物理概念教学中“故事+类比”的应用

张田田 孙茂珠

摘 要：借助故事类比的教学方式提高课堂趣味，有助于培养学生的学习兴趣，发展学生的认知能力，观察能力、知识迁移能力等。通过对具体案例的探讨分析，故事类比法在教学设计使用时应该注意要贴近学生的日常生活，避免出现与学生的日常环境出入较大的故事。同时故事的选取要有针对性，能引导学生基于故事，类比得出相关概念。

关键词：类比法 功率 教学设计

引言

2017版《普通高中物理课程标准》（以下统称“新课标”）指出：教学要遵循教育教学规律和学生的身心发展规律，贴近学生的思想、学习、生活实际，充分反映学生的成长需要，促进每个学生主动地、生动活泼地发展。

类比法是物理上常见的一种方法，其基本思想为：异中求同，同中察异。利用不同研究对象之间的相同点，由已知事物得出未知事物。在教学过程中合理地采用类比进行教学，有助于培养学生采用科学思维解决问题的能力。

功率是学生在高一阶段必须掌握的内容之一，但该内容需区分概念较多，学生在辨析相近概念时产生认知上的困难，理解概念出现偏差。加之功率这个概念虽来源于实际的生产生活，但在教学过程中部分物理教师仍忽略该部分知识与生活实际的联系。这不符合学生身心发展規律，不利于学生学科素养的全面提升。

本文以《功率》为例，探讨教师应如何对与生活紧密联系的知识采用类比，引导学生掌握相关知识，提升学科核心素养。

一、教学分析

1.新旧教材分析及课标要求

2010人教版教材中“功率”单独成节，紧跟“功”这部分内容，设置在必修2第七章机械能守恒定律板块的第3节。2017人教版教材中，“功率”这部分内容并未单独成节，而是和“功”合并，“功”在前“功率”在后，设置在必修2第八章机械能守恒定律板块的第1节。两版课标均要求学生了解生产生活中常见机械功率的大小及其实际意义的基础。

2.教学任务分析

基于上述分析，笔者进行如下教学任务分析

二、基于类比法的教学过程

1.联系生活实际 提出问题

教师：通过学习我们知道判断一个物体是否做功需从两个方面入手。现有一个例子，请同学们判断是否做功。

情景创设：A同学需将两箱牛奶从一楼拿回五楼。第一次耗时3分钟将一箱牛奶从一楼搬至五楼。第二次耗时2分钟从一楼拿回牛奶。为增强学生的代入感，可将A同学随意替换成教师授课班级某位学生的姓名。

问题1：A同学两次拿牛奶的过程是否做功？

问题2：假设A同学在两次取牛奶的过程中对物体施加的力相同，那么两次取牛奶时做功是否相同？

问题3：两次取牛奶过程中，那个物理量相同？那个物理量又是不相同的？

学生独立思考1分钟并做出判断。

教师基于学生回答给出准确解析。

解析1：A同学对物体施加了力，且在力的方向上发生了位移。因此，在这两次取牛奶的过程中做了功。

解析2：根据假设我们得知：两次取牛奶的过程中A同学对物体施加的力F相同，两次取牛奶的过程中位移X相同。根据功的定义式，两次做功相同，均为W=FX。

教师：A同学做相同的功，但花费的时间不同。可见做功有快慢之分。这就需一个新的物理量来表征物体做功的快慢。

设计意图：功率这节课贴近生活实际，采用生活中常见的例子进行新课的引入，引导学生通过分析生活实例，建立初步的表象认知，并为学生更深层次的认知打下基础。再者，生活实例引入新知，明确做功快慢的具有实际意义，使教学“从生活走向物理，从物理走向生活”。此外，从生活实例出发，可以更好地引导学生去观察周围的环境，也更容易培养学生根据生活现象提出问题并解决的能力。

2.巧用类比 理解概念

故事一：A同学下楼取牛奶，第一次用时3分钟;第二次用时2分钟，问A同学取牛奶时两次的做功快慢？故事二：A同学下楼取牛奶，第一次回到了五楼家里，用时3分钟;第二次走错楼层到了六楼，但也用时3分钟，问A同学取牛奶时两次的做功快慢？故事三：A同学取牛奶，第一次回到了五楼家里，用时3分钟;第二次较第一次多取回一箱牛奶，用时5分钟，问A同学取牛奶时两次的做功快慢？

