类比生活实例助析物理规律

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  康德有言:“每当理智缺乏可靠论证的思路时,类比这个方法往往指引我们前进.”
  著名的天文学家开普勒称,类比法是“自然奥密的参与者”和自己的“ 最好的老师”.
  信息加工理论认为: 学习过程不是从外部信息的输入开始的,而是从学习者的注意与预期开始的.创设恰当的生活实例类比情境可以使学生对学习的对象产生注意,在心理上形成一种预期,并由此激活与学习新知识有关的原有知识.类比,是通过联想,把异常的、未知的事物跟寻常的、熟悉的事物对比,然后根据两个对象之间存在的某种类似或相似的关系,从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应的一种性质.类比思想的核心内容包括:(1)联想,即由新信息引起的对已有知识的回忆;(2)类比,在新旧信息间找到相似或相异的地方.类比,是人类能够进行整合思维活动的重要机制,也是保证个体有效学习的工具.它的产生、发展和成熟是个体认知活动顺利完成的主要保障.研究类比推理在理解自然现象中作用的结果发现,通过对已经熟悉的自然事物的提取,提供一定正确的类比,能帮助学生对抽象、陌生知识的学习和掌握,对学生认知过程的优化具有积极作用.
  物理教学中有很多内容,学生在理解上困难较大或不易理解到位,通过类比是帮助学生认知和深化理解的一条捷径.类比的情形有很多,比如模型类比、定义类比、方法类比、概念类比等,但这些类比方式都不如实例类比来的效果好,因为实例与学生的生活经验直接挂钩,学生体验最为深刻与亲切,所能达到的同化与顺应效果也最好.本人结合自己的教学实践,谈谈教学中笔者用到的一些实例类比,希望与同行交流,希望大家都能充分发挥实例类比在物理教学中的作用.下面试举几例,以求抛砖引玉.
  案例1 电场强度的大小取决于原电场本身,与检验电荷无关
  静电场教学中,为了得出电场中某点场强的大小和方向,我们通常是在所求位置处放一检验电荷,通过检验电荷所受电场力的大小和方向来确定该处的场强情况;但所求位置处的电场强度由原电场本身决定,与检验电荷的大小和有无是无关的.对于这一点,学生在接受上感觉有困难.为此,笔者举了下面这一即景实例.
  【现在,大家转头看操场上的国旗,我们可以看到国旗在迎风飘扬.我们是看不到外面的风的,但是借助国旗,我们可以判断出今天外面是有风的,而且通过国旗飘的方向和“呼啦啦”的响声,我们知道今天外面不仅有风,而且是风力很强的东南风.这里的国旗就好比是检验电荷,我们借助它,可以检验出风的有无及风的强度和方向,但是风的强度和方向跟可用来检验风力的国旗显然是无关的.如果今天操场上没升国旗,难道今天的东南风的风力和风向就变了吗?!】
  通过生活中这个即景实例的类比,学生立刻豁然开朗.
  案例2 载流导线中电子的热运动及在电场力作用下附加的定向运动的关系教学
  我们知道,导线中的电子时刻在做无规则的热运动.同一时刻大量电子的剧烈热运动是杂乱无章的、运动方向各不相同.但接入闭合电路后,导线中所有电子在原本无规则热运动的前提下,在平行电场方向又会统一出现一个新的定向移动速度,只是该定向移动速度远小于热运动速度.关于通电导线中电子“无规则热运动基础上又有附加的定向运动”,学生在理解上,普遍感到吃力.为此,笔者举了这样一个生活实例:
  【现有一个蜜蜂箱,里面的蜜蜂在不停地向各个方向无规则快速飞动,这时它们没有统一方向的速度,这就好比,电子在做无规则的热运动.现在,把这个蜜蜂箱放到一辆缓慢前进的平板车上,那么这些蜜蜂依然在做无规则的快速飞动,但同时是不是统一又有了一个沿车前进方向的附加定向运动?!】
  通过学生会意的笑容和点头,可以断定这一生活实例又列举成功了.
