高中物理教学中培养学生类比思维案例分析

杨莉

“高中物理难”已经成为社会普遍认同的特点，如何才能学好这门社会公认难学的科目，是令高中生们头痛的问题，也是让高中物理教师们寝食难安的重大“教学问题”。高中生不仅要在教师的帮助下高效地学习物理，更应该“学会学习”，“学会学习”已成为新时代教育的主题。

如何才能让学生“学会学习”，并在学习中适当地使用科学的思维方法，在此笔者主要谈一谈高中物理教师在教学中培养学生类比思维的案例分析。

一、在日常教学中适当使用类比思维，有利于高中学生对概念和规律的形成和理解

中学生由于思维能力和知识水平的限制，在学习新知识时，对某些概念或规律常常感到抽象、难于理解。将类比法应用到物理教学中，就是将陌生的物理现象与学生熟悉的、相似的物理现象进行比较，从而揭示出物理过程或物理现象的本质。许多物理概念都是在大量现象和事实的基础上通过科学的抽象建立起来的，在这一抽象过程中，如果适时地运用类比思维，将有利于对概念和规律的认知形成和理解。

案例1 类比思维应用于概念或规律的理解（一）

热力学第一定律

1.总结法：得到为正值，失去为负值。

2.类比法：用高中生比较关心的“分数”来类比。

内能：

“分数”增加了为正值;

“分数”减少了为负值。

热量：

吸“分数”为“+”;

放“分数”为“-”。

做功：

老师送“分数”给你，你得到“分数”了为“+”;

你把“分数”还回了老师，你失去“分数”了

为“-”。

案例2 类比思维应用于概念或规律的理解（二）

在《变压器》这节内容的学习中，知识点“电压由输入端决定，电流由输出端决定”不好理解。

采用水压由输入端决定，水流由用户（即输出端）决定，如此类比，再联系日常生活经验，我们会感觉到比较形象，而且也比较好理解。

案例3 类比思维应用于概念或规律的理解（三）

知识点“高度差”：高度差与参考平面的选取有关吗？

教材常规使用手法：

不管取地面作为参考面，还是取B或A作为参考面，A、B两点的高度差都一样，所以高度差与参考平面的选取无关。

类比法：用身高类比高度差。

身高就是我的头顶到我脚底的高度差。

“我身高1.80 m”。

“我站在教室里，我是1.80 m”。

“我站在珠穆朗玛峰，身高会变成3 m吗？”

在学习中，要特别重视在学习新概念时联系旧知识，在新旧知识类比中加深理解，拓宽思路。 类比是人类学习过程中常用的方法，根据认知心理学原理，在学习一个新的知识，尤其是比较抽象的知识时，最好能找到一种联系，使新旧知识之间互相沟通，类比方法就是建立新旧知识之间联系的一座桥梁，能促进由旧知识向新知识的迁移。 著名数学家G.波利亚极力推崇类比方法。他指出：“我们所有的思维，包括日常的言论和结论，还有艺术的表达方式和科学上极高的成就，都渗透着类比。”“类比是提出新问题和获得新发现取之不竭的源泉。”[1]

二、对于不经常使用、难于理解的公式或图像，使用类比法加深印象

教材中有不少需要记忆的公式、概念、图像，但是有些公式、概念、图像不常使用，属于“偏”的范畴，导致学生对这种类型的知识点记忆模糊、容易混淆，但是高考中又会有所涉及，为了加深这种类型的知识点的印象，又不用占用学生们大量的时间，教师在教学中可以尝试使用“类比法”这一巧妙的手法。

案例4 类比思维应用于公式、图像的理解

每当学习一个用比值法定义的物理量时，均可以辅助图线，并用此类比、总结。

总结：用比值法定义的物理量其图像规律是越靠近代表分子的物理量的数轴（纵轴）时其值越大。

案例5 记忆公式类比

如λ=vT

λ=v/f

或f=v/λ

现行教材中几个公式都有使用，而且没有规律，大部分学生不清楚如何记忆，又容易混淆。

这时教师适当联想曾经学过的公式s=vt，用距离类比波长，时间类比周期，有一定的亲切感，且知识有一定的相似联系，学习起来比较轻松，记忆也比较准确。

学生们在已有知识框架下，可以有效激活原有知识结构的生长点，顺利搭建新旧知识的思维联系，降低感知的难度，促进知识的有效迁移，同时激发想象的欲望，唤醒学生的创新意识，建立普遍联系的观点，同时还会提出更多新问题，多思考，掌握一定的思维方法。

三、解陌生的题目，使用类比方法

在平时的练习甚至高考过程中，经常会碰上很陌生的题目或是很有创新性的题目。如果揪着里面给的陌生知识点或者公式不放，估计会陷进泥潭里，無法自拔。此时如果有一定的类比思维，跳出题目的陷阱，难题迎刃而解。

案例6 类比思维应用于陌生试题的解答

宇航员在某星球表面将一个小球以一定的初速度水平抛出，测得其速度大小随时间的变化关系为v2=a+bt2，不计星球表面大气的阻力，则下列说法正确的是（  ）

A.小球的初速度为a2

B.星球表面的重力加速度大小为2b

C.在空中运动t时间后，小球的位移为ta+14bt2

D.若经过t0时间落到星球表面，则抛出点的高度为12bt20

思路分析：这个题目乍一看会让学生感觉非常陌生，无从下手。小球速度大小随时间的变化关系v2=a+bt2可以说几乎没见过，陌生的公式要与以往所学的知识点、公式进行类比，从而实现知识模型的迁移。此时，应从寻找题干中我们熟悉的知识点——“平抛运动”入手，脑袋里应马上回忆联想起平抛运动的基本规律：

四、学习抽象物理概念时类比思维起事半功倍的效果

高中物理中不少概念规律，我们看不见、摸不着，难以理解。这时，教师在课堂中能否进行适当的类比，能否把抽象的概念形象化，用具体生动的生活事例来解释此类型的规律，会起到事半功倍的效果。

案例7 类比思维应用于抽象概念的理解

教材用熵的概念表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。

教材中的比喻没有达到共鸣的效果，如果我们引入让我们深恶痛绝地收拾房间来类比“熵”，印象可能会无比深刻。

为什么我们的房间不能在几年内都保持整洁呢？那是因为，只要一件东西变了——只需要一件——它就不再整洁了。在这个例子中，房间里的物件只有遵循某些特定的排列才会导致度量结果为“整洁”，但是还有数百万种其他的排列能导致度量结果为“混乱”。比如龙卷风袭击了你刚打扫过的房间，它保持整洁的可能性有多大？在龙卷风过后，你发现房间混乱不堪的概率要远远大得多，这仅仅是因为，让一个房间变得混乱的方法实在太多了。系统永远不会从无序走向有序， 对于那个曾经整洁的房间说来，情况就是，让房间变得整洁的方式很少，而让房间变得混乱的方式却数不胜数。类比的使用使学生们对自然规律中的“方向性”印象深刻。

参考文献

[1]郭伟.类比法——开通学生物理情感世界的钥匙[J].物理教师，2016（37）：20-22.

[2]老士翠.物理学中的类比方法及其应用[J].辽宁教育行政学院学报，2008，25（6）：163-164.

[3]赵小青.从惠更斯的遗憾说开去——类比法浅议[J].现代物理知识，2002，14（1）：56.