【类比法在物理概念教学中的应用步骤案例探析8500字（论文）】

类比法在物理概念教学中的应用步骤案例分析目录TOC\o"1-2"\h\u13861类比法在物理概念教学中的应用步骤案例分析 1115981.1类比法在物理概念教学中的实施步骤 1180711.1.1物理概念常规教学实施步骤 1117411.1.2类比法在教学中的实施步骤 341861.1.3类比法在物理概念教学中的实施步骤 3191751.2类比法在物理概念教学中的适用性分析 4134071.3影响类比法在物理概念教学中实施的因素 6120451.1.1不知所比--概念混淆，缺类比意识 7211041.1.2比不全面--有相似之比，缺差异之比 8173941.1.3有比无推--有常规比较，缺深入类推 9231971.1.4有推无验--有深入类推，缺评价反思 9鉴于类比法在培养能力、复习以及问题解决等方面已经有了较为充分的研究，在物理概念教学上的研究很少，所以本文将着重研究类比法在物理概念教学中的研究。1.1类比法在物理概念教学中的实施步骤中学物理课程的教学可以划分为物理概念教学、物理规律教学、物理实验以及习题教学等几部分，其中物理概念教学作为课程的基础，对课程其余几个部分的教学能否顺利进行有着至关重要的影响。物理概念是指物理情境的相同属性和本质特点在人脑中的归纳和概括。物理概念作为物理教学中的基石，它的教学是生活走向物理最重要的环节，同时因为物理概念具有抽象性，所以概念的学习可以提升学生的抽象思维能力。以下是中学物理中较为重要的概念（见表3-1）：表3-1中学物理中的重要概念运动学：长度、时间、速度、距离、加速度、匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、抛体运动、圆周运动等动力学：力、力的平衡、功、功率、动能、势能、压强、杠杆、力臂等热力学：温度、内能、比热容、热运动等电学：电流、电压、电阻、串联、并联、电荷、电场、电场线、电场强度等磁学：磁场、磁场线、磁通量、磁感应强度等光学：光线、入射角、折射角、法线、物距、像距、焦距等声学：振动、介质、频率、振幅、响度、音色、音调等1.1.1物理概念常规教学实施步骤物理概念的教学需要运用实践探究、实验验证和理论推导相结合的方法，教师在教学时先呈现一类具体形象不同的情境，引导学生抛开具体形象的差异，找出情境的共同特点，思考这一类情境的共同特点，运用科学思维加以概括，从而建立概念REF_Ref27684\r\h[43]。传统的物理教师概念教学方式生硬死板，缺乏概念建立的基本过程。教师花费大量时间训练学生解题，对学生科学思维的训练不够重视。学生在这种机械式的教育下一般是通过死记硬背的方式“掌握”概念。长此以往，随着课程难度的增加，学生学习的困难也将成倍增长，直至失去学习热情。基于当前物理概念教学的现状，不少研究者对物理概念教学进行了深入的研究，得出了物理概念教学的常规教学步骤。物理概念教学的一般步骤分为五步，第一步创设情境，发现物理问题；第二步设计生活情境，获得感性认识；第三步设计探究实验，研究物理问题；第四步进行思维加工，形成概念定义；第五步回归生活实际，解释物理现象。以压强概念的建立为例，教师将生活中这样一个情境创设到课堂中，即两位对雪地压力相同的同学A、B，A同学穿着雪橇鞋，B同学穿着普通鞋子。两人在雪地里行走时，B同学双脚陷入雪地，而A同学则没有。在这个情境中，学生容易产生这样一个疑问，即为什么对雪地压力相同的两个同学，B会陷入雪地而A则没有陷入雪地？教师要引导学生明白陷入雪地和没有陷入雪地是因为压力的作用效果不同，这说明压力的作用效果不仅与压力大小有关，还有其他因素也会影响压力的作用效果。这样的情境让学生对压力的作用效果有了感性认识，同时还让他们发现了问题，这就是常规概念教学的第一二步。接下来只需要引导学生设计探究实验，研究解决这个问题，这就是概念教学的第三步。