基于“情境-模型”的类比推理方法教学探索

基于“情境-模型”的类比推理方法教学探索

——记增城区高三物理中心组教研活动

2022年4月7日(周四)上午，在增城区新塘中学举行高中物理中心组教研活动。参加活动的高三中心组成员来自8间学校，区教师发展中心高中物理学科教研员邓治国老师主持活动。活动流程及内容包括：1、新塘中学孙超老师主讲一节复习课：类比分析在模型建构中的应用;2、高三中心组教师评课与备考交流。

一、授课环节：

（一）思维方法界定

类比推理就是基于学生原有认知，对问题的相似属性或结构经过一系列比较和选择，推断出他们在其他属性上也相似的思维推理过程叫类比推理。借助已知事物认识未知事物，借助形象的概念理解抽象的概念，将熟悉问题的分析方法迁移到陌生问题。

(二)基于情境建模型

师生合作基于情境建立模型，在建立模型的过程感知类比推理的思维方法。类比源确定后，就要将两者之间的相似性进行一一对比，第一，比较它们的相似性，若类比源具有某种性质，那么需要学习的概念是否也含有这种性质，即由相似推出相似。第二，相似性比较完之后，进行不同之处的比较。而“推理”则是第二步，也就是不同之处的比较，而推理的关键也就在于这里，在不同中寻找答案，只有对不同属性进行类比才能发现当中新属性，另一方面对新概念也有了完整全面的认识。

二、评课环节：

1.冯坚老师：

本节课“类比推理在情境模型建构的应用”，孙超老师结合学情，先给学生介绍什么是类比推理，让学生明确本节课的学习任务，并为学生本节课的学习打好基础。接着通过列举类比推理在力热光电中应用，让学生通过熟悉的科学家例子亲身感受类比推理的重要性，激发学生学习兴趣。然后通过例题1带电油滴在匀强电场中的曲线运动，调动学生已有熟悉的平抛运动知识储备，通过类比推理快速准确得到答案，化抽象为直观，降低学生的认知水平，让学生轻松解决实际问题。最后通过综合性较强的例题2，采用竖直圆周运动的最低点类比到电场和重力场中等下最低点，让学生有较好的过度。结合本节课，个人建议介绍类比推理方法前先通过电场线的性质及电势能的特点解题，然后再引出解法二类比推理，让学生有种豁然开朗的感觉，同时做到一题多解，拓展学生思维。

2.余洁瑶老师：

孙超老师教学态度积极乐观，对学生的表现及时给与肯定，课堂氛围轻松。譬如在讲解例一时，孙老师说在遇到新的情境时，不要慌，试着想一想与我们学过的那些模型相似，能否用已学的知识进行类比推导。本节课的设计思路在于用类比推理的方法，解决较为复杂的物理情景，孙老师巧选例题，例一通过分析题目条件，判断出物体做匀变速曲线运动，再由轨迹的对称性，类比斜抛运动;例二中的难点在于条件“细线向左偏离竖直方向的最大角度θ=74°”如何使用?孙老师用生活中的摆钟“若摆钟的摆动的角度为74°”来帮助学生类比，并用学生较为熟悉的只有重力场下，竖直面的圆周运动来类比分析例二。本节课设计精巧，只是类比推理是较为灵活的思维方式，而且需要较为扎实的知识基础，非常适合优生，备课过程中我们应针对学生的学情，因材施教，若学生基础不够牢固可以考虑，多设台阶，适当选取题目。

3.孙超老师教学反思：

例一通过对斜抛运动的特征分析，特别是最高点的受力分析，让学生归纳出合力就是轨迹对称轴，把这一分析过程和原理迁移到本题中，让学生通过最低点的受力分析发现本题是一个类平抛运动，把斜抛翻转180度，就和本题图像类似了，这样就可以准确找到和力的方向，即轨迹的对称轴且指向凹侧，从而确定电场的方向。从学生熟悉的情境到陌生的解法，然后又回归到熟悉的原理。后面应该把类平抛再展开讲细一些，让学生类比两个模型的相似和不同之处，虽然两个模型类似，但还是有些不同点。首先重力场和电场是两个不同性质的场，其次平抛运动必须初速度水平方向，且加速度为g，方向竖直向下。但类平抛只是力的方向和初速度方向垂直，加速度是定值，但不一定为g，方向也不一定竖直向下。平抛运动只是类平抛运动的一个特例。例二难度有点大，需要用等效重力场的思维。先用学生最熟悉的重力场的单摆摆动的对称性，迁移类比到本题最大摆动角度的处理，进而找出等效场的方向，从而求解出等效场的大小。接着再用重力场找等效最低和最高点的思维去找出等效场中的等效最高点和最低点。最后用重力场求解竖直方向圆周运动的最低点拉力和恰好完成圆周运动的思维方法迁移类比到等效场中求解相应的问题。还是从学生熟悉的情境到陌生的解法，然后又回归到熟悉的原理。

