徐杰

摘 ? 要：類比建模是物理學(xué)習(xí)的一種重要方法，特別在對物理概念的建構(gòu)上起到很重要的作用，而猜想是物理探究實驗中必不可少的環(huán)節(jié)。如何正確引導(dǎo)學(xué)生進行“有效”猜想，筆者從“電功”案例入手，通過類比建模，讓學(xué)生在物理情境中理清本應(yīng)在高中才掌握的知識——電流做功的微觀過程，在啟發(fā)學(xué)生猜想的同時也完成了對電功概念的初步建立，為后面的探究驗證打下良好的基礎(chǔ)，也為后續(xù)電熱的學(xué)習(xí)做了鋪墊。

關(guān)鍵詞：類比建模;猜想;情境

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0026-2

類比建模是用已知的事物或知識來類比學(xué)習(xí)陌生的知識[1]。根據(jù)新課程理念，“猜想”是探究性教學(xué)中必不可少的一個環(huán)節(jié)，正確的猜想應(yīng)該是促進學(xué)生思維發(fā)展，建立在一定經(jīng)驗和基礎(chǔ)之上的合乎情理的猜想，而合乎情理的猜想除了與學(xué)生已有的經(jīng)驗和基礎(chǔ)有關(guān)，與老師在課堂上所呈現(xiàn)的“情境”也是密不可分的[2]。

1 ? ?緣起：在電功概念引入時直接先告訴結(jié)論再進行驗證

蘇科版物理九年級下冊第15章第1節(jié)《電能表與電功》中對于電功概念的引入，教材直接給出概念——電功：電流所做的功。電功大小與加在用電器兩端的電壓、通過的電流和通電的時間有關(guān)。特別是影響電功大小的因素，教材中直接給出了結(jié)論，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生很多認識上的障礙。因為在初中物理中，影響因素一般都是通過實驗現(xiàn)象、猜想、探究等模式分析出來的，很少有直接給出影響因素然后進行探究驗證的。在學(xué)生感到困惑的同時，很多老師也會產(chǎn)生疑問，為什么不先對電功的影響因素進行猜想、探究，而是直接給出結(jié)論，這不符合學(xué)生的認知規(guī)律。

2 ? ?難點：教材編寫的現(xiàn)實考慮

舊版蘇科版物理九年級下冊中有先猜想、再探究的模式，后來將之修改。因為依據(jù)學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)的歐姆定律的有關(guān)內(nèi)容，較多學(xué)生也許能夠猜想電功大小與電壓、電流有關(guān)，也有學(xué)生猜想與電阻有關(guān)。但學(xué)生無法解釋為什么與這些因素有關(guān)，這與沒有相應(yīng)的物理情境作為鋪墊有關(guān)。這樣的猜想只能是無本之源，就算是猜想也是偽猜想或者是看了書“幫”老師猜想。影響電流做功大小的因素涉及到高中物理知識，即電功是因為電場力推動電荷在做功，由W=Fd，因為F=EQ、E=U/d得W=UQ，而Q=It，所以最終W=UIt。但由于知識的限制，初中學(xué)生無法理解電場力等，故無法從微觀角度去解釋。

由于電功是學(xué)習(xí)電功率、電熱等后續(xù)知識的基礎(chǔ)，故而編者只得直接先告知結(jié)論，等學(xué)生學(xué)習(xí)到一定程度或進入高中再去解決。所以，編者把舊版教材中的猜想、探究等環(huán)節(jié)刪除，直接告訴電功的公式，進行了驗證性實驗，但這樣做也為學(xué)生的思維留下了一定的障礙。

3 ? ?策略：基于類比建模的改進方法

首先，用類比的手法解釋為什么電流能做功。通過前面的學(xué)習(xí)，我們將電流類比成水流，在有水位差時就可能形成水流;同樣，如果有電勢差（電壓）時，也可能形成電流（通路）。水從高處落下水被做功;電荷從電勢高的地方被推向電勢低的地方同樣被做功。

