對初中物理教材中類比法引入電壓的一點看法

路永寧

摘 要：從對初中物理的教學(xué)實踐的反復(fù)比較研究中，發(fā)現(xiàn)對電壓概念的教學(xué)過程已經(jīng)不太適合學(xué)生的學(xué)習(xí)，我們應(yīng)該，也必須從新課程標準的不斷學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟中，從對學(xué)生的了解中，不斷提高我們對教材的把握能力。

關(guān)鍵詞：初中物理；電壓；類比；義務(wù)教育物理課程標準

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）6-0036-3

德國哲學(xué)家黑格爾曾給類比方法以這樣的評價：“類比的方法應(yīng)在經(jīng)驗科學(xué)中占很高的地位，而且科學(xué)家也曾按照這種推論方法獲得很重要的結(jié)果?！痹诔踔形锢斫虒W(xué)中，我們也經(jīng)常用到類比，而且從中受益。但是，在我們的教學(xué)中有時也會不太恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用“類比”。比如，初中物理教材中關(guān)于“電壓”的引入時，所應(yīng)用的“類比”就不是很適合。

關(guān)于電壓的引入，不同版本的教材，表述的內(nèi)容和方法不同，下面列出四種版本的教材的“電壓”引入：

1.蘇科版教材（九年級上冊第十三章第四節(jié)）中是這樣引入的：如圖1【原文為圖13-25（a）】所示，水管中水流的形成是由于水管兩端存在著水壓差，而水泵的作用是不斷地將水從乙處抽到甲處，使水管兩端維持一定的水壓差。與此類似，電路中電流的形成是由于電路兩端存在電壓。電源的作用就是維持正、負極間有一定的電壓，如圖1【原文為圖13-25（b）】所示。

4.Applied Physics（美國的一種版本的原版教材）

The source is the object that supplies electric energy for the flow of electric charge （electrons） in a circuit. The dry cell is a device that converts chemical energy to electric energy. How the cell does this will be studied later in this chapter. Here， we simply state that， by chemical action， electrons are given energy in the cell. When energy is given to electrons in this manner， their electric potential energy is raised.

What does “electric potential energy” mean？ The flow of charge in an electric circuit is often compared to the flow of water in a hydraulic system， as shown in【Fig.16.19（b）】.（見本文圖3） Water naturally flows from a position of high potential to a position of low potential and performs work in the process， such as turning a waterwheel or turbine. A pump is needed to return the water from its low-potential position to its high-potential position. There is a difference in potential due to its position. Work has been done in lifting it against gravity to the higher position. In a source of electric energy something similar happens. In the source （the battery）， work is done on electrons that gives them potential energy. This potential difference between the high-potential energy energized electrons [ at the negative （-） pole] and the low-potential energy electrons [at the positive（ （+） pole] causes the electrons to flow from one point （-） to the other （+） when connected【Fig.16.19（a）】（見本文圖4）

首先，我們來了解一下類比的基本特征。類比是一種邏輯推理，也是抽象思維的一種基本形式，它通過聯(lián)想，把未知的、異常的研究對象和熟悉的、尋常的事物進行對比，然后依據(jù)兩個對象具有的共同的性質(zhì)推出研究對象具有相應(yīng)性質(zhì)的一種方法。基于類比這樣的特征，類比通常就有兩個基本環(huán)節(jié)：一是根據(jù)研究目的，從研究方法、現(xiàn)象特征、因果關(guān)系等方面的相同或相似之處入手，選擇熟悉的、尋常的事物作為類比對象；二是通過比較，展開聯(lián)想，進行合理推理。