类比推理应用课堂学生出现的问题反思

1.由于类比推理过程的运用是以已有知识为基础的，面对新的物理问题情境，学生需要根据问题情境当中的已知条件联想到已经学习过的知识或方法。然而在实际教学中，学生往往对知识点理解不透彻，掌握不全面，导致学生抓不住重点，对类比无从下手。但在教学过程中这种现象又不可避免，花大量时间在之前的知识上，教学效率和进度将大大减弱。因此，就需要教师有引导性的、有针对性的强化某些概念的特征，只对其中某一特征进行类比寻找，且这一特征又是大部分学生所熟知的，减小类比源寻找的难度，使学生在巩固之前知识的基础上对新课内容又有所联系。

2.类比对象也就是我们待解决的问题，一般是对其了解比较少的，有待我们去挖掘的问题。知识是连续且有规律的，我们在认识某一类新知识时，一定是在一些已经熟知的知识基础上进行的，使知识的连续是由浅入深的，这样才能使知识间的联系更清晰化，因此，这也使得在选择类比源和类比对象时常常依靠知识间的相似性，或者常常依靠直觉，这极有可能造成类比结果的不正确。

3.从其过程性来看，类比推理是需要学生有一定知识的积累，通过思维和推理使原本不同的事物联系起来，在不同中寻找相似点或相似属性从而推理出新知识。从更大更广泛的角度来看，任何两个事物之间都具有相似性，只是不同的人观察的角度不同，认识的相似程度不同罢了，类比建模的方法不仅可用于同类事物之间，也可以用于不同事物之间，因此我们说类比源是广泛存在的。类比成功的一个重要因素是类比源的选择，必须有效的进行类比源的选择。如自由落体运动的规律与匀变速直线运动的规律进行类比;万有引力定律和库仑定律进行类比;电场和磁场类比等等，都是两类独立的概念或规律进行类比。因此，我们会发现，类比源的确定十分关键，否则将很难进行类比推理，更无法建立出物理模型。

三、邓治国老师总结：

新塘中学是我区物理教学质量很好的学校，各教师有特点，也是有专业追求。这节课的优点很多，比如说从学生熟悉的情境到陌生的解法，然后又回归到熟悉的原理;从学生认为的简单的重力场到复杂的叠加场再回归到简单的一个力场;不管熟悉到陌生或者简单到复杂，有一点不变的就是方法是一样的，想问题的思路是一样的。

孙超老师说：从这节课的结果来看，学生对这个模型没有吃透，并说要再注重基础。我个人的感受是：基础就是知识吗?知识形成的条件与结构是否也是基础。或者说学生现有的知识是怎样来的?是问题情境背景下体验习得的，还是抽象的模型应用训练的。大家是学物理的，可能有这样一个感受，就是物理一旦悟到了，仿佛是头脑打开了一扇门一样开阔了。这个感悟需要有一个由量变到质变的过程，或者说刚才说到的灵性似乎不够，更具体的是身体的参与度不够。靠机械训练吗?能否让大多数学生的脑子动了?

梅洛-庞蒂知觉现象学认为，人通过身体认识世界，身体是人认识世界的通道，身体知觉具有认识世界的能力，它是人认识世界的基点。在这样的观念之下，当下的教学首先要承认身体知觉在学生认识事物过程中的基础性。就是说，师生在获取知识时，摆在第一位的不是知识或概念、不是记忆别人的思想和话语，而是打开师生的感官，进而有效协调身上的每个器官，让师生的身体知觉认识世界，因为感官运动的过程就是认知过程和思考过程。触觉、视觉、听觉、味觉、嗅觉共在的合作，可以使学生更全面地感知世界，理解事物之间的关系，并用自己感知的结果解释其他事物。

在交流的过程中听了几位教师的发言，讲到了一些优点，还有需要改进的地方，如：冯坚说第一题不按“类比推理”方法也可以做，乾锋说教学目的是“类比推理”，但为目的达成过程中缺乏力度;洁瑶说普通班用这种方法教难度大，重点班一点就通。……。这带来一些可以讨论问题：做以“类比推理”为目标的教学合适否?思维方法能成为教学目的吗?到底如何做这个“类比推理”的教学?

与其做琐碎的讨论，不如放在一个设计策略的框架下审视。

首先，思维方法的体验是需要载体的，再者，学生体验思维方法是需要契机的，还有就是教师的归纳提炼要适切。一个问题情境会有不同的解读方式，如一个题就有多种解法。还有就是学生如何学?是被动还是主动?如何让学生主动起来?高三的二轮的本质目标是知识技能、过程方法，还是思维方式及其多样性。基于这些目标与原则，可以不动素材，只动素材呈现的顺序与要求。

(一)先做后讲，方法分类，引出类比思维

在平静下来后，让学生做例一，并且限时比赛，看谁先做出，听听他的思路。目的是让学生“八仙过海各显神通”，方法越多越好，假如没有学生用“类比推理”则更好，因为“反差冲击”会印象深。目的是类比推理这个思维方法的体验，那么学生的多种解法是“散”，教师点拨回归是“聚”。这一聚就是给学生一样“新兵器”，一个思维开阔的机会。

