初中物理教学中应用类比思想创设教学情境

闫军魁 杨文睿

【摘要】《义务教育物理课程标准（2022版）》在教学建议中提出，倡导情境化教学，有目的地创设生动具体的情境帮助学生建立物理观念.物理学的研究对象之间存在着许多相似的物理规律，抓住特征，在教学中应用类比思想创设恰当的教学情境，可以使抽象的东西形象化，深奥的物理知识浅显化.在作业设计中应用类比创设情境，可以帮助学生有效地解决问题，把学生从题海战术中解放出来.蕴含类比思想的具体情境使学生学会科学推理论证，在潜移默化中提高物理核心素养.

【关键词】类比思想；教学情境；初中物理

在教学过程中实践情境化教学，教师就要为呈现学习信息、设计探究问题、达成测评目标等提供具体的载体.有目的地引入或创设形象具体的场景或环境，激发学生的学习兴趣，帮助学生理解所学内容. 物理学作为自然科学的一门基础学科，研究对象涉及物质、运动及其相互作用、能量等方面内容，这些内容大多源于我们的生活且与社会紧密联系，虽是不同的课程内容主题，但他们之间有着许多相同或相似的特征.他们遵守相同或相似的物理规律，若能抓住研究对象的特征，应用类比思想创设合理的教学情境，进行从特殊到特殊或一般到一般的科学推理，根据两个研究对象在某些方面相同或相似，从而得到他们在其他方面也可能相同或相似，可以把陌生的东西熟悉化，未知的东西已知化，微观的东西宏观化.

开普勒曾说过：“我珍视类比胜过任何东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然界的秘密”，我们面对的初中学生以形象思维为主，抽象思维有待发掘，物理理论往往是对实验、研究对象经过升华、迁移、抽象而形成的，学生总感到物理理论抽象，难以理解，创设类比情境可以启发思路，提供线索，以旧带新，可以达到学生深刻理解物理概念和物理规律，学会一定的科学研究方法，养成科学思维的习惯.有效落实物理课程的育人功能.

1 类比思想在物理学史的经典应用

在科学研究中，经常使用的方法有观察法、等效替代法、控制变量法、逻辑推理法等.逻辑推理法中常见的有分析、归纳、类比、演绎、综合等.类比推理是根据两个或两类对象在其中的一些性质上相同，从而推断出事物的其它一些性质也相同的逻辑思维方法.

物理学中类比推理的应用非常多，现将经典的应用罗列一二.

（1）亚里士多德认为物体越重下落得越快，伽利略利用类比推理：用质量不同的两个物体从同一高度落下，按照亚里士多德得结论，应当是质量大的物体先着地，但是实验结果是两物体同时落地经典的比萨斜塔实验直接推翻亚里士多德的观点，再经过深入的研究得出了自由落体定律.

（2）阿基米德洗澡时，发现水缸内水面升高并溢出.在这个情境的启发下他很快类比推理，自己就是那顶王冠，茅塞顿开很快就有了鉴别王冠是否为纯金的方法，经过努力最终发现了力定律.

2 类比性的情境在物理教学中的作用

在平时的教学中，在物理概念建立的时候注意前后知识的联系，在新旧知识的类比中容易理解，开拓思维，激发兴趣.还进行了科学方法、科学思维、科学探究的渗透.学生在以后的物理量、物理现象思维中应用类比，可成功解决问题.随着物理学习的深入，学生掌握的物理知识越来越多，可以将各个知识点接点织网，包括横向的拓展，和纵向的深入.将知识内化成学生的能力，在这个量变到质变，积累到飞跃的过程中将类比思维贯穿其中.

3 类比思想创设的物理教学情境

3.1 教學方法中的类比情境

《义务教育物理课程标准（2022版）》中在课程目标中指出：要能将物理知识与实际情境联系起来，能从物理学视角观察周围事物，要具有初步的推理能力，能合理解释有关现象.物理学习中若能抓住研究问题的特征，通过类比在不同的领域或不同的内容上使用同一种方法，则可以达到加深理解物理方法的目的，笔者将教学方法中的类比方法整理出以下三类：

3.1.1 用宏观现象类比微观知识

物理学研究物质内部的基本组成及其特征，涉及到的微观知识很多，这些看不见、摸不着的事物，要让学生理解确非易事，在教学中应用类比思想，创设学习情境可使知识变得宏观、形象.比如：固态、液态、气态的微观模型中，应用上课、课间、体育课上不同时间的学生分布特征类比三态中分子的排布特征，把分子间相互作用与弹簧连着的小球做类比，用摆火柴类比原子核的裂变，用水流的形成及大小类比电流的形成与大小，磁场概念的建立等都应用到了类比，使抽象微观的知识浅显易懂，符合学生的认知规律.

