突破初中物理类比教学直觉局限性初探

明梦

【摘要】类比法是初中物理教学中常见的一种解题方法，该方法对提升学生学习思维及解题水平作用显著.但初中生到自身认知水平和经验缺陷的干扰，往往会将直觉思维与类比思维相混淆，凭空主观臆断解题，往往出现缺乏科学依据的直觉类比推断.长期以往，不仅将不利于学生们理解物理概念及场景应用，也必将会对学生物理思维品质造成不利影响.因此，有必要针对初中物理类比方法教学，结合实际案例，帮助同学们填补他们的直觉局限性缺陷.

【关键词】初中物理;直觉类比;解题思路

类比法，顾名思义是一种比较类推的方法，是根据一类事物的属性类比推断出另一类相近事物的属性.就初中物理教学目的而言，类比法可以帮助学生们将物理与日常生活实际相联系，增强教学的可视性和直观性.但初中生们正值身心发育的成长阶段，类比往往容易被学生们误解为猜测、臆想，长期以往会导致学生们形成求解物理问题的直觉思维.

本文从初中物理日常教学角度出发，归纳了常见的类比与直觉差异性案例，系统性分析并提出了突破物理教学直觉局限性的方法.

1 形式类比，概念导入

形式类比，指的是根据新旧两类事物形式属性的类似性进行比较分析，进而推断出这两类事物在其他方面的类似属性，继而形式类比出两类事物的发展规律及关联性质.直觉类比指的是学生们在缺乏对问题逻辑分析的情况下，依据内心主观想法所进行的判断及猜想，直觉类比往往是缺乏科学客观依据的类比方式.要想有效帮助学生们避免直觉类比的思维方式，形式类比是一类较好的做法.[1]

特别是在初中物理概念的教学导入中，形式类比往往能够较好的将学生们从某一知识点类比转移至另一知识点，通过物理教学概念的类比导入，实现物理概念的融会贯通.

例如 在“密度”的物理概念教学中，教师向学生们提问：“1kg的棉花和1kg的铁块，请问哪一个重量大啊？”学生们很容易联想到这个脑筋急转弯的答案，那就是“1kg的棉花和1kg的铁块一样重”.为什么在明确答案之前，很多学生还是会掉入这个物理陷阱呢？这就是学生们直觉类比的局限性.抛开提问中给出的棉花与铁的重量，在学生们的直觉概念中，铁往往都是比棉花重的.或者我们换一个角度来考虑，同样1kg铁块和1kg棉花摆在学生目前，面对体积上的差异性，学生们必然也难以给出准确的结论.至此，我们可以顺利的导入物理概念“密度”，即密度是对特定体积内的质量的度量，其计算原理为质量与体积的比值.此时，继续向学生们提问“铁块和棉花的密度谁大？”学生们必然会对之前的直觉类比产生抵抗，正确地认识到密度这一物理概念.

同样的，在比热容概念的教学上，可以采用密度概念的形式类比.密度的定义是“单位体积某种物体的质量”，比热容的概念则是“单位质量的某种物体，温度上升1℃所吸收的热量”.此时，教师不妨继续提问：一杯水和一桶水的密度是否相同？一杯水和一桶水的比热容是否相同？答案必然是肯定的，密度和比热容分别是度量物体质量本领和吸热本领的物理概念，其数值往往是固定的，只与物质自身属性有关.从物理概念的直觉局限性角度，为什么学生们会误以为一杯水和一桶水的比热容不一样？在日常生活中，加热少量的水相较较热大量的水必然更为容易.于是乎就给同学们造成少量水更容易加热的假象.究其原因，依然是比热容所导致，不同质量的水其比热容一致，但导致其加热难易程度发生变化的原因就在于质量的差异性.

经过往复循环、正反类比等多样化手段，同学们最终对物理概念的认识达到新的高度.

2 实验类比，概念纠正

实验是初中物理教学必不可少的环节之一，通过物理实验类比的展示，可以在提升学生们动手能力的同时，更为直观地揭示物理原理，帮助学生们纠正不正确的概念.

首先，在学生们系统学习物理概念之前，学生的物理思维来源于生活经验的积累，是经过长期生产生活总结所产生的既定印象和理解，此类生活理解往往是学生们认识物理的阻碍.

其次，学生们在依靠日常生活经验所获取的物理概念往往是不全面的，是肤浅的游走在物理学科表面上的知识，亟需有效的类比手段，将生活经验与物理实验有效结合.

例如 学生们熟知的拔河比赛，这是学生们均有参与的体育活动.从长期的生活经验看来，拔河比赛的胜负取决于双方选手的力量大小，这是学生们深信不疑的概念.[2]对此，教师可以利用物理实验演示的方式，真实还原拔河过程，帮助学生们克服既有概念的干扰.

如甲图所示，提前制作两个体积相同的铁块和木块，中间通过弹簧相連接，并置于一水平木板实验台上.此时，在木块A上施加一个向左的拉力;同时，在铁块B上施加一个向右的拉力.此时，同时松开施加于木块A和铁块B上的力，如乙图所示，可以发现木块A以速度v向铁块B靠近，而铁块相对处于静止.