通过探究实验，学生得到结论，即当压力一定时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；当受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显REF_Ref28298\r\h[44]。学生得到该结论后，教师需要引导学生通过科学思维加工，建立影响压力作用效果的数学关系。在这个过程中学生都知道压力和受力面积均有相应的物理量表示，那么压力的作用效果可以用什么物理量表示？从而引出压强的概念。这样做明确了影响压强的因素，对对压强概念有了初步定义。这就是概念教学的第四步，即进行思维加工，形成概念定义。最后为了加深学生对新学概念的理解，此时再进行第五步，即回归生活实际，解释物理现象或者解决贴近生活实际的物理问题，在这个过程中学生不断的纠正错误认识，深化了对概念的理解。实际上，中学物理的部分概念教学并不适合用实验进行探究，比如功率、点电荷等概念。对于不能用实验探究或者没有条件利用实验探究的物理概念教学，本文认为可以考虑基于学生之前的掌握的概念，利用类比法建立概念。以初中物理功率的教学为例，这个新概念是初二下册学生才学习的内容，在此之前学生已经掌握了速度的相关概念。教师让学生依据速度的相关知识辅助学习功率的相关知识效果更好，原因是因为功率概念的教学没办法用实验研究，其次学生在熟悉的事物面前更容易建立学习信心，熟悉的事物更容易发生迁移。1.1.2类比法在教学中的实施步骤FAR导引模式是常用的类比法教学模式。FAR是聚焦（focus）、行动（action）、反思（reflection）三个英文首字母的简写，该模式分为三个环节六个步骤（见表3-2）：表3-2FAR导引模式步骤表聚焦概念：对目标对象的难易程度做初步分析，比如熟悉程度、抽象程度类比物：从熟悉的事物中找出类比物行动相似：分析目标对象和类比物的相似之处差异：分析目标对象和类比物的差异之处反思结论：评价类比结果改善：根据结果重新聚焦该教学模式的特点主要表现在以下几个方面：（1）以表格的形式呈现，能够清晰明了的展示各个环节；（2）将多个步骤精简概括成了聚焦、行动和反思三个板块；（3）该模式适用范围广，能够适用于各个领域的教学；（4）正是由于该模式的适用范围广，所以在面对物理概念教学时，则会存在针对性不强的问题，比如教学步骤中缺乏概念的感性认识以及概念的巩固。1.1.3类比法在物理概念教学中的实施步骤基于上述两种常规教学步骤中存在的问题，本文将结合两种常规步骤的优势，得出类比法在物理概念教学中的实施步骤。类比法在物理概念教学中的实施分为“三环四步”，三环指实施的三个环节，即类比前的检索、类比中的对比和推理、类比后的评价与反思；“四步”是指实施的四个步骤。下表是物理概念常规教学实施步骤和类比法在物理概念教学中实施步骤对照表（见表3-3）：表3-3物理概念常规教学实施步骤和类比法在物理概念教学中的实施步骤步骤物理概念常规教学实施步骤类比法在物理概念教学中的实施步骤1创设问题情境，发现物理问题创设情境，确定目标概念类比前的检索2设计生活情境，获得感性认识检索类比概念3设计探究实验，研究物理问题类比概念和目标概念进行相似性和差异性分析，确认目标概念的定义类比中的对比和推理4进行思维加工，形成概念定义5回归生活实际，解释物理现象反思和改进类比过程，利用目标概念解决问题类比后的评价与反思类比法在物理概念教学中的实施步骤主要分为四步：第一步，创设情境，确定目标概念。这一环节与物理概念常规教学实施步骤的前两步的目的相同，都是为了学生能够对目标概念获得感性认识。第二步，检索类比概念。所谓类比概念就是学生之前学过的相关知识，这个步骤的具体实施需要看学生相关知识的掌握程度。如果学生基础扎实，教师可让学生基于目标概念的感性认识，主动检索类比概念；如果学生基础相对薄弱，教师可通过让学生提前复习等方式，降低学生检索类比概念的难度。