相似性思维在高中物理教学中的应用探究

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  摘要:高中物理教学内容中存在着大量相似性内容,教学中,教师应该紧紧抓住这些相似性内容,启发学生的相似性思维。本文在分析相似性思维概念的基础上,分析了相似性思维在高中物理概念建构、过程分析、规律理解、问题解决等方面的应用。
  关键词:高中物理 应用探究 相似性思维 教学探究
  
  高中物理教学不只是传递知识,更为重要的是训练思维。许多学生的基础知识掌握得很好,但是无法顺利解决较为复杂的问题,根本原因在于思维能力没有得到提升。相似性思维是高中物理教学中的一种重要思维能力,对学生无论理解物理知识,还是解决实际问题,都有一定的作用,需要积极培养。
  一、相似性思维的概念
  相似性思维是指形式、流程基本一致的思维。人们在解决问题时,总是借助于已有的经验。思维形式本身也是一种人生经验,可以借助于其来解决新遇到的问题。在高中物理学习中,如果教师能够注重培养学生的相似性思维,这不仅仅可以让学生更好地理解物理知识体系,而且还可以让学生较为深入地掌握物理的思想方法。可见,相似性思维对学生学习物理有极其重要的作用,理应得到重视。
  二、高中物理教学中相似性思维的应用
  相似性思维可以应用于高中物理教学的各个环节。下面从概念建构、过程分析、规律理解和问题解决四个方面来探讨相似性思维的教学应用。
  (一)相似性思维在概念建构中的应用
  概念来源于具有相同特征事物的抽象。对于物理教学而言,教师的首要任务是帮助学生建立概念、辨析概念,打下物理学习的基础。高中物理中的概念较多,有些概念的外延较多,学生很难全面把握。教学中,教师会碰到许多具有相同特征的概念,完全可以通过类比的方式来调动学生的相似性思维,从而破除学生对新概念理解的壁垒。
  比如,进行“磁感应强度”这一概念教学时,教师可以将其和电场强度进行类比,通过激发学生的相似性思维来使学生理解电磁感应强度这个概念。教师将磁场和电场放在一起对比,学生发现这两种场具有一定的相似性,学生自然想到需要定义一个物理量来描述磁场,因此提出了“磁场强度”这个概念。教师进行引导:“在历史上,‘磁场强度’已经被另外一个物理量占用,我就不能再用这个名词了。我们就叫它为‘磁感应强度’吧。”教师问学生:“在定义电场强度这一概念的时候,你是从哪两个方面入手考虑的?”学生对比电场强度这个概念,认为作为矢量必须从大小和方向两个角度定义。教师让学生通过讨论来完成定义。学生根据生活经验,认为:小磁针在磁场中受力,可以用一个极受力来定义该量的大小和方向。学生的想法存在一些问题,对此,教师指出:“小磁针有两个磁极,两个磁极的受力大小总是相反的。采用这种方法定义磁感应强度的大小时,无法排除掉S磁极受力的影响。”学生感到困惑,教師及时提示:“通电导线如果放在磁场中会受到力的作用,我们能不能从这个角度来定义磁感应强度的大小呢?”教师带领学生做通电导线在磁场中的受力实验,从而完成磁感应强度大小的定义。在本次概念教学中,教师将两种相似性极高的物理量对比起来,启发学生的相似性思维,通过类比来解决大小和方向的定义问题。由于借助了相似性思维,学生会深刻理解磁感应强度。在后续相关问题的解决中,学生可以清晰地辨析出磁感应强度的内涵和外延,从而准确地解决出问题。
  (二)相似性思维在过程分析中的应用
  在高中物理中经常出现一些综合性比较高的问题,这些问题中物体的运动过程比较复杂,学生在分析运动过程时常常会出现困难。在高中物理中所出现的复杂运动过程并不是独立的,一般能够找到基本类似的运动过程。针对这个状况,教师可以通过运动过程的对比分析,借助于学生的相似性思维来分析新接触到的运动过程,从而顺利解决问题。在教学中,教师首先要提示前面碰到过的类似运动过程,再将新旧运动过程对照起来,寻找分析方法。