进一步分析该现象发生的原因，通过对木块A和铁块B的受力分析可知，木块A受到拉力F1及摩擦力、铁块受到拉力F2及摩擦力.铁块处于静止状态，及时受力平衡，此时的拉力F2与摩擦力相等.对于木块A，其向右侧运动则是因为自身受到的拉力F1大于摩擦力，则向右侧移动.从木块A、铁块B及弹簧构成的结构体来看，两者受到的拉力属于作用力与反作用力类型，大小一致.通过上述分析可知，将拔河双方类比成木块A和铁块B，可知在拔河过程中AB双方的相互作用力是一致的，则可判断AB双方力气大小不是决定拔河比赛输赢的唯一要素.

3 本质类比，公式推理

前文提到了物理概念中“密度”和“比热容”，通过直白的文字描述揭示了质量与体积、热量与温度的关系.但仅仅依靠文字描述是难以定性的表示物理学本质关系的，对此必须通过公式推理论证，科学客观的揭示本质物理关系，这也是物理教学由生活常识向学科概念转变的途径.

古语云“风马牛不相及”，这就强调我们在本质类比的过程中，必须遵循事物发展的客观规律，本质类比的前提就是具备“可比性”.[3]

例如 对于物体的密度而言，其定义是“单位体积某种物体的质量”.密度表示为ρ，质量表示为m，体积表示为v，则可得到密度的计算公式为ρ=mv.通过本质类比的方式，比热容的概念为“单位质量的某种物体，温度上升1℃所吸收的热量”.其中，比热容表示为C，质量为m，假设质量为m的物体，温度由初始温度t0变换为物体的末温t，在此过程中变化的热量为Q.进一步采用本质类比的方式，根据比热容的概念“单位质量的某种物体，温度上升1℃所吸收的热量”.根据本质类比的方式，单位體积某种物体的质量则是密度，则可以得到比热容的计算公式为C=Qm（t-t0）.

此时，进一步从物理概念本质角度考虑，从速度计算公式的表示形式上入手，v=st，对应可知：速度是由距离s及时间t所决定，相同的时间内，运动的距离越大则速度越大.此时，学生们从密度概念入手，密度的计算公式为ρ=mv，那就是体积不变时，质量越大密度越大.这样的理解必然是有问题的，从物理概念角度出发，速度表示物体运动状态、密度则是物体自身的特征属性，这两者不可相提并论.

在物理类比教学的过程中，必须明确两个类比事物的本质属性，必须具备可比性，进而才可开展类比思维的教学实践.

4 解题类比，审题立意

对于学生们而言，学习物理知识不光光是为了提升自身学科素养，更重要的是解决实际问题的能力.在现阶段的初中物理教学中，解题训练依然是学生们的主要日常.

作为物理教师，帮助学生们克服“想当然思想”，也是日常物理教学的重要工作.尤其是在实际解题环节，分数的高低在一定程度上是能够反映同学们的解题能力的.[4]

解题类比是一种高效的解题方法，是传输类比思维的高效手段之一.但在运用类比思想的同时，必须首先明确出题人的审题立意，切忌盲目套用旧知识、旧公式.

例如 在一次例题训练中，例题给出的题设是：已知有一列长度为100m的列车，在速度55km/h的运动状态下，匀速行驶经过长度为1km的隧道，请问该列车通过隧道需要的时间为多少？学生们拿到此题后，不约而同的想到了速度的计算公式：v=st，进而类比推导出运行时间的计算公式：t=sv.于是直接将隧道长度1km（换算成1000m）、列车速度55km/h（换算成15.3m/s）盲目地带入类比推到得到的计算公式，进而错误的得到了列车通过该隧道所需要的时间为65.4s.

通过解题过程可以看出，学生们盲目的将计算公式带入求解，却忽略了题目真实的审题立意.错解出现的原因就是学生们的“想当然思维”，不经过科学分析，就利用直觉性思维默认行驶长度为隧道长度，从而得到错解.实则题设中所问的是列车通过隧道的时间，通过模拟分析车辆的行驶过程及行驶轨迹，欲求列车通过隧道的时间，这就涉及到列车从初始进入隧道，到完全驶离隧道的情况，故真正的行驶距离应该还包含车辆自身的长度100m.因此，最终的计算结果应该是t=sv=1000+10015.3s，即是71.9s.至此，学生们看清了本题在解题类比上的陷阱，题设所求的通过时间应是车辆从驶入到完全驶离的时间.

在实际求解的过程中，解题类比思想的应用，必须是建立在同等审题立意的前提下，否则盲目类比必然会导致求解结果的错误.

总之，类比法是初中物理教学的有效方法之一，可以帮助学生们有效地举一反三，提升中学物理知识逻辑体系.但值得注意的是，类比不是人为主观的直觉判断，而应该是一种科学合理的计算推断过程.因此，无论是在日常的物理知识点教学过程中，还是在物理解题训练的过程中，都应该遵循实事求是的原则，引导学生们客观理性的认识问题，促进学生思维全面健康发展.同时，还可以结合实际案例分析，帮助学生们认识类比方法应用过程中的直觉性局限，从而加深对物理学科的认识理解.

参考文献：

[1]王增武.浅谈如何突破初中物理的教学难点[J].中学物理（初中版），2017，（5）.15-17.

[2]王涛.巧用类比，突破初中物理教学难点[J].中学课程辅导（教师通讯），2020，（2）.55.

[3]黄少鹏.突破初中物理教学难点的创新策略研究[J].成才之路.2019，（17）.52-53.

[4]王欢，王较过，石蕊.类比法在初中物理电学教学中的应用[J].中学物理（初中版），2015，（10）.24-25.