该过程的实施与教师的引入方式有着莫大的关系，是教师需要关注的重要点。第三步，类比概念和目标概念进行相似性和差异性分析，确认目标概念的定义。该步骤是类比法运用到物理概念教学中非常关键的一步，它对目标概念是否能够正确建立起着重要作用。教师在这一步中需要注意：（1）相似性是进行类比推理的基础，是训练学生类比推理能力的重要部分。学生检索到的类比概念很有可能是学生感觉相似的概念，但具体相似在哪里，学生反而说不出来。这个时候就需要教师在知悉常见的类比分类的基础上，引导学生发现具体的相似点，且对应性越强越好；（2）差异性是能够区分目标概念和类比概念的关键之处，两者不仅有本质上的不同，也有可能会有形式上的不同。在具体的教学中，为了防止给学生增加新概念的理解难度，教师需要斟酌是否需要点明两者本质上的区别，还是仅仅只需要点明形式上的区别。一般来说初中生的物理思维发展相对薄弱，物理知识掌握不够系统，建议初中物理概念点明形式上的区别即可，高中物理概念的教学则视具体情况甄别即可。第四步，反思和改进类比过程，利用目标概念解决问题。将类比法运用到物理概念教学时，类比过程容易出现机械类比的情况，为了减少此类情况的发生，教师需要引导学生对整个类比过程进行反思。学生若能提出改进方式，则说明类比推理思维训练到位，这对训练学生的创新能力起着积极的作用。即使学生没有提出改进方式，回顾整个类比过程，也会增加目标概念和类比概念的熟悉程度，方便学生将其纳入到自己的物理知识框架中，建立知识与知识的联系。类比法的运用主要也是用于新概念的建立，所以当运用类比法建立起目标概念之后，对于目标概念的巩固也是值得注意的点，常用的巩固概念的方式一般是将概念运用到生活实际或者习题中去。1.2类比法在物理概念教学中的适用性分析理论上来说类比法可以用于所有的物理概念教学，因为任何目标概念都是可以找到与之相似的类比概念，这个“相似”可以是不同形式上的相似，比如建构一个故事，利用故事的逻辑和目标概念逻辑的相似性进行类比教学，这就是故事类比法在物理概念教学中的应用。故事类比法是结构类比的一种特殊方式，它在运用时讲究的是故事的逻辑和目标概念的逻辑是相似的，用故事的逻辑辅助学生理解抽象的概念。这种类比方式尤其讲究两者的逻辑性，一旦逻辑不能自洽，很容易给学生增加理解负担，所以这种类比方式在实际的教学中应该要慎重选择。研究认为如果目标概念不能找到与其在属性、因果或者对称关系上具有相似点的类比概念，建议不使用类比法。下面是本文整理的两个可用于类比法的物理概念素材。初中物理的电压概念可以运用类比法进行教学，其中目标概念与类比概念之间的关系主要表现为因果关系上的相似，学生对其掌握相对容易。在这里对初中物理中能否提出电压就是电势差这一概念作出说明，研究认为初中阶段可以提出电压其实就是电势差这一概念，因为电压这个概念本身就很抽象，当教师提出电压就是电势差时，并没有给学生增加理解难度，因为都是抽象的，学生只需要将两者画上等号后，去理解电势差即可。这个时候教师用地势差这个类比概念辅助理解电势差就可以了，下面是利用类比法进行电压概念教学的主要步骤表（见表3-4）：表3-4利用类比法进行电压概念教学的主要步骤步骤内容类比前的检索确定目标概念以及目标要求目标概念：电压（电势差）、电流目标要求：电压概念的建立检索类比概念类比概念：地势差、水中的小球类比中的对比和推理目标概念与类比概念进行相似类推目标概念类比概念自由电荷水中的小球电场力（电荷的作用力）重力电势差地势差自由电荷在电场力的作用下，从高电势处向低电势处定向移动，形成电流REF_Ref28514\r\h[45]；电场力做功将电能转化为其他形式的能。水中的小球在重力的作用下，小球从高地势处向低地势处定向移动，形成小球的流动；重力做功，将重力势能转化为其他形式的能REF_Ref28648\r\h[46]。比较目标概念与类比概念的差异自由电荷属于微观粒子，在定向运动时同时也在做无规则的热运动。