假如每个学生只有一种解法，通过今天的学习可能有两种解法，甚至一讨论有三种解法，这就让学生到真正的解题的时候变得手上工具多，并不是说这个题该不该用“类比推理”，而是让他意识到这样一个方法是一个武器，甚至是不熟悉的一个武器，将来说不定能够派上用场，不是在这个题，是其他题。

开始不要急着把“类比推理”这个概念推出来，以退为进，老师先退出来让学生先上去，目的是让学生想法“泛滥”，到时候趁机去收，这一收就让学生折服，欣喜，感觉更简单了。

(二)依然先做后讲，体验并巩固类比思维

第二个例题也是让学生做，比过程，看问题，针对问题展开，自然过度到“类比推理”的方法上，起到点睛一笔，在铺垫下，资质高的一点即通。

学生做了这两题后提炼归纳。比如类比平抛，翻转一个180°角度即可，点拨在此，稍作停留，得意的望向学生。言简意赅的表现镇住学生，在这个时候学生可能就有悟的可能，因为在他做法的基础之上还有其他，相当于还有高手，于是他就有悟的机缘存在，所以要给这个机缘提供一个机会。第2题也是这样，教师将复杂的力等效为一个力，一个力场，然后解决问题，顺带拓展其言外之意，运动的独立性，运动和力的关系，某一个方向上受力和在垂直这个力的方向上的运动是无关的。至于为什么速度或者运动形态会变化，是因为合起来表现的一种内容形式。在哪一个方向上面有受力才导致是在这个方向上运动有变化，才导致整个宏观上有变化，如果把这个细节找到了，原因就找到了。

(三)趁热打铁，以思维方法为核建构知识结构与思维模型

展示这节课重要的几张ppt,然后归纳出类比推理的概念，让学生的认知从点上升到面，从而有了知识结构性与思维模型化的可能。类比推理是一种特殊的推理方法，在学习过程中，利用现有的知识解决新问题，将新知识和新问题与现有的类似知识进行比较，实现知识和方法的迁移。

(四)少讲多练要注重讲什么练什么

高三的备课中，常听到“少讲多练”，然后注重思维方法的体验。这个方向是很好的，但练什么，讲什么，对学科没有认知与理解、学科思维方法可视化等问题心里没底，“讲练”的方向就容易跑偏。少讲，重点在讲的理解。不是说你少发言，字数少，而是讲的东西要精炼准确，有启发性共情性。讲，不是为了讲而讲，而是对着问题情境“有话可说”，是能推动学习进行的。什么时候讲恰当?需要在什么条件或者是情境下，把你最想讲的东西自然讲出来，这些讲是过程分析是点拨提炼。练什么?选好思维载体很重要，重复去情境的抽象试题是填鸭式教学，不是入脑走心的教学。

一时想到吴加澍老师的一篇文章的片段，对讲什么练什么有启发。附上：

例

如，"超重和失重"的教学，可用图1所示的器材(粗糙的横杆上搁放两块异名磁极相对的环形磁铁)，通过实验演示来加深对所学知识的理解。然而，即使用同样的器材、做同一个实验，不同的教师却是教法各异∶

(师1)演示实验：手持横杆使磁铁由静止开始向下运动，问学生观察到了什么现象(磁铁吸拢)，并解释所见现象。

(师2)先演示：使磁铁由静止开始向下运动，让学生观察并解释所见的现象;再演示∶让磁铁由静止开始向上运动，仍见磁铁吸拢(学生大感意外)，启发学生分析并解释所见的"反常"现象。

(师3)先提问题：当磁铁由静止开始向下运动，会发生什么现象?让学生在思考的基础上作出预测，而后演示实验，要求学生观察并分析实验现象;接着再提问题;若磁铁向上运动呢?

比较这三位老师的教学，可以看出，师2要比师1好，因为他对实验的开发更为充分，通过变式实验使学生对超失重现象的认识更加深入。而师3的教学又与师1、师2不同，他是从提出问题、学生预测入手，这样更能引起学生的认知冲突，激发他们的思维活动，因而教学效果也就更好。

如果把师1、师2的实验演示策略归结为"演示→观察→解释"，那么师3的策略就是"预测→观察→解释"。粗看起来两者似乎大同小异，但却有着内在的实质差异。这是因为，教师所以采用不同的策略和教法，是基于他们对一些关键问题的不同理解与判断。例如∶

美于科学的发生——究竟是始于问题，还是观察?关于学习的主体———是具有前概念的个体，还是"白板、容器"?关于学习的过程--—是自主建构，还是传输接受?等等。

概括地说.上述不同反映的也正是教师的"学科教学知识"水平的差异。还有更多的案例可以说明，决定教学优劣的主要原因，往往不是教师学科知识的多少.也不是一般教学法知识的多少，而是取决于教师所拥有的特殊的专业知识，即学科教学知识的多少。

如有侵权，请联系本站删除！