学生分小组讨论1分钟并回答教师提出的问题。

教师基于学生讨论结果给出详细解析。

教师解析：若做功相同，所用时间较长者，做功较慢。若时间相同，做功较多者，做功较快。若时间不同，做功不同，则无法直接进行比较。但经过分析发现，可类比路程、时间均不同时判断速率的方式比较做功和时间均不同时的功率。

设计意图：《教育心理学》中指出，“迁移是一种学习对另一种学习的影响，已经获得的知识、技能、甚至方法和态度会对新知识、新技能产生影响”。教师先通过讲故事的方式提高学生的学习兴趣，再引导学生通过类比迁移的方式将所学经验运用到与原来相似的学习情景中，实现知识的迁移。帮助学生理解而言相抽象的概念，加速学生的认知，同时也为以后相似知识的学习打下基础。

3.创设情景 辨析概念

教师：时间的神奇之处在于它的时间点和时间段，我们将对应时间段的速率称为平均速率，又将对应时间点的速率称为瞬时速率，那对应时间点和时间段的功率是否也有瞬时功率和平均功率之分？

学生已掌握的平均速率、瞬时速率，通过小组讨论分析类比得出平均功率，瞬时功率。

如图3所示。

故事情景创设：周五上完最后一节课后，同学们开心地背着书包，坐上回家的大巴车（车子正常工作是因为牵引力的作用）。A、B两位同学坐同一辆车准备回家。车子从学校缓慢行驶一刻钟到A同学回家的路口，车停了下来，A同学下了车（假设A同学下车所用时间非常短暂，可看作时刻）。司机重新发动车辆，加速行驶一刻钟至 B同学回家的路口。

问题1：根据已有知识判断故事中的平均功率和瞬时功率，并说明为什么？

学生独立思考并集中讨论。

教师基于学生的回答给出评判。

设计意图：《大教学论》指出，“知识的开端永远必须来自感官，所以智慧的开端当然不仅仅在于学习事物的名目，而在于真正知觉事物的本身！要到事物被感官器官体会到了的时候，文字才能实现它的功用，给他进一步解释”[2]。教师通过类比迁移，帮学生建立起相关知识结构，给予学生一定的理性认识，再通过生活常见实例，帮学生建立良好的感性认识，以加深学生的理性认知。实现认识的良好循环。其二，笔者在教育实习期间，授课班级的学生大多数为住校生，他们在周五放假后会乘坐停在校门口的大巴回家，教学中创设的情景贴近学生的日常生活，有助于学生投入教师创设的情景，更有助于学生理解教师创设情景中提到的一些教学点。

4.搭建类比桥梁 突破“额定 ”

活动1：观察图片

教师：向学生展示 “220V 60W”和“220V 15W” 的兩张白炽灯铭牌，学生先观察两张白炽灯铭牌并说出铭牌上数字的含义。

活动2：类比迁移

教师：向学生展示“60KW ”和“75KW”和两张电动车的铭牌，请学生通过比较白炽灯铭牌说出电动车铭牌上数字的含义。

学生根据已经掌握的额定电压和额定电功率的概念，通过小组讨论PPT内容，如表1所示，给出额定功率的概念。

教师：对已有公式 进行变形，得出新的公式P=F。并结合学生日常生活，加深对新公式的理解和掌握。

故事情景来自春耕时拖拉机犁地片段：故事一：在松软土地上犁地的拖拉机若要保持同样的速度犁土质较硬的土地，则需要挂挡增大输出功率。故事二：在不换挡增大输出功率的情况下，若犁地深度变深，犁地的速度会变慢。

学生根据所学内容对两个故事进行分析，加深对公式的理解。

设计意图：学生在学习必修2“功率”之前，已通过初中阶段学习，建立起“额定”的知识结构。教学从学生已有的认知出发，通过知识的类比迁移，更易促使学生掌握新的概念。再者，物理是一门应用类的学科，引导学生关心、了解生活常见事物的理论依据，将物理知识应用到生活实际，使学生有学以致用的意识，以便培养学生的科学态度和责任。

结语

在教学中恰当使用浅显易懂、风趣幽默、贴合学生生活实际的故事，不仅营造了良好的课堂氛围，增加了物理课堂的趣味性，同时也激起学生学习物理的积极性。类比法在概念教学中合理地应用不仅可以降低学生学习的困难，而且可以培养学生利用科学思维解决问题的能力。故事和类比在课堂教学中的相互交融，则可引导学生将所学知识运用到生活实际中，真正做到“教学不仅要使学生学会知识，而且要使学生会学知识”。