宏观小球的定向运动则不考虑微观粒子的热运动。类比后的评价与反思类比法可以用于高中物理中的点电荷概念教学，类比概念与目标概念之间的关系主要表现为属性上的相似。高中生很容易掌握，点电荷的教学甚至可以通过学案导学的方式让学生自学，培养学生主动思考的习惯。下面是利用类比法进行点电荷概念教学的主要步骤（见表3-5）：表3-5利用类比法进行点电荷概念教学的主要步骤步骤内容类比前的检索确定目标概念以及目标要求目标概念：点电荷目标要求：点电荷概念的建立检索类比概念类比概念：质点类比中的对比和推理目标概念与类比概念进行相似类推目标概念类比概念在问题研究中，带电体的大小、形状或者电荷分布可以忽略不计时，可以将其看成是一个几何点，这就是点电荷REF_Ref28765\r\h[47]；点电荷的电荷量可大可小；在问题研究中，物体的大小、形状或者质量分布忽略不计时，可以将其看成是一个几何点，这就是质点；质点的质量可大可小；续表3-5利用类比法进行点电荷概念教学的主要步骤步骤内容类比中的对比和推理目标概念与类比概念进行相似类推3、任何带电体都是点电荷的集合；4、带电体的理想模型，实际不存在，是电磁学的基本研究对象。3、任何物体都是质点的集合；4、物体的理想模型，实际不存在，是动力学的基本研究对象。比较目标概念与类比概念的差异点电荷的侧重点在电荷量，是一个电学概念；质点的侧重点是质量，反应物体的惯性问题，是一个力学概念。点电荷不一定就是带电的质点，两者没有绝对的联系。类比后的评价与反思1.3影响类比法在物理概念教学中实施的因素类比法在物理概念教学中应用时包括三个阶段，第一阶段为确定目标概念和检索类比概念，第二阶段为目标概念和类比概念的对比和推理，第三阶段为类比结果后的评价及反思。鉴于类比法在物理概念教学中的实施步骤是在物理概念常规教学步骤和常规类比教学步骤的基础上提出，一线教师在进行某些概念教学时或多或少的都将涉及到本文提出的类比教学实施步骤。本文利用教师继续教育网、创课堂、升学e网通等网站或者软件观看一线教师的课堂实录，观察部分一线教师如何完成某些概念课的教学，如电压概念课、功率概念课、点电荷概念课、加速度概念课等等。本文将课堂实录中的概念教学步骤进行归纳整理，与类比法在物理概念教学中的实施步骤进行对比，得出了影响类比法在物理概念教学中实施的因素。考虑到在观看课堂实录中难以了解到师生本人的观点，所以本文选择同时利用访谈法与师生访谈交流，发现绝大多数的教师都明确表示在教学中会提到“打比方”这一方法辅助教学。教师不能区分比喻和类比，对类比的相关知识了解不够透彻，导致类比这一方法的传授模糊不清。在与学生交流时，少部分学生表示听说过类比这一方法，但对类比的了解仅停留在对教师所提过的类比法有印象，而不清楚什么是类比，为什么要类比以及怎么类比等问题。本文将访谈法（师生访谈交流）和观察法（观看课堂实录）总结的影响类比法实施的因素整合为四个因素，它们分别为不知所比、比不全面、有比无推、有推无验。1.1.1不知所比--概念混淆，缺类比意识学生缺乏类比意识的原因，主要是因为教师的教学思想和教学方法中没有渗透类比这一方法。目前很多传统教师仍然属于应试型教师，教师为了应对中高考的压力，把时间过多关注到学生成绩方面，而要提高学生成绩，最快也是最有效的方法就是让学生做大量的题。教师先示范例题，学生再练习题，教师纠错后，学生再重复做题，直到大部分学生不再做错题时，教师就会认为本节内容完成了目标。教师通过机械刷题的方式提高学生的做题能力，会导致学生的科学思维发展受阻，这么说原因有二，其一，教师会因为教学中花费大量时间练题，减少了新课教学时学生探索物理过程，以及训练学生科学思维的时间；其二，对于基础稍差的学生而言，由于自身思维能力相对较弱，加之教师对他们也缺乏相关方面的训练，他们在习题练习中往往会遇到挫折，长此以往，将严重打击学生的学习热情，严重时可出现厌学现象。