田川

摘 要：類比思維的獲得除了學生自身的因素影響外，還離不開教師在長期的課程教學中有目的、有計劃、系統(tǒng)地對學生的培養(yǎng)。本文旨在體現(xiàn)類比思維培養(yǎng)的必要性，以及此過程中教師的主導地位。本文通過5個教學案例，體現(xiàn)“類比思維”的可進行性。

關鍵詞：聯(lián)想；類比思維；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）6-0016-3

“教育”這個詞在拉丁文是educatio，本意是引導[1]。在實際的課題教學中，怎樣引導不僅僅是技術更是藝術。蘇霍母林斯基認為：“那些概括性的、抽象的知識，如果不經過“直觀性”的鋪墊，很難在學生的腦袋中留下深刻的印象”[2]。

“類比思維”方法是解決陌生問題的一種常用策略。它讓我們充分開拓自己的思路，運用已有的知識和經驗將陌生的、不熟悉的問題與已經解決了的熟悉的問題或其他相似事物進行類比，從而創(chuàng)造性地解決問題。英國的培根有一句名言：“類比聯(lián)想支配發(fā)明”。他把類比思維和聯(lián)想緊密相聯(lián)，有了聯(lián)想才能有類比思維，不論是尋找創(chuàng)造目標，還是尋找解決的辦法都離不開類比的思維。

本文通過對五個教學片斷的分析，介紹類比思維在學生認知過程中所起到的作用。通過類比實現(xiàn)從“直觀性”向“抽象性”的教學過渡。

1 黑體類比活性炭

活性炭具有吸附性，高中生對此有很深的印象。然而，絕大多數(shù)高中生在選修3-5的學習中，很難一下子就領悟“黑體”的概念。這時就需要教師進行適當?shù)匿亯|。

活性炭具有很大的表面積，多孔，內部相互交叉的孔道就像一個大迷宮，一些物質的分子通過熱運動一旦進入這個“大迷宮”就很難再出來。這時，我們就說，這個物質的分子被活性炭吸附了，如圖1所示。

類比活性炭吸附物質微粒的機理。在空腔上開一個很小的孔，若某個光子隨機地射入這個小孔，射入小孔的這個光子在空腔內表面會發(fā)生多次反射和吸收，這個空腔就形成了一個黑體[3]，如圖2所示。

于是可以進行類比歸納：活性炭吞噬飛進它的微粒，黑體吞噬射向它的光子。

2 光的折射類比隊列的彎折

物理教育是一個螺旋上升式的發(fā)展過程，對于某些現(xiàn)象和規(guī)律，學生會存在知其然而不知其所以然的認知困惑，這就需要教師在適當?shù)臅r候通過恰當?shù)姆绞饺セ馄渲械囊恍├Щ?，而又不增加學生學習的負擔。

以光的折射為例。當光從空氣中斜射入玻璃中時發(fā)生折射現(xiàn)象，折射角小于入射角。為什么折射角小于入射角呢？我們知道光從空氣中射入玻璃，傳播速度會變小，這和折射角小于入射角有什么聯(lián)系呢？

比如，一個小孩和一個大人挽手前進，大人前進的速度大，結果隊列就會朝著小孩一側偏折[4]。

設想一束光斜射到介質的表面上，如圖3所示，我們可以看出光束中的a點已經進入介質2中，因此具有相對較小的速度，而光束中的b點尚在介質1中，因此具有相對較大的速度。類比隊列的拐彎，就不難理解光束會發(fā)生朝向a的偏折，即靠近法線偏折。

通過以上的類比思維，不僅有助于學生理解光的折射，還可以讓學生認識到光的折射與光速的變化有關，有助于知識上的整合。

3 焦耳熱類比“滾彈珠”游戲

如圖4所示，將一顆彈珠從布滿柱子的斜面上滾下來，彈珠會隨機地與柱子發(fā)生碰撞，在碰撞的過程中將動能轉化為熱能傳遞給被碰撞的柱子，柱子的晃動變得更加劇烈。

通電的導體為何會產生熱量呢？這一現(xiàn)象又如何與“滾彈珠”游戲存在關聯(lián)呢？

以金屬為例，它是晶體，有規(guī)則的微觀結構。在晶格周圍還有穿梭于晶體結構內的自由電子。用彈珠類比自由電子，用斜面上布滿的柱子類比規(guī)則的晶體結構。如圖5所示，當導體兩端存在電壓時，電場便建立起來，因電場加速而獲得動能的自由電子，通過與晶體結構的隨機碰撞，將動能傳遞給晶體結構。于是，晶體結構的晃動變得更加劇烈，導體的溫度就升高了。