解決電流做功與電阻無關(guān)的問題，通過前面機械功的學(xué)習(xí)我們知道，水平推力在對地面上的物體沿水平方向做功時，由W=FS可知，推力所做的功與地面的粗糙程度無關(guān)。學(xué)生有前面的知識做鋪墊能夠很快意識到，與此類似，電流做功與導(dǎo)體的電阻也無關(guān)。

創(chuàng)設(shè)情境：裝有相同水量的箱子從不同高度落到同一地面上，重力對水箱哪一次做的功多。通過前面動能、勢能、機械能的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠意識到水箱從較高處落下時重力對水箱做功更多。同樣，如果裝有不同水量的箱子從同一高度落下，重力對水箱做功又是怎樣的？

這里將不同高度差類比成電勢差，即電壓大小，將裝在箱中的水量類比成電量的多少，將重力對水做功類比成電場力對電荷的作用，從而由機械功的W=Gh，類似得到電功W=UQ（Q為電量）。根據(jù)生活中的經(jīng)驗，箱中放入水量的多少，可以設(shè)想將水箱放在水龍頭下，由放水時水流的大小和放水的時間所決定，所以同樣電量也由電流大小和通電時間決定，這與Q=It不謀而合。由Q=It，最終推出W=UIt。

這樣的推導(dǎo)看似繁瑣，但每一步都是基于學(xué)生已有知識基礎(chǔ)上進行的邏輯推導(dǎo)，通過熟悉的情境自我生成、自我構(gòu)建，比直接告訴學(xué)生公式然后進行驗證，更符合學(xué)生的認知規(guī)律。

4 ? ?拓展：類比建模在猜想電熱與電阻有關(guān)時的作用

這樣的類比建模，這樣的情境創(chuàng)設(shè)，對于后面電熱的學(xué)習(xí)也起到了較好的鋪墊作用。在研究電熱時，在猜想電熱為什么與電阻有關(guān)時，學(xué)生可能聯(lián)想到以下猜想依據(jù)：

（1）箱子在地面上被推動時，地面有阻力，要克服摩擦力做功而發(fā)熱;

（2）水在小溪里流動會撞擊水中的石塊，這與電子的定向移動撞擊帶正電的原子實而產(chǎn)生電熱異曲同工;

（3）水從高處落下的時候擊打樹葉，樹葉會跳動，樹葉跳動的能量就是來自水落下做的功，會把部分能量傳給阻礙（樹葉），這部分能量可以看成是內(nèi)能。

5 ? ?結(jié) ?語

通過類比建模和巧妙的情境創(chuàng)設(shè)，再結(jié)合前面所學(xué)的知識，讓學(xué)生的猜想有根可尋，概念的建立有據(jù)可依[3]。在物理教學(xué)中，應(yīng)充分利用學(xué)生的生活經(jīng)驗，進行類比幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)過程中的難點，促進學(xué)生形成物理學(xué)習(xí)的積極心理。幫助學(xué)生逐步從“經(jīng)驗型”形象思維向“理論型”抽象思維轉(zhuǎn)化[4]。所以，類比建模不光可以解決電功的影響因素，也能為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，對提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)起到良好的促進作用，值得我們一線老師去追求，去探索。

參考文獻：

[1]蔣新.讓“猜想”與“情境”融合共生[J].物理教師，2018，39（3）：49-51.

[2]唐安琪，黃云，袁海泉.基于“類比腳手架模型”的電流概念教學(xué)研究[J].物理教師，2018，39（9）：30-32.

[3]張靜，郭玉英.物理抽象概念教學(xué)中的類比腳手架模型的研究進展與啟示[J].大學(xué)物理，2013，32（3）：19-22.

[4]馬佳.類比生活物理情景化解物理教學(xué)難點[J].物理教學(xué)探討，2016，34（12）：7-9.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）