  案例3 电容器的电容大小仅取决于电容器本身的结构,与电容器的电量、电压均无关.
  电容器的电容是表征电容器储存电荷本领强弱的物理量,电容的大小仅由电容器本身的结构决定,与电容器的电量和电压无关.对此,学生感到抽象,不好理解.因为由电容的定义式C=QU,学生普遍感觉,电容与电容器的电量和电压有关.针对这种情况,笔者进行了下面的类比.
  【水容器中最简单、最常见的是水桶,现在若把一只水桶储存水的本领,定义为“水容”,那么“水容”是由水桶的本身结构决定还是由水桶中的水量和水压决定呢?!】
  通过这个实例类比,学生对电容决定因素的理解就自然水到渠成了.
  案例4 物体做圆周运动、离心运动、近心运动时,外界实际提供的向心力与所需向心力之间的关系.
  如图1所示,图中公式mrω2求的是:质量为m的物体,在半径为r的圆周上,以角速度ω匀速圆周运动所需要的向心力.现写为F需要=mrω2.
  该图中的力F是圆周运动物体实际受到的沿半径方向的合外力,即外界实际提供的向心力.现写为F提供=F.那么,
  当F=mrω2,即F提供=F需要 (实际提供刚好满足需要),物体刚好做圆周运动.
  当F>mrω2,即F提供>F需要 (实际提供超过需要),物体做半径变小的近心运动.
  当F  为了解决学生在理解上的困难,笔者举了下面这一生活实例.
  【一个小伙子在一家公司工作,年薪要求20万.如果公司实际提供给他的年薪刚好是20万,即“实际提供刚好等于所需要的”,那么小伙子就会在正常的“轨道”上运转、做好自己本职工作,可理解为刚好“圆周运动”;如果公司除了提供20万年薪外,又额外多奖励他5万元,即“实际提供大于所需要的”,小伙子会“感恩戴德”会更尽(近)心工作,向中心靠拢,可理解为“近心运动”;如果公司以某种借口为由,实际提供给他的年薪只有15万元,即“实际提供小于所需要”的,那么这个小伙子就可能会想法跳槽,向外寻求发展,可理解为“离心运动”.】
  在学生大呼“老师,你太棒了!”的喝彩声中,笔者再次体会到列举成功的喜悦和激动.
  相信很多老师在教学中,为了便于学生的理解,都会借助实例类比来优化课堂的教学.比如,南京金陵中学特级教师朱建廉老师在讲到不同颜色的光以相同的入射角射入相同的介质时,折射光线偏折得越利害,也就是传播方向变化快→折射率大→传播速度小,这个较难理解的知识点时,为了便于学生的理解和识记,他用的生活实例类比是:一个国家政策变化快→发展速度就慢.
  当然可以进行实例类比的内容还有很多,比如电流的形成条件就可以类比水流的形成条件;再如,人教版《物理》选修3-4在讲解偏振现象时,就是用“在不同方向抖动绳子”来类比光的偏振现象.
  通过这样一些贴切而学生又喜闻乐见的生活实例,既可以营造热烈、愉快、轻快的教学气氛,使教学过程生动活泼,又能起到连通已知和未知的作用,引导启发学生积极思考,主动构建知识,帮助学生深化对物理规律的全面理解,降低理解的难度,从而实现高效课堂的真正达成.这也是物理教学大纲中“要积极改革教学方法,注意研究学生的心理特征和认知规律,善于启发学生的思维,激起学习兴趣,使他们积极、主动地获得知识和提高能力”这一思想的体现.
  在物理教学中,通过实例类比可以唤起学生头脑中已有的知识或经验表象,对将要学习的知识提供一个相似的表象,完成知识或经验的迁移.实践表明,物理教学中创设恰当的生活实例类比情境,不仅可以增强教学效果,有效地提高学生分析问题和解决问题的能力,更重要的意义在于可以使学生逐渐掌握类比联想的科学思维方法.物理教学中可类比生活实例的地方还有很多,只要我们多用心思考、列举得当,就可以使抽象难懂的问题生活化、直观化,变得简单明了.
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