通過類比思維，有利于提高學生的微觀建模能力，而微觀建模也是重要的學科素養(yǎng)之一。

4 人體類比水柱

初中物理常常要考查估算題，其中有一題目的選項是：“一位中學生雙腳站立在地板上時，對地板的壓強大約是104 Pa。”這是一個正確的選項，然而學生記住這個結論很快，忘得也快。怎樣將學生對這項內容從生硬的“記憶”上升到巧妙的“理解”，怎樣從“知其然”過渡到“知其所以然”，這就需要培養(yǎng)學生的類比思維。因為人體的密度與水相近，故可將站立的人與一個和人等高的水柱進行類比。如圖6所示，用這個水柱對底部產生的壓強代替人站立時對地面產生的壓強不會產生能影響到數(shù)量級的誤差。

因此，可以看出一個人站立時對地面的壓強也應該約為104 Pa。

5 單擺的中垂線上“釘釘子”類比斜面實驗

伽利略的理想斜面實驗是物理學中十大經典實驗之一。是物理學史上觀察實驗與科學推理相結合的典范，是對學生科學方法教育的典型素材，是牛頓第一定律的關鍵點[6]。

我們不禁要問，伽利略是如何構思這個實驗的，他的靈感是什么？伽利略在他的著作中回答了這個問題。“設想這頁紙就是一面垂直的墻，其上釘進一枚釘子；從釘子上以一根鉛直細線AB，比方說6英尺長，懸掛1盎司的鉛彈，在這面墻上畫一條水平線DC，與鉛直線AB成直角，而鉛直線AB離墻大約有兩尺寬（如圖7所示）。現(xiàn)在把線AB與所系的球移到AC的位置然后使其自由；首先觀察到它沿著弧CBD下落，通過點B，然后沿著弧BD運動直到幾乎達到水平線CD，稍有偏差是由于空氣與弦的阻力造成的。由此，我們可以正確地推斷，球沿著弧CB下落，在到達點B時獲得了一個動量，它剛好足以使球沿著一段類似的弧BD到達相同的高度。多次重復這個實驗后，讓我們現(xiàn)在在墻上靠近垂線AB釘入一枚釘子，比方說在E或F處，要讓它突出一些寬度，以便栓著子彈的線沿弧CB到達B時，可以碰著釘子E然后迫使它沿著以E為圓心的弧BG運動。因此，我們能夠看到，以前由點B開始沿著弧BD達到水平線CD的同一物體以同樣的動量能夠做些什么。現(xiàn)在，先生們，你們將會高興地觀察到這個球擺動到水平線上的點G，并且如果障礙安置在下方的點，比方說在點F，你們會看到相同的事情，繞著它球會描出弧BI，球總是準確地終止于CD線上[7]?！?/p>

根據(jù)單擺的等高擺動，伽利略聯(lián)想到：如果一切接觸面都是光滑的，一個鋼珠從斜面的某一高度A處靜止?jié)L下，由于只受重力，沒有阻力產生損耗，那么它必定到達另一斜面的同一高度C。如果把斜面放平緩一些，也會出現(xiàn)同樣的情況，如果斜面變成水平面，則鋼珠找不到同樣的高度就會一直保持一種運動狀態(tài)，永不停止地運動下去[8]，如圖8所示。

可見，伽利略正是憑借科學的核心素養(yǎng)之一的類比思想，帶領我們進入了那個激動人心的科學革命的歲月。

參考文獻：

[1][中國臺灣]劉炯朗.讀三字經[M].北京：中華書局，2015.

[2]王凌皓.蘇霍母林斯基教育名著導讀[M].長春：吉林文史出版社，2014.

[3]張大昌，唐果南.物理選修3-5[M].北京：人民教育出版社，2010：28.

[4]張越，徐在新.八年級物理第一冊[M].上海：上海教育出版社，2006：26.

[5][韓]金明振.物理這么簡單[M].重慶：重慶出版社，2013：144.

[6]鄭曼瑤.牛頓第一定律教學的創(chuàng)新設計[J].物理教學探討，2014，32（8）：66.

[7][意大利]伽利略.關于兩門新科學的對話[M].北京：北京大學出版社，2006：157.

[8]張同恂，彭前程.物理第一冊[M].北京：人民教育出版社，2006：43.

（欄目編輯 趙保鋼）