高中物理教学中培养学生类比思维的策略研究

魏国琦

【摘要】类比思维，作为一种非逻辑的思维方法，它是在综合了直觉思维、形象思维、感性思维的基础上而形成的一种非逻辑的思维方式，是一种创造性思维形式。在高中物理教学中，培养学生的类比思维，有助于学生的科学探究精神与创新人格的培养。本文在概述类比思维概念及特点的基础上，针对教学实践探讨当前高中物理教学中类比思维的培养现状及存在问题，继而结合具体课堂案例提出培养高中生类比思维的策略。

【关键词】高中物理  类比思维  创造性思维  问题解决

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）30-0123-02

序言

类比思维，是创造性思维的一种形式，它强调在对事物的认知与理解、探究与发现的过程中，尽可能地抽象概括出该事物的本质，并通过比较分析的方法，将该事物和另一个与之有相近特征的事物进行比较分析，以发现两者之间的共通之处或相似点，结合已知事物的对应特征，来对所研究的事物进行观察与分析。随着类比思维内涵的不断发展，其外延也发生了相应的变化，类比思维除了用于研究具体的事物，也用于研究现象、过程、方法、事理等抽象的概念。类比思维应用到高中物理教学中，能够有效促进学生科学探究能力的发展，从总体上提升学生的思维品质，促进学生物理核心素养的培养。

高中物理涉及到的概念较多、知识系统性强、问题复杂难懂，如果单纯依靠教师的讲授，很难让学生深入理解其知识背后的思维架构，而生动的教学情境也仅仅是为学生知识理解与问题分析提供外部支持，并不能从思维层面提供教学支架，离开了思维层面的教学支架就不能有效降低理解难度，不能充分发展学生的思维品格与关键能力。这时，如果教师能够借助一个简单及时的类比思维，通过类比思维来引导学生重新建构新旧知识的联系，将进一步促进学生的创新性思维的发展。鉴于此，本文在综合阐述类比思维培养在高中物理教学中的可能性与必要性的基础上，分析当前物理课堂中的类比思维的应用现状及原因，在此基础上，重点从精准分析学情特点、采用科学探究模式、适当引入典型例题、充分利用科学史料四个方面探讨类比思维在高中物理教学中的应用分析。

一、高中物理教学中渗透类比思维培养的可能性与必要性

《普通高中物理课程标准（实验）》明确将“学习科学探究方法，发展学生的自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学研究方法解决一些问题”列为高中物理课程的总目标。类比思维作为一种基本而实用的科学思维方式，往往能够使学生在物理探究的过程中，通过对例题等的分析与掌握，达到举一反三、触类旁通的效果，许多教学经验丰富的高中物理老师，常常将类比思维引入到高中物理课堂中，并将其作为评价学生的自主、合作、探究式学习活动的重要衡量基準之一。这为高中物理教学中渗透类比思维的培养提供了理论依据与现实可能性。

高中生正处于发展创造性思维、培养创新能力、促进创新人格形成的关键期。在高中物理教学中，运用类比思维一方面体现了教育规律的内在要求，另一方面有效地促进了学生的思维习惯及思维能力的发展。可以说，培养类比思维实现的过程，也是直觉思维、形象思维、抽象思维三者相互统一的过程。这构成了高中物理教学中渗透类比思维培养现实基础与理论必要性。

二、高中物理教学中关于类比思维的应用现状及原因分析

在高中物理教学中，应用类比思维主要包含了以下步骤：确定目标问题;引入类比对象;分析相似特征;提出猜想与假设;具体论证并检验;评估与实际应用。然而， 当前高中物理教学中对类比思维的培养与应用现状不容乐观。首先，对类比思维的应用范围较为窄化，多局限于某种类型的知识讲授。大多数教师选择讲授抽象的物理概念、公式、定理时，选择使用类比思维，帮助学生理解。其次，类比思维的培养途径有限。教学经验丰富、学科视野开阔的物理老师往往会通过创设情境等方式，渗透类比思维的培养。再次，类比思维与知识建构的联系不够紧密。有的教师由于学科框架体系的建构不足，在讲授练习题时，有效的知识建构与前后类比较少，导致学生的知识框架建立得不够完善，物理分析能力相对薄弱。

