100℃标示的位置平分100份，每一份就是1℃。

师：请同学们利用刻度尺标出50℃、75℃和-10℃的位置。

……

（三） 教学反思

概念教学的根本，是要学生明确概念的物理意义，因此要在每个活动开始明确为什么引入这个活动。

“由感性上升到理性”是物理概念形成的关键步骤，既不能为了简化知识而放弃思维训练，也不能让思维过程超过初中生的认知水平，通过类比迁移法，可以用学生已经掌握的、相对简单的知识的思维方法去充分参与理解新的、更加抽象的知识，进行透彻的定性分析，自然地得出定量的归纳。

三、 结束语

本节课在八年级物理第二学期的教材中位于第五章第一节的位置，起着承上启下的重要作用。本册书涉及第四章《机械与功》和第五章《热与能》，前者是宏观知识体系，对学生抽象水平要求较低，而后者是微观知识体系，对学生的抽象水平有较高的要求。本节课巧用类比培养学生将感性的东西和理性的东西由“分离”到“融合”的思维方法，有效降低了学习难度，帮助学生更好地完成两章内容的过渡，为后续学习奠定基础，达到新课标的学习水平要求。

参考文献：

[1]乔际平.物理学习心理学[M].北京：高等教育出版社，1991.

作者简介：

郑琦，王健，上海市，东华大学附属实验学校。