基于类比建模让“猜想”之苗在物理情境中生根发芽

徐杰

摘   要：类比建模是物理学习的一种重要方法，特别在对物理概念的建构上起到很重要的作用，而猜想是物理探究实验中必不可少的环节。如何正确引导学生进行“有效”猜想，笔者从“电功”案例入手，通过类比建模，让学生在物理情境中理清本应在高中才掌握的知识——电流做功的微观过程，在启发学生猜想的同时也完成了对电功概念的初步建立，为后面的探究验证打下良好的基础，也为后续电热的学习做了铺垫。

关键词：类比建模;猜想;情境

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）5-0026-2

类比建模是用已知的事物或知识来类比学习陌生的知识[1]。根据新课程理念，“猜想”是探究性教学中必不可少的一个环节，正确的猜想应该是促进学生思维发展，建立在一定经验和基础之上的合乎情理的猜想，而合乎情理的猜想除了与学生已有的经验和基础有关，与老师在课堂上所呈现的“情境”也是密不可分的[2]。

1    缘起：在电功概念引入时直接先告诉结论再进行验证

苏科版物理九年级下册第15章第1节《电能表与电功》中对于电功概念的引入，教材直接给出概念——电功：电流所做的功。电功大小与加在用电器两端的电压、通过的电流和通电的时间有关。特别是影响电功大小的因素，教材中直接给出了结论，导致学生产生很多认识上的障碍。因为在初中物理中，影响因素一般都是通过实验现象、猜想、探究等模式分析出来的，很少有直接给出影响因素然后进行探究验证的。在学生感到困惑的同时，很多老师也会产生疑问，为什么不先对电功的影响因素进行猜想、探究，而是直接给出结论，这不符合学生的认知规律。

2    难点：教材编写的现实考虑

旧版苏科版物理九年级下册中有先猜想、再探究的模式，后来将之修改。因为依据学生刚刚学习的欧姆定律的有關内容，较多学生也许能够猜想电功大小与电压、电流有关，也有学生猜想与电阻有关。但学生无法解释为什么与这些因素有关，这与没有相应的物理情境作为铺垫有关。这样的猜想只能是无本之源，就算是猜想也是伪猜想或者是看了书“帮”老师猜想。影响电流做功大小的因素涉及到高中物理知识，即电功是因为电场力推动电荷在做功，由W=Fd，因为F=EQ、E=U/d得W=UQ，而Q=It，所以最终W=UIt。但由于知识的限制，初中学生无法理解电场力等，故无法从微观角度去解释。

由于电功是学习电功率、电热等后续知识的基础，故而编者只得直接先告知结论，等学生学习到一定程度或进入高中再去解决。所以，编者把旧版教材中的猜想、探究等环节删除，直接告诉电功的公式，进行了验证性实验，但这样做也为学生的思维留下了一定的障碍。

3    策略：基于类比建模的改进方法

首先，用类比的手法解释为什么电流能做功。通过前面的学习，我们将电流类比成水流，在有水位差时就可能形成水流;同样，如果有电势差（电压）时，也可能形成电流（通路）。水从高处落下水被做功;电荷从电势高的地方被推向电势低的地方同样被做功。

解决电流做功与电阻无关的问题，通过前面机械功的学习我们知道，水平推力在对地面上的物体沿水平方向做功时，由W=FS可知，推力所做的功与地面的粗糙程度无关。学生有前面的知识做铺垫能够很快意识到，与此类似，电流做功与导体的电阻也无关。

创设情境：装有相同水量的箱子从不同高度落到同一地面上，重力对水箱哪一次做的功多。通过前面动能、势能、机械能的学习，学生能够意识到水箱从较高处落下时重力对水箱做功更多。同样，如果装有不同水量的箱子从同一高度落下，重力对水箱做功又是怎样的？

这里将不同高度差类比成电势差，即电压大小，将装在箱中的水量类比成电量的多少，将重力对水做功类比成电场力对电荷的作用，从而由机械功的W=Gh，类似得到电功W=UQ（Q为电量）。根据生活中的经验，箱中放入水量的多少，可以设想将水箱放在水龙头下，由放水时水流的大小和放水的时间所决定，所以同样电量也由电流大小和通电时间决定，这与Q=It不谋而合。由Q=It，最终推出W=UIt。

这样的推导看似繁琐，但每一步都是基于学生已有知识基础上进行的逻辑推导，通过熟悉的情境自我生成、自我构建，比直接告诉学生公式然后进行验证，更符合学生的认知规律。

4    拓展：类比建模在猜想电热与电阻有关时的作用

这样的类比建模，这样的情境创设，对于后面电热的学习也起到了较好的铺垫作用。在研究电热时，在猜想电热为什么与电阻有关时，学生可能联想到以下猜想依据：

（1）箱子在地面上被推动时，地面有阻力，要克服摩擦力做功而发热;

（2）水在小溪里流动会撞击水中的石块，这与电子的定向移动撞击带正电的原子实而产生电热异曲同工;

（3）水从高处落下的时候击打树叶，树叶会跳动，树叶跳动的能量就是来自水落下做的功，会把部分能量传给阻碍（树叶），这部分能量可以看成是内能。

5    结  语

通过类比建模和巧妙的情境创设，再结合前面所学的知识，让学生的猜想有根可寻，概念的建立有据可依[3]。在物理教学中，应充分利用学生的生活经验，进行类比帮助学生突破学习过程中的难点，促进学生形成物理学习的积极心理。帮助学生逐步从“经验型”形象思维向“理论型”抽象思维转化[4]。所以，类比建模不光可以解决电功的影响因素，也能为学生的后续学习打下良好的基础，对提高学生的物理核心素养起到良好的促进作用，值得我们一线老师去追求，去探索。

参考文献：

[1]蒋新.让“猜想”与“情境”融合共生[J].物理教师，2018，39（3）：49-51.

[2]唐安琪，黄云，袁海泉.基于“类比脚手架模型”的电流概念教学研究[J].物理教师，2018，39（9）：30-32.

[3]张静，郭玉英.物理抽象概念教学中的类比脚手架模型的研究进展与启示[J].大学物理，2013，32（3）：19-22.

[4]马佳.类比生活物理情景化解物理教学难点[J].物理教学探讨，2016，34（12）：7-9.

（栏目编辑    刘   荣）