三、高中物理教学中关于类比思维的应用策略

1.精准分析学情特点，扩展类比思维的范围

高中物理的知识特点及教材编排，给学生的思维习惯及思维品质的培养提出了较高的要求。如果教师能够从学生的生活经验出发，将日常生活中的物理现象以教学情境的方式呈现在高中物理课堂中，将会极大地调动学生的情绪及感性思维，使其积极主动地参与到物理探究中来。比如，在关于摩擦力的教学中，教师演示实验，让学生思考摩擦力形成的条件：①接触面粗糙;②相互接触的物体间有弹力;③接触面间有相对运动或相对运动趋势。然后在此基础上，引导学生采用类比思维进行思考，联系日常生活中的各种摩擦力现象，如上坡行驶的汽车、二胡的弓部涂松香、机器中的滚动轴承等，让学生运用类比思维分析汽车上坡比平地行驶的难度大、二胡弓部要涂松香、机器安装滚动轴承并涂润滑油等生活现象背后的物理力学原理，尝试从摩擦力的角度进行科学解释。这样，教师通过类比思维的培养，改变了传统的高中物理课堂枯燥无趣的刻板印象，给学生耳目一新的感受。同时，让学生通过日常生活中的物理现象入手，一方面有利于他们快速进入对物理知识的理解与建构，另一方面能够通过类比思维帮助学生找到适合自己的学习方法与思维特点。因此，在高中物理教学中，教师要精准分析学情特点，侧重类比思维的培养，要注重将生活中的现象移到课堂中，利用生动的生活现象加深学生对相关物理知识的兴趣，让物理知识更加简单、更加有趣。

2.采用科学探究模式，提出类比思维的特征

结合日常生活现象及规律，充分挖掘物理课程资源，让学生对教材知识体系、典型物理现象等进行联系思考，运用科学的探究模式分析事物、概念、规律之间的相似性特征，将学生类比思维的培养与基础知识的掌握联系起来。比如在摩擦力教学中，教师先让大家做个互动小游戏：让学生来到墙边，按照指令做动作，演示给大家看：身体挺直站立，背部及双腿紧贴墙面站直。单脚抬起并向前迈步，其他部位保持原来的姿势不动，你能否迈出去脚？不能。创设问题情境：公园里蹦蹦跳跳的孩子，马路上的匆匆行人，操场上跑步锻炼的学生，这一幕幕告诉我们，走路是再平常不过的日常现象。你是否思考过这个问题：为什么人可以走路？教师可以让学生采用类比思维，联系爬坡的汽车、洗碗的钢丝球等分析摩擦力的特点及作用。在此基础上，明确：人之所以能够行走，是因为脚与地面产生了摩擦力，人通过鞋子给地面施加一个向后的力，而地面也给人施加一个向前的力，即作用力与反作用力，这个向前的反作用力构成了摩擦力，正是摩擦力的出现才改变了物体的运动状态。现实生活中，人们穿的登山鞋，就是通过接触面粗糙的鞋底设计，来增大摩擦力，适当减轻人的行走困难。再如，在关于“电场和电场强度”的教学中，为了让学生理解并掌握“电场”的概念，为接下来的电场强度的学习形成基础，教师联系旧的知识，让学生从力学的重力场入手，通过类比思维进入到重力场的学习。同时，由重力势能类比推导得出，电场具有电场势能，进一步强化对库仑力概念的理解与把握。