  比如,在分析“小球落到油中”这个运动过程时,教师可以将其和“雨滴在空气中运动”这个运动过程比较。这两个运动过程极其相似。雨滴受空气的阻力大小和速度大小成正相关。根据对受力的分析,显然可以得知雨滴在空气中做加速度减小的加速运动。如果加速度变成0,则雨滴做匀速直线运动。小球在油中的运动和其基本相似。在分析“小球在油中下落”这个运动过程前,教师可以先和学生一起复习“雨滴在空气中下落”这个运动过程,再让学生自主分析。由于复习调动了学生的相似性思维,他们非常轻松地解决了“小球落到油中”这个问题。在本次教学过程中,学生需要分析一个相对比较复杂的运动过程。教师根据学生已经具有的分析经验,带领学生一起复习以前学习过的类似问题。教师调动学生的相似性思维,轻松地让学生解决了这个问题。学生在解决这个问题的时候,不仅仅掌握了这一个问题的解决方法,而且对这一类问题的解决方法都有了一定的把握。可以预见,学生在以后的学习中遇到此类问题时可以借助于相似性思维来解决。高中物理中存在着许多非常相似的过程,如果教师能够经常借助于学生的相似性思维进行分析,那必然会让学生形成基本的物理思想方法,这对学生的物理学习非常有帮助。
  (三)相似性思维在规律理解中的应用
  物理规律是建立在物理概念基础上的各种物理量之间的联系,这种联系具有普适性。学习物理规律时,可以将各种现象和概念联系起来,构建为一个整体。在高中物理中,存在着许多规律,这些规律有不少存在联系。教师帮助学生抓住这些联系,可以使他们更为深刻地理解规律,从而学好物理。
  比如,进行“带电粒子在电场中运动”教学时,要分析带电粒子垂直进入电场的问题。带电粒子垂直进入电场后做类平抛运动,类平抛运动和平抛运动极其相似,因此可以采用与平抛运动相同的分析方法。在教学中,教师提出问题:“我们是怎么分析平抛运动的?”学生回答:“采用分解的方法。”教师引导:“带电粒子垂直进入电场,所做的运动和平抛运动有什么联系?你们能不能采用分解的方法来分析呢?”教师的提示让学生将这两种运动对比起来。不一会儿,学生就将类平抛运动的规律写了出来。在本次教学中,教师针对学生难以理解的规律,采用相似性思维,帮助学生获得对规律的理解。物理中有相当多的规律具有一定相似性,教师要积极地带领学生分析,帮助学生将这些规律联系起来,从而发展学生的相似性思维。
  (四)相似性思维在问题解决中的应用
  高中物理中的问题数量较多,变化多端。但是,相当多的问题具有一定的联系,教师可以通过这些联系,帮助学生解决问题。在面对一个问题时,教师可以先提示学生这个问题我们在前面是否接触过,如果接触过,在前面相似的问题中采用了怎样的分析方法,能不能将这种分析方法应用到这里等。通过一系列问题引导,可以帮助学生顺利解决问题。
  比如,在解决较为复杂的动能定理应用问题时,教师可以先让学生说一说应用动能定理的基本方法。学生会从受力分析、确定研究对象、求各力所做功、分析初末状态等方面来说明。教师引导学生按照他们的说法一步一步地来解决这个问题。由于学生采用了固定的解题方法,因此他们的相似性思维得以发挥,迁移以前解决问题所用的方法,来解决新问题。在本次教学中,教师通过复习解决问题的基本方法来激发学生的相似性思维,从而帮助学生顺利解决问题。
  结束语
  综上所述,相似性思维在高中物理学习中有着极其重要的应用,教师要关注物理教学内容中的相似点。相似性思维的长期应用可以让学生在物理学习中建立起普遍联系,从而形成有效的知识体系和思维方式。
  参考文献:
  [1]崔兆荣. 探究性学习模式在高中物理教学中的应用[J]. 中学课程辅导(教师教育), 2016(18).
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