比较法在物理概念教学中的作用及案例分析

李思静 郑卫峰

摘   要：物理概念教学是物理教学的基础，目的是使学生掌握事物的物理属性或物理现象的本质特征。面对多且杂的物理概念，教师灵活地采用比较法帮助学生辨析概念，针对概念侧重点不同，渗透类比法或对比法突出概念间的共通之处或本质差异，在教学中帮助学生构建框架，能够促进学生深入理解，建立体系。

关键词：类比法;对比法;物理概念教学

引言

《2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲》提出高考评价体系由“一核四层四翼”组成，其中“四翼”为考查要求，体现：基础性、综合性、应用性、创新性。扎实牢靠的基础性知识为后续的学习和学生终身发展打下牢固的基础[ 1 ]。物理概念是某类物理现象和物理过程的共同性质和本质特性在人们头脑中的反映[ 2 ]。对物理概念的掌握是学生形成物理学科知识体系的基础，但由于物理概念是对物理现象、物理过程抽象化和概括化的思维形式，在教学过程中，应尽量避免灌输式教育导致的死记硬背、对概念的掌握始终停留在表层、不能学以致用等现象。

“比较”是人们认识事物常用的一种思维方法，比较法也是常见的物理教学方法之一[ 3 ]。比较法是把有某些联系的两种或两种以上的事物加以对照，确定它们之间的异同及其相互关系，形成对事物认识的方法。比较法又可细分为类比法和对比法。类比是通过突出事物间的一致性进行比较[ 4 ]。在物理概念的教学过程中，采用类比法突出相似的物理概念中所蕴含的共通点，促进学生对物理各个模块中的大量相似概念进行归纳，有助于其举一反三。对比法则是通过比较，突出事物间的不同点，针对一些定义上相似但却存在本质差异的物理概念，通过对比找出概念间的本质差别，理解差别形成的原因，有助于学生知其然更知其所以然。中学生面对大量的物理概念，教师应该根据概念本身的侧重点来选择教学方法。本文就通过举例说明针对不同概念运用类比法或对比法在概念教学中的具体应用。

1  类比同类型物理概念归纳共通之处

同类型物理概念指这些物理概念在某一个方面可以归为一类，或物理量的定义形式一致，或物理量本身性质一致等等，根据它们的一致性可以将其归在一起进行类比，将看似毫不相干的物理概念通过共通之处联系起来，从而实现讲解一个物理概念相当于讲了若干类似概念，呈现给学生较为全面的讲解，同时也为学生减轻了学习繁杂物理概念的负担。

1.1  类比同形式概念学会举一反三

在中学物理中的概念就有上百个，对于初学者来说，他们每接受一个新的物理概念，至少要记住以下四点：物理量的字母表示、计算公式、物理单位、物理含义。物理概念的教学是回答“是什么”的问题，其最大的特点是抽象，但这对于中学生而言，会因略显枯燥、不易理解，即使是同形式的概念也容易将概念孤立理解。因此针对相同定义形式的物理概念采用类比法，剖析抽离概念间的共通之处，将独立的概念用共通点串联起来，就会达到事半功倍的效果。概念教学中采用类比法可以加深学习者对概念之间蕴含的共通之处的理解，以后碰到类似的概念时，能够主动地运用类比得到结论。

表1中所举7个常见的中学物理量的定义形式均为：单位某物理量（如：时间、体积、面积等）内的某物理量（相应的如：位移、质量、力等），公式均为：括号后的物理量除以括号前的物理量，即为物理量的定义式。初二学生在学习了第一章长度、时间的测量后，再在教师地引导下，理解速度的定义为单位时间内物体通过的路程，即速度等于路程除以时间，单位为米每秒，物理含义是描述物体运动的快慢。那么在质量与密度这一章节里，学习了质量、体积后，采用类比法类比速度的学习，掌握密度的概念就相对轻松且记忆深刻了。并且多学几个同形式概念后，再次遇到时就会不假思索地跳出速度的概念，立马联想到后面公式，单位，物理含义等一系列内容的来龙去脉，从而达到举一反三的效果。

1.2  类比同性质概念建立联系

同性质物理概念指物理概念间具有某些相同的性质。性质即事物的特性，是本身所具有的、区别于其他事物的特征。在教学同性质物理概念时采用类比法，将之归为一类，从而建立起物理概念之间的联系。

例如，重力势能与电势能就具有以下相同的性质①保守性：做功与路径无关。②相对性：势能的大小与零势能点的选取有关。③系统性：势能是属于物体与场共有的。重力对于学生来说相对熟悉，重力势能较之于电势能相对容易理解[ 5 ]。抓住重力势能与电势能的共通之处，采用类比法，通过必修2中的旧知（重力势能）来学习选修3-1中的新知（电势能），这样首先能降低教、学难度，其次学生不会再将力学和电学孤立理解，从而形成对物理这门自然学科的宏观视角。

