高中物理教学中类比思维方法培养刍议

◎   四川省沐川中学校   童万祥

物理核心素养是指“学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习（能够开发的潜在重要智能）内化的带有物理学科特性的品质，是学生物理核心素养的关键成分”，主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成。在《普通高中物理课程标准》（2017年版）中，对科学思维的内涵是这样定义的：“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品质。“能正确使用物理思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题”。物理思维方法有理想化、类比、分析与综合、抽象与概括等，本位作者就高中物理教学中类比思维方法培养的重要性及一些教学建议谈一点看法。

一、物理学发展史已经有效证明，在高中物理教学中对学生进行类比思维的培养是符合物理学发展的，类比思维对物理学的发展至关重要

类比思维是一种富有创造性的思维形式。类比思维方法是从事物的本质出发，将已知的事和物与具有某种相似之处的未知的事和物进行比较分析，找出事物之间的类似之处，从中受到启发，然后再据此推出它们在其他地方的类似之处，或综合它们的特征进行类比，以寻求研究新事物方法。它在科学史中，在物理学研究中起着重要的作用，是物理学家创新的钥匙。历史上有不少重要的科学理论，都是通过类比推理建立起来的，如分子的电流假说，麦克斯韦的电磁理论，牛顿的万有引力定律的得出等。由于类比思维具有从一个特殊领域的知识过渡到另一个特殊领域的知识的优越性，所以类比思维在创造性思维中居于重要的地位，起着重要的作用，它的创造性表现在发明创造活动中人们能够通过类比已有事物开启创造未知事物的发明思路。

二、 高中阶段，类比思维方法是一种最基本最实用的物理思想方法，对类比思维方法的掌握程度是评价学生物理学习能力其中的一个重要指标

我们在研究物理问题中，经常会发现某些不同问题在一定范围内具有形式上（包括数学表达式）或物理规律（图象）上的相似性，如磁场与电场、库仑定律与万有引力定律等，教师应对教材上这些资源做出深入挖掘与钻研，采用科学、合理、完善的教学模式，注重对物理现象的特征分析，善于引导学生运用类比思维，鼓励学生大胆设想，发挥思维迁移的积极作用，找出新问题与已有知识的类比关系，提高学生的类比思维素质。 如在讲解“电场”这一教学内容时，教师首先需带领学生对“重力场”进行简单回顾，随后引出电场这一新的知识点，此时巧设疑问“电场与重力场是否具有相同或者相似之处呢？”激发学生的求知欲，使学生全身心地投入到课堂中去，对电场与重力场的相似之处做出深入探究，得出最终答案。又如在功率、电功率的教学中，为了反映做功快慢的情况，我们也可采用类比方法，仿照速度的概念建立，能较容易地引导学生形成功率、电功率的概念。再如在惯性的教学中，为了帮助学生认识惯性是物体的固有属性这一知识，采用以下类比方法进行教学：一个正常健康人具有劳动能力（假定成立），正常健康人在参加劳动时具有劳动能力，在休息时也具有劳动能力。物体的惯性正如正常健康人的劳动能力，物体无论是否处于静止或匀速直线运动状态，都具有保持静止或匀速直线运动状态的性质，也就是一切物体任何时候都具有惯性。这样就能很好地帮助学生深刻理解惯性概念，起到较好的效果。

三、利用典型例题、习题训练培养类比思维，可以提高学生举一反三、触类旁通的学习能力

任何一种思维能力，不是单凭教师的说教就能形成的，而是要经过一个反复刻画的过程，形成一种意识。经典例题普遍具有较强的代表性，是实施教学的重要资源。教师应紧紧围绕物理教材，设计一些具有鲜明类比思想的典型例题和习题，以学生为主体，教师为主导，组织学生对相关解题思路做出深入的自由讨论，以此来确保每位学生都能够将自己的意见、想法表达出来，不仅能够实现生生之间学习成果、思维方法的共享，也能够引导学生对自身在类比思维认识上存在的局限做出深刻反思，从而对探究、解决的问题有更全面、透彻的认识，促进其类比思维能力的不断提升。

例1：中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T＝1/30s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常量G＝6.67x10-11N·m2/kg2)

分析：此题比较抽象，一般学生会觉得无从下手。如以地球自转为模型，运用类比方法，将中子星赤道上物体与地球赤道上物体运动规律进行对比，结合万有引力与圆周运动知识就比较容易解答了。

例2：宇航员为了估测某一行星的质量，他在这星球上把一石块以速度v0竖直向上抛出，测出它从抛出到落回原处所经历的时间为t，若已知此行星的半径为R，试计算这颗行星的质量。

分析：根据星球表面与地球表面物体运动规律的相似性，运用规律类比求出星球表面的重力加速度g，再由GmM/R2＝mg ,可求得M。

课堂教学的教是为了更好地不教，要“授之以渔”。类比思维作为高中物理的一种最基本的思维方法，教师必须将其作为一个重要的教学目标，在教学中加强训练学生的迁移能力，在思考问题或解题时训练学生从不同的物理现象中发现问题的特点与本质，通过比较，运用类比方法，将陌生的物理问题回归到与之对应的熟悉的物理概念和规律或模型上去，则会对解决问题起到事半功倍的效果，同时可以避免本质属性相近的物理知识孤立地存在于学生的头脑中，使学生将所学知识条理化、系统化，从而提高学生的科学思维能力。巧妙运用类比手法激发学生的学习兴趣，培养学生类比思维能力，并引导学生将其内化成自身的一种物理学习能力，促使学生牢牢把握住高中物理的整个知识体系。