3.1.2 用比值法类比物理概念的建立

物理学中众多物理概念的建立都要应用到比值法，最常见的“速度”概念的建立，因为比较运动快慢的方法与运动的路程和时间都有关系，所以比较速度的大小，通常要保持一个量不变，比较另一个量，而当两个量都不同时，就需要比较单位时间内通过的路程，即比值法的应用.在“速度”教学之后的密度、压强、热值、比热容、功率等物理量中均采用了比值法.在教学中用一个量类比另一个量创设学习情境，很快能突破物理量建立的难关.

3.1.3 不同知识领域相似特征的类比

物理学研究的知识领域宽广，不同知识板块的独立性较强，而这些不同知识间存在着相同或相似的物理规律，将这些物理知识做出类比有助于知识的理解.比如：力学中“功”的含义与电学中“功”的含义的类比，热机效率与机械效率的类比，电荷间相互作用的规律与磁极间相互作用规律的类比.这些情境的创设均利于物理概念的建立和物理规律的理解.

3.2 教学内容中的类比情境

物理学研究的某一对象从不同角度看有不同的特征，类比思想的应用与物理教学的关键就是引导学生根据所研究问题的性质来恰当地选取两个对象的对应特征，现将笔者在物理教学中应用类比思想创设教学情境做以下举例：

（1）在研究导体的电阻大小与自身材料、长度、横截面积的关系时，许多学生总认为在材料、长度一定时横截面积越大，电阻越大，这是因为学生受长度越大，电阻越大的思维定势造成的，笔者在这里把横截面积的大小类比为公路的宽窄，把通过的电流类比为公路上行走的一定数量的人群，路越宽，人行走得越容易，阻力越小，就相当于导体横截面积越大，电流路径越宽广，电阻就越小.

（2）在“力臂”概念的教学中，历来都是一个难点，笔者根据学生已有的生活经验，将力的作用线类比理解为一条公路，支点类比为公路外的一点上站立的人，把力臂类比理解为人到公路上的最短距离，实践证明，做这样的类比，使学生在较为复杂形变的杠杆中也能够准确的作出力臂.

（3）在“电磁感应”教学中，许多学生对导体是否做切割磁感线运动无法断定，是因为磁感线实际是不存在的，假想出的曲线，又因学生的空间想象能力较差，在进行这部分教学时，笔者结合本地学生的生活经历，把不存在的磁感线与自然下垂的手工挂面类比，处于磁场中的导体相当于锋利的刀片，导体在磁场中的运动相当于刀片在手工挂面中运动，只要刀片能切断手工挂面，导体就在做切割磁感线运动，否则，就不能认为做切割磁感线运动，将抽象的物理知识融于形象的生活事物中，学生在创设的生活情境中尽快理解“切割磁感线运动”.

3.3 物理演示实验中的类比情境

例如 在“声波”这一物理概念教学中，学生对直观性不强的这些现象总是不易理解.教材中是这样来描述的：“当音叉在空气中振动时，是通过音叉的振动使空气形成疏密相间的波动，声音就是借助于这种波动向四周传播.当这种波动传入人耳中，能使鼓膜振动，引起声音的感觉.”但是声波看不见摸不到，所以学生学到这里经常雾里看花.将声波和水波去类比，水波直观性是很强的，将小石块扔在平静的水中，从进水点开始形成一圈又一圈的水波向四周围传播出去；振动的音叉在平静的水面中央插入也一样，如果远处的水面上漂一小物块，会看到小物块跟着水波上下振动，创设这样的教学情境增加了直观性，学生能观查到，便于理解物理事实，加深了学生对声音传播的理解.如果深入观察到水波荡漾的水面上，小物块没有跟着水波在水平方向上前进，而是保持在原来位置上下振动.通过进一步的类比，让学生理解在声波传播中，传播的只有能量，而传播的介质不会跟上声波一起传播.把抽象的声波类比为直观的水波，达到事半功倍的效果！

3.4 教学习题中的类比情境

物理习题是把物理知识内化为学生能力的重要途径，是物理方法和知识应用的过程，是知识迁移应用的体现.把类比思想应用于物理解题，根据物理原型的特征，通过分析问题的特征，许多形式不同的物理习题具有相同的或相似的特征，合理利用类比，学生会有拨云见日之感，把学生从题海战术中解放出来.

