类比方法在科学教学中的运用

郑青岳

摘    要：人对知识的理解是以原有的经验知识或新近获得的经验知识为基础而建构起来的。而从理解的角度看，类比则是人以习得的或新近获得的易于理解的经验知识为新知识的理解提供支撑的一种方法。所以，在理解性教学中，类比方法能够很好地扮演重要的角色，发挥独特的作用，成为广大教师乐于运用的一种教学方法。

关键词：类比;模型;理解;科学教学

人对知识的理解是以原有的经验知识或新近获得的经验知识为基础而建构起来的。而从理解的角度看，类比则是人以习得的或新近获得的易于理解的经验知识为新知识的理解提供支撑的一种方法。所以，在理解性教学中，类比方法能够很好地扮演重要的角色，发挥独特的作用，成为广大教师乐于运用的一种教学方法。那么，我们应当如何运用类比方法帮助学生建构对知识的理解呢？

一、用熟悉类比陌生

就像一个新人走进你的朋友圈与你们结伴一样，你们对他会怀有一种陌生感。学生在学习新知时，也会因对新知的陌生而一时难以将它纳入自己的认知结构。教学中，如果教师能够引导学生从自己的经验知识中找到与新知具有某种相似性的旧知，并用旧知类比新知，以此构成理解新知的框架，学生便可借助旧知建构起对新知的理解。

案例1   串联电路和并联电路

串联电路和并联电路是两种最基本的电路，对于串、并联电路的特点，可以用如图1所示的我们所熟悉的两座桥梁与道路的连接方式进行类比。

在图1甲中，两座桥梁依次连接在一条道路中，人从A到达B只有一条通路。在道路的任一处（如图中的a、b、c中的任一处）进行阻隔，人都无法从A到达B。这可以类比如图1丙的串联电路：两个灯泡通过导线依次连接在电路中，电流只有一条通路。在电路中任一处断开（如打开开关S1、S2、S3中的任一个），电路中都没有电流，灯泡都不会发光。

在图1乙中，两座桥梁并列连接在道路中，人从A可以通过其中任一座桥梁到达B。若在支路a或b处进行阻隔，人无法从其中一座桥梁通过，但可以从另一座桥梁通过。若在干路上的任一处（如图中的c、d中的任一处）进行阻隔，人都无法从A处到达B处。这可以类比如图1丁的并联电路：两个灯泡并列接在电路中，支路上的开关S1或S2只能控制一条支路的通断，即控制一盏灯泡的亮暗;干路上的任一个开关（如S3或S4中的任一个）都能同时控制所有灯泡的亮暗。

二、用宏观类比微观

科学课程中，有许多涉及物质微观图景的知识。由于微观世界是人的感官无法直接感知的，需要依靠我们的想象。要让学生“无中生有”地想象一个微观世界的情景，并用微观粒子的运动及相互作用去解释宏观现象，有一定的难度。对此，可以借助与微观世界情景类似的宏观世界的情景进行类比，以降低学生对微观现象的理解难度。在科学教学中，用宏观类比微观的做法是十分常用的。例如，我们用黄豆和芝麻混合，芝麻进入黄豆的空隙中，使得两者的总体积减小，来类比水和酒精混合总体积减小，说明分子之间存在空隙;用宏观运动的水流类比微观的自由电荷定向运动形成的电流，等等。

案例2   布朗运动

布朗运动是对构成物质的微粒的无规则运动的间接反映，犹如我们在生活中的“树动知风”。在教学布朗运动知识时，要想学会渗透这种间接认识事物的思想方法，教师也可以引导学生进行一番有趣的想象。

师：在一个足球场上进行一场激烈的足球比赛，如果双方足球运动员都是隐形的，人们无法看到他们。那么，我们看到足球场上将是怎样一番情景呢？

生：足球场上只有足球在运动。

师：你看到的足球运动有没有规律？

生：没有规律，我们此刻看到足球在某个位置，但却无法预料下一个时刻将在哪个位置。

师：对于足球运动的原因，你会怎样想？

生：足球本身是不会运动的，它也许是受到别的物体对它的撞击才运动起来的。

师：刚才的情景是我们想象的，生活中其实存在着类似的情景。将一块干的面包片扔到鱼池悬浮在池水中，突然面包片发生了无序的运动。为什么面包片会突然发生无序的运动呢？原来，悬浮在池水中的面包片受到鱼池中来自四面八方的小鱼的追啄，是各个方向小鱼无规则的撞击，才使它产生了无序的运动。这里，面包片的运动间接地反映了鱼池中小鱼的运动。

接着介绍布朗运动现象：悬浮在液体中的固体小颗粒不停地向四面八方做无规则的运动。由于有了宏观现象的类比作铺垫，学生不难理解，悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是由周围的液体分子的碰撞引起的，它间接地反映了液体分子的无规则运动。

案例3   自由电子的热运动、定向运动和电的传播运动

在一个电路中，开关闭合前，导线内的自由电子都在做无规则的热运动，热运动的平均速度为几百千米每秒。当开关闭合后，自由电子在无规则运动上附加了一个定向运动，定向运动是非常缓慢的，其速度要小于1毫米每秒。对一般学生来说，对于微观粒子这种“无规则运动上附加一个定向运动”比较抽象，难以在头脑里对这种运动建立清晰的图像。对此，我们可以用“醉鬼运动”的宏观模型进行类比：设想在某个广场的某个灯柱上靠着一个醉鬼（谁也不知道他在什么时候怎么跑到这儿来的），他突然想起要回家，但由于喝得烂醉，他并不是径直地往家里走去。他先朝一個方向走上几步，然后换个方向再迈上几步，如此这般，每走几步就随意折个方向（如图2）[1]，因为毫无规则地走路，谁也不知道他下一步是朝哪个方向走。也就是说，他回家的行走似乎是跌跌撞撞、漫无方向的。有趣的是，他的头脑似乎还保持着一丝的清醒，所以，虽然在广场上他东跌西撞，走了好长时间，但还是会向家的方向逐渐地靠近。也就是说，他在东跌西撞的无规则的运动之上还附加了一个趋近家里的定向运动。

我们也可以用如图3的“车厢里的蜜蜂运动”的宏观运动来类比：设计在一节大车厢里有一群蜜蜂，而车厢非常缓慢地向前移动。对每一只蜜蜂来说，它相对于车厢的运动是无规则的，但所有的蜜蜂都同时随车厢向前做定向运动。也就是说，蜜蜂的运动就是剧烈的无规则运动上附加了一个缓慢的定向运动。