当学生讨厌一个学科时，谈何发展他的科学思维能力。当然物理科学思维包含的内容很多，类比法仅仅是其中一个方面。研究认为当前部分教师缺乏类比意识，与目前的教材编写存在较大的关系，因为传统的教师非常看重教材的地位，教材中提点得多的地方会引起教师注意，进而在课堂教学中也会着重讲解。当前的教材对可以进行类比推理的内容多以隐性的形式展开，所谓隐性形式是指在教材中不会明确的找到类比推理过程的编写，教材是将类比思想隐藏在了教材的编写逻辑中。教师若是没有认真梳理教材内容，自然是难以拥有类比的意识。以教育科学出版社编写的高中物理教材为例，本文列举了必修系列2本和选修系列4本，共6本教材上可以运用到类比法的内容（见表3-6）：表3-6教科版高中物理教材可以运用到类比法的内容类比对象（教材页数）目标对象（教材页数）路程（初中物理）位移（必修一p7）速度（必修一P11）加速度（必修一P17）力的合成与分解（必修一P59）运动的合成与分解（必修二P6）平抛运动（必修二p8）斜抛运动（必修二p13）匀速直线运动（必修二p21）匀速圆周运动（必修二p21）一般曲线运动（必修二p24）圆周运动（必修二p24）质点（必修一p2）点电荷（选修3-1p7）向心力的平方反比关系（必修二p46）静电力的平方反比关系（选修3-1p10）万有引力定律中引力常数的测量（必修二p45）库伦定律中静电力常量的测量（选修3-1p8）点电荷（选修3-1p7）检验电荷（选修3-1p11）磁感线（初中物理）电场线（选修3-1p13）重力势能（必修二p65）电势能（选修3-1p17）重力场做功（必修二p65）电场做功（选修3-1p18）电场强度（选修3-1p12）电势（选修3-1p20）电场强度（选修3-1p12）磁感应强度（选修3-1p89）奥斯特的电生磁实验（选修3-2p2）法拉第的磁生电实验（选修3-2p2）匀速圆周运动（必修二p21）简谐运动（选修3-4p4）以上内容不仅包含了物理概念可以进行的类比，也包括了物理规律以及物理实验可以进行的类比，教师在实际的教学中可以选用合适的类比教学步骤进行授课。如果以上内容在教学中前后联系薄弱，概念关系混淆，学生将难以建构完整的物理知识体系，这对学生的综合运用能力的提升是很大的隐患。从新的高考评价体系来看，综合性为主的试题是高考试题的主要部分，这说明即使从应试角度来看，教师应该将类比法引入教学。1.1.2比不全面--有相似之比，缺差异之比仍旧以教科版高中物理教材为例，在教材中明确提出类比法的地方在选修3-1的第17页处。教材首次在该处对类比法做了提示，但只是在定义方面非常浅显的说明，缺乏类比过程的分析等至关重要方面的解释，这就意味着教师若对该方法了解不够透彻的话，教师和学生对类比的运用只会停留在机械类比层面，概念与概念之间没有建立实质的联系，这对学生思维层次的提升用处不大，有时候反而会增加学生的负担。教师若对类比了解不够清晰时，非常容易出现只对两对象进行相似之比，而缺乏差异之比的现象，这是机械类比的一种情况。此时研究认为教师不是在进行类比而是在进行比喻。初中物理的电学部分是中考的重点考查内容，电学概念的理解对学生学好这部分内容有帮助。教师为了帮助学生理解电压概念时就会用到比喻这一方法，之所以说是比喻而不是类比，是因为教师在教学中只注意了相似之处而忽略了差异之处。教师认为水压是形成水流的原因，电压是形成电流的原因，这两者因果关系相似。抽水机是产生水压的装置，电源是产生电压的装置，这两者在功能上是相似的，所以教学时常常将电压比喻成水压、电源比喻成抽水机从而降低学生的理解难度，建立电压的概念。但电压的本质既不是力也不是能量，以这种方法建立起的电压概念就会让学生误认为电压如同水压一样是一种力，这对于他们在高中物理学习电势差时会造成一定的阻碍作用。虽然将电压和水压进行类比容易存在只注重相似性的分析，缺乏差异性分析，但若是在教学中能够明确两者的差异性，为日后