例如 在惯性现象的教学中，有一类习题起初学生经常出錯：行驶的火车上，一乘客将自己手中的苹果竖直向上抛出，问：苹果落下时，落在了乘客的前方或后方，还是落在乘客的手里？学生往往根据乘客随火车在水平方向上继续前进，苹果在竖直方向运动，回答出苹果落在了乘客的后方，笔者在解决这类问题时，会利用如下生活现象：地球在不停地自西向东运动，站在地球上的人也随地球的自转一起向前运动，如果突然向上跳起，落下时，落在了起跳时的前方、后方还是原地，学生会很容易的回答落在原地，进而把地球与火车类比，人与苹果类比很容易得出向上抛出的苹果落在了乘客的手中.

3.5 物理中考复习时的类比情境

中考物理试卷中知识点覆盖率较高.知识涉及面很广，基本概念，规律更是体现在不同的教学内容中，这就要求我们在平时的教学过程中，要对每个部分中的知识，按知识结构分类，整理.此时我们如果运用类比的方法进行复习，这样可以节约复习时间，大大提高复习效率.

例如 在复习速度这一知识点时，就可以把研究得到的这一物理概念的思想方法类比迁移到密度、压强、比热容、功率等概念的地理解中.再比如从影响液体蒸发快慢的因素、影响电阻大小的因素、影响液体内部压强大小的因素、影响滑动摩擦力大小的因素、影响力大小的因素等蕴含控制变量法的科学探究过程进行类比，让学生准确掌握这些概念和探究过程中的共同点和不同点，使课堂复习容量增加，学生的迁移应用、综合解题能力得以提升.

4 类比思想创设教学情境的原则

4.1 类比科学，有助于学生身心健康

选做类比的事物尽可能利用学生已有的知识和贴近生活的素材.但是，类比的材料不能对学生的思想认识有误导作用，例如，有老师在教学电荷间的相互作用时，用男女同学早恋的心态行为作类比，虽然十分形象，也很贴切.但是这个类比对学生身心健康不利，不宜采用.

4.2 要针对物理教学内容和目的

如果教学内容比较抽象，呆板.适于运用一些较轻松活泼的类比；如果教学内容具有较严密的逻辑性，与前面的知识有些必然的联系，运用类比比较合适（如重力场和电场的类比）；在进行单元或总复习时运用系统类比将会收到较好的效果.

4.3 要符合课堂气氛

在课堂教学中，如果学生的注意力都很集中．他们对学习探究的知识能顺利接受，此时用不用类比无关紧要.用多了，用得不当，反而会产生负作用，影响学习效果.如果教师发现课堂上多数学生精神疲惫，就应当采用一些直观形象的类比来活跃气氛，振奋学生的精神.

4.4 言词要清晰、简明、生动

教师的语言应力求简练明达、形象生动和通俗易懂（有时可借助信息技术）.否则学生便会糊涂，从而收到相反的效果.

5 结语

总之，应用类比思想创设教学情境符合知识的建构过程和对事物的认识规律，应用类比性的情境可以顺利地把新的知识整合到原有的知识系统中，可激发学生的联想，起到举一反三、触类旁通的作用，使学生有效地进行知识的迁移，提高学生的能力.而学生中有时也会出现不可靠甚至错误的类比，我们在教学中需引导学生仔细分析，认真推理，作出恰当的类比.从类比思想出发创设恰当的学习情境会成为聚焦新课标躬耕好课堂的一个有效切入点.

【课题项目：陕西省“十四五”教育科学规划2023年度课题“新课标背景下初中物理情境式教学实践研究 ”（项目编号：SGH23Y0881）】

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022.