3.适当引入典型例题，强化类比思维的运用

类比思维在分析与解决问题的过程中运用得最为突出。在高中物理教学中，教师适当引入典型例题，让学生从已知问题与未知问题中寻求两者之间相似性特征，进而通过相似性特征求解，从根本上强化学生对类比思维的运用。比如，类平抛运动的典型问题：质量为1kg的质点，在水平面内沿着x轴的正方向上在几个共点力的一同作用下以一定的速度做着匀速运动，当其到达坐标原点时，突然撤去其沿着y轴正方向的力，这个力为5N，但是保持其它力的方向不变，问质点经过2s的运动到达了何处？这个时候质点的速度应当是多少，方向如何？如果运用类比思维对该问题进行分析，不难发现题目中的质点运动类型与平抛运动中的水平初速度和重力方向垂直的特点基本一致，由此可以推断这里的质点运动类型属于类平抛运动。这样，学生便能够用平抛运动的解题方法来思考这一问题，其答案便迎刃而解。除了运用类比思维审题，还可以运用类比思维解题，如双星问题的解答，根据在天体运动中双星的概念知道，两星质量其中一个为M1，另一个为M2，二者之间的距离为L，求出两个星各自的运转半径以及角速度大小。为了更好地引导学生对这道问题进行解答，教师可以先呈现简单易懂的例题：A、B两名滑冰运动员，他们面对面拉着弹簧秤并做圆周运动进行的滑冰表演，AB两人之间的距离为0.8m，弹簧秤的示数为8.6N，这两人的质量分别为80kg和40kg，需要求解A、B两人在做圆周运动时的线速度、角速度以及半径。这是学生熟悉的圆周运动问题。通过分析，学生很快就可以得出这两人圆周运动的角速度、向心力大小相等，通过此题的对比，学生对此题的理解就变得深入准确，也能很好地結合不同的题目来强化类比思维的培养与创新能力的发展。再如在学习有关负电荷电势能大小的问题时，可根据已知的电势能的计算公式，类比推导出负电荷的电势能计算方法。由此可见，运用类比思维分析物理典型例题，从中找出他们的相似性特征，根据相似性特征探究并得出某一类型的问题的解法及类似问题的推导过程，为物理问题的顺利解决提供线索。

4.充分利用科学史料，丰富类比思维的载体

科学史上的物理学家运用类比思维进行科学攻关并取得重大的科学发现的故事，既丰富了学生关于物理学知识的感性认识，也从情感态度价值观的角度对学生形成激励，使其树立运用类比思维进行科学探究的信心。比如在自由落体运动的教学中，引入伽利略的实验。在丰富的物理学史料的基础上，教师顺势启发学生思考：对比飘零的树叶，还有从天而降的冰雹，你是否也有这样的生活经验：质量较大的冰雹下落的速度，要比质量较小的落叶下落的速度快。由此得出解决，两个质量不等的物体同时由同一高度自由落下，质量大的物体下落速度快。其实，这是一种错误的结论。千百年前的科学家伽利略就用实验证明了这一结论的荒谬性， 你能否运用物理学知识来加以解释。教学实践表明，丰富的物理学史料能够加深学生对物理科学的认识，将学生的人文观念与类比思维融合起来，能够帮助学生联系生活常识经验来发现物理规律，使其借助新旧物理知识和概念的联系来理解并解决类似物理习题。这样一来，高中物理的学习就会变得有趣且容易许多。

结语

类比思维在高中物理教学中运用较为典型，也最为常见。引入类比思维，不仅是物理教学的必然要求，也是学生进行科学探究、培养思维习惯、形成创新能力的必不可少的创新思维模式之一。基于此，探索高中物理教学中的类比思维的运用特点及策略，为学生进行自主、合作、探究式学习提供思维方法与探究模式，是当前高中物理课堂改革的重点之一。因此教师应该培养学生在高中物理学习中的类比思维能力，使学生掌握探究新知、提高素养、发现真理的思维方法，以进一步培养学生的思维能力，提高学生在高中物理学习中的自主探究能力，从根本上提高学生的物理核心素养。

参考文献：

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