從類比的基本特征來看，用 “水泵”抽水，進而水管里的水產(chǎn)生“水壓”，使水管里的水按照既定方向流動，是我們再熟悉不過的尋常事物。因此，我們選擇“水壓”作為熟悉的、尋常的事物作為類比對象，無可厚非。但是，事實是絕大部分學(xué)生對水輪機、閥門、水泵，或者是原版的美國教材中說到的“Tower”都不熟悉。筆者得出這個結(jié)論是有依據(jù)的，在最近三屆初三學(xué)生中，在學(xué)習(xí)到電壓這部分內(nèi)容時，筆者設(shè)計了一個同樣的問題：你在什么地方看到過水泵，知道水泵有什么作用嗎 ？2011屆初三三個班的118個學(xué)生中，不熟悉的學(xué)生人數(shù)為91人；2013屆初三三個班的123個學(xué)生中，不熟悉的學(xué)生人數(shù)為95人；本屆初三三個班的120個學(xué)生中，不熟悉的學(xué)生人數(shù)為87人（統(tǒng)計方式是以學(xué)生舉手數(shù)人數(shù)的形式進行的）。原因在哪里？筆者以為是我們對學(xué)生的前概念認知了解不夠，用自己的生活經(jīng)驗替代了學(xué)生的生活經(jīng)驗。細想一下，對水泵、水塔這些東西很熟悉的人，大概至少是40歲以上，對老式工廠、農(nóng)村環(huán)境比較熟悉的人。現(xiàn)在，水泵哪里有——高樓的地下高壓泵房（一般不允許人隨意進入）、農(nóng)村農(nóng)田灌溉、城市河道清理現(xiàn)場，這些都離我們現(xiàn)在的大多數(shù)學(xué)生的生活比較遠。

其次，義務(wù)教育物理課程標準中，對于課程性質(zhì)是這樣要求的：義務(wù)教育物理課程應(yīng)注重與生產(chǎn)、生活實際及時代發(fā)展的關(guān)系。此階段的物理課程應(yīng)關(guān)注學(xué)生的認知特點，加強課程內(nèi)容與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注科技進步帶來的社會進步和問題。顯然，隨著時代的發(fā)展、科技的發(fā)展、生活經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改變以及生產(chǎn)方式的進步，改革開放初期至上世紀末，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的水泵、水塔這些為老師所熟悉的事物，已經(jīng)和現(xiàn)在的學(xué)生所能熟悉的生產(chǎn)、生活實際相差甚遠。物理來源于生活，我們將一個個我們熟悉的生活素材帶進課堂時，要思考每一個事物蘊含的物理意義和學(xué)習(xí)價值，只有在它貼切地、精準地指向概念的本質(zhì)，揭示概念的內(nèi)涵，而且符合學(xué)生的認知特點和認知規(guī)律從而能促進學(xué)生的物理理解時，它才是有“意義”的。物理課堂對學(xué)生的吸引力，直接影響著學(xué)生對物理的感受、興趣和學(xué)習(xí)的長效，增強課堂的吸引力方式有很多，用物理教材所列出的材料中所蘊含的教學(xué)思考、物理思維方式、物理之美來吸引學(xué)生，應(yīng)該是當(dāng)下貫徹新課程理念教學(xué)的一種境界。就物理學(xué)習(xí)而言，初次接觸某一個概念或原理時，我們往往只看到它最樸素、最簡單的形態(tài)，其功能和優(yōu)勢往往要在未來的學(xué)習(xí)中才能領(lǐng)略到。我們用水壓類比電壓，意在用水壓這個概念，輔之水泵、水輪機、水塔這些看似樸素、簡單的事物，讓學(xué)生既能領(lǐng)略到水壓這個概念的內(nèi)涵，也能開啟對電壓的認識。但是，從最近幾屆學(xué)生學(xué)習(xí)電壓的反饋來看，預(yù)設(shè)的目標很難達成。

事實上，用“以水壓類比電壓”是為難學(xué)生了。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.物理課程標準[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]王溢然，束炳如. （中學(xué)物理思維叢書）類比[M].鄭州：河南教育出版社，1993.

[3]楊震云.淺談物理教學(xué)中的“理解”[J].物理教學(xué)探討，2011，（3）：6.

（欄目編輯 羅琬華）