具有同性质的物理概念还有很多，例如：机械能与内能、密度与比热容、电场强度与磁场强度、机械功率与电功率等等。学生从必修到选修的学习应该是层层递进的，对力、热、声、电、磁的各个分支应综合地看待。教师在教学时，针对同性质的概念，通过类比建立联系，不断地从新知回到旧知，再从旧知升华到新知，那么对学生来说会更容易理解并掌握。

2  对比孪生物理概念突出本质差异

孪生物理概念指这些物理概念来自同一个源头，名称上类似但存在本质差异。就像孪生兄弟，同父同母，一胞所生，但为两个独立的个体。孪生概念的文字定义相似度极高，导致学生容易混淆，比如：标量与矢量。但既为两个概念，其定义中必存在不同的词语，而这词语往往是相对的概念。如果教师采用对比法教学，把相对的事物或同一事物的不同方面放在一起，加以比較突出差异性，凸显本质差异，可以提高对问题理解的精度，利于辨析概念，把握其本质，增强知识的可用性。

2.1  对比孪生概念把握本质差异

由于孪生概念相似度极高，学生学习的最大障碍是将其混淆，如果教师通过对比凸显差异，有助于学生把握概念的本质，从而区别开来。教学时可先从共同的来源出发，根据具体划分标准一分为二，再了解它们之间的连接点，清晰地呈现给学生这两个概念的建立过程。这样采用对比法给出这类概念的核心、关联及区别学生就不易将其混淆，并在此过程中掌握了建立概念框架的方法。

以标量与矢量的对比为例：标量与矢量的概念看似简单，几个字就可以定义清楚。但是，在实际教学中，学生往往是死记硬背地记住哪些物理量是矢量，哪些物理量是标量。显然这种方法既不可靠又只知其然不知其所以然，并且遇到新的物理量时无法自己做出判断。授之以鱼不如授之以渔。针对这样的概念，教师采用对比法，突出本质差异，使学生了解定义背后的原因，掌握判断的方法。

标量遵循的是一般的代数法则，矢量遵循的是平行四边形法则，此为二者本质的差异。由于矢量是有方向的，所以加减不是能直接将数值按代数加减，而应该按照平行四边形法则运算。例如向东3 N的力和向北4 N的力合成为5 N的力。而向东行走了3 m接着向北行走了4 m，虽然行走方向同样不在一条直线上，但走过的总路程实实在在是二者数值的直接相加，路程为7 m，即为标量。在判断时间是矢量还是标量时，有同学会想，有过去的时间也有未来的时间，为什么说时间也是标量呢？运用对比法，得到标量与矢量的本质差异为运算方式不同，将此运用到判断时间是标量还是矢量上，就容易想到时间只能是数值上的代数运算，即时间为标量。再比如温度，虽然有+5℃，-5℃，但温度与温度之间的运算就是一般的代数运算，即温度为标量。而力的相加减只有在同一直线上的时候等同于一般的代数运算，当两个力成一定的夹角时，明显二力的作用效果是不等同按代数运算直接加减的，即力为矢量。

2.2  对比相同属性概念知其所以然

相同属性概念即概念间存在一些相同的属性，教学时需要把握其中存在的不同点，而这也是学生需要掌握的重点，对比突出差异才能由差异反思实质。如表2所示，声音和光都属于波，都能在空气中传播。但声音在固体、液体和气体中的传播速度依次递减，而光在其中的传播速度正好相反。这是由对比突出二者的相反面，接着引导学生从“是什么”深入到本质，去思考“为什么”，原因就是声音的传播需要介质，而光在真空中的传播速度最快，而固、液、气的分子间距从小到大。

再比如，学习声音的三要素之音调时，会结合生活提到水瓶琴的应用，敲击水柱低的音调高。但当学生做题时遇到往水瓶里注水时，为什么又是随着水的增多音调增高呢？同样由对比突出了相反面，究其本质：振动发声，振动的频率决定音调的高低。水瓶琴发声是因为我们敲击玻璃瓶带动里面的水柱振动，而往水瓶里面注水发出声音的主要原因是水瓶里的空气柱振动，当水越多，空气柱运动的空间越小，频率也就越快，音调越高。

3  小结

在概念教学中，我们应该根据物理概念的侧重点来选择是采用类比法归纳共通之处，还是采用对比法突出本质差异。贯穿类比法和对比法讲解相关知识，不仅使前后知识连贯，达到巩固旧知，更好的理解新知的教学目的，促进学生对物理概念的整体把握，而且从简单的物理概念教学回答“是什么”过渡到“为什么”，对比概念间的本质差异，在概念教学中尽量让学生知其然更知其所以然。

参考文献：

[1]林跃明.用“一核四层四翼”引领高三政治深度教学[J].中学政治教学参考，2018（15）：48-50.

[2]王高.用思维变革物理教育[J].物理教师，2020，41（3）：10-13.

[3]刘国华.比较法在物理概念教学中的应用[J].湖南中學物理，2010（1）：24-25.

[4]颜巧莹.比较法在高中物理教学中的应用[J].中国校外教育（理论），2007（3）：87.

[5]王治国.用类比演绎概念 用直观化解抽象——关于“电势能和电势”的教学设计[J].物理教学探讨，2019，37（4）：28-31，36.