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摘 要：类比联想是物理教学的重要方法， 模型建构能力是科学思维的基础和工具。 本文阐述了利用类比联想构建物 理模型的方法，指出初中生物理模型建构现状， 以及类比联想方法在物理教学中的应用， 对学生知识的迁移， 能力的发展 有促进作用； 指出了在利用类比联想时， 教师可能步入的误区。
关键词：核心素养；模型建构；类比联想
新一轮高考改革对物理核心素养中的科学思维 素养进行了具化，提出了 5 种关键能力：理解、推 理论证、 模型建构、实验探究和创新能力。[1]模型 建构能力是科学思维的基础。物理模型建构的方法 有：抽象概括、理想简化、类比联想、等效替代和 假设验证。培根认为类比联想支配了发明，诚然人 类发展史上的不少伟大发现都依靠类比联想。初中 阶段让学生掌握类比联想建构物理模型的方法， 对 提升其学科核心素养大有裨益。
一、类比联想方法建构模型的概述
类比是从两个对象某些相同或相似的性质判断它们在其他性质上也有相同特点的推理形式。两个 事物有时看似不同，但由于某些性质相似，对其中 一个有理解后另一个也可以得到相同的规律。现实 生活中这样的物理模型数不胜数，如初中阶段学习 的声波，声波看不见、 摸不着，这对于初中生来说 是抽象的，教师仅凭语言恐怕无法让学生理解。教 师引导学生联想自己或见过他人朝水面扔石块的经 历，就能引导学生建立一个以水波代替声波的物理 模型。初中阶段常见的：电流类比水流、电压类比 水压， 原子模型和行星模型间的类比等。表 1 是初中阶段常见的利用类比联想方法建构物理模型的一 些实例。
二、 初中生物理模型建构的现状
据调查，初中生在建构物理模型时普遍存在下 面一些问题：
⑴由于学习过程中很少接触物理模型及建构， 因此对物理模型的概念及认识模糊，甚至会有错误 观念， 头脑中没有典型模型的例子。
⑵学业负担的繁重让学生普遍认可建立物理模型意义就在于能更方便套用公式或解题模式来做题 或考试。
⑶大多数学生主动学习的自主性不强， 不会对 所学的模型进行分类、归纳与总结，没有模型建构的体系。
⑷学生模型迁移组织能力弱，缺少程序化训练， 缺少模型建构的体验。
⑸学生在物理模型建构过程中，存在障碍：在物理模型建立时，不会提取有用信息，无法将物理 问题转化为物理模型；在对模型进行分析时，对问 题情境中的已知量、未知量和物理模型不理解； 在 应用物理模型时，由于数理结合能力弱，相关物理 规律及定律也不能正确选用。
三、类比联想方法建构模型在教学中的应用
应用类比联想方法建构物理模型可以帮助学生 将抽象的物理问题转变成形象直观的物理现象， 促 使学生越过思维障碍。例如建立“分子间的相互作 用”概念时，将连接橡皮筋的两个小球受到的弹力 类比两个分子间存在的相互作用；为了弄清电流形 成的原因，用类比联想建立起电流与水流的模型； “声音的传播方式”中巧妙地将声波联想到水波的 实物模型；用粘有塑料颗粒的气球联想到宇宙， 类 比宇宙膨胀，帮助学生理解宇宙大爆炸模型等。
1．加强知识与生活联系，促使新旧知识迁移
类比联想法可以分为生活现象类比和物理理论 类比。将陌生物理现象与贴近学生生活的现象进行 类比联想从而建立模型，可以帮助学生找出联系， 生成概念理解规律。
抽象性强的物理模型巧妙运用理论类比，将物 理知识中的抽象概念、规律和常见事物类比，找出 某一方面的共同属性，将新旧知识进行迁移，完成 模型的迁移。
以“光的折射”教学为例：光从空气斜射入水 中时会发生偏折，折射角小于入射角。在传统教学 中是通过实验，激光笔多次从空气斜射入水中， 确 定好入射角测量出折射角得出关系。短时间内学生 可以记住规律，但是根据艾宾浩斯遗忘曲线，时间 一长，折射规律就被遗忘了。因此，教师在教学时 可以引导学生联想到“大人牵着小孩走路时，大人 以自己的速度，不去配合小孩，会有什么现象呢？ 那么大人就会向小孩一侧偏转。”类比到一束光斜射 经过不同介质， a 点已经进入其他不同种类的介质 2，速度要发生改变， b 仍在介质 1 中，保持原来的 速度，因此光斜射入不同介质时会发生偏折，如图 1 所示。[2]
通过类别联想，建立光的折射模型，不仅有助 于学生对光折射的理解，还能促使学生联想到光的 折射与光速变化的关系，将已掌握的知识迁移、应 用、内化。
以“焦耳定律”为例：通电导体为什么会产生 热量呢？教师在课外拓展时可以引导学生回想小时 候玩的“滚弹珠”游戏。弹珠从装满钉子的斜面上 滚下，一旦与钉子发生碰撞， 弹珠动能装化为内能， 再发生热传递给钉子（见图 2）。那么这个现象与焦 耳定律有什么关联呢？
通电导体一般是铜导线，属于金属，金属是晶 体，内部原子是规则排列的。自由移动的电子在晶 体结构内流动。现在就可以将自由移动的电子类比 弹珠，晶体结构类比布满钉子的斜面。当满足闭合 回路通上电压，产生电流之后，这些电子就自由移 动起来了，随后与晶体结构碰撞，动能转化为内能， 产生热量，晶体结构的晃动剧烈，导体温度也就升高了。
通过类比联想方法建立“滚弹珠”与焦耳定律 的模型，帮助学生抽象知识与规律形象化地理解， 同时做到了“寓教于学， 寓教于乐”。
2．发展联想思维， 培养推理能力和创造能力
科技的高速发展，对人才也有了更高的要求， 新时代更注重的是发展学生思维，提高思维能力[3]， 从而将所学的知识构建成立体网络。
以“伽利略理想斜面实验 ”为例，这是物理学 史上实验与推理结合的典范。那么伽利略是怎样进 行他的推理的呢？他想到：接触面光滑的情况下， 小球从一侧斜面 A 点无初速度滚下， 不受到摩擦， 没有能量的损失，最后它会到达斜面的另一侧同样 高度的 C 点。把斜面的倾角减小，情况同样如此， 小球会找到同样的高度再滚下。推理到水平面， 就 是小球还会滚上另一侧斜面，直到找到同样的高度， 但是小球找不到这样的高度就会一直运动下去，如 图 3 所示。
比如在学习“电功率”时，多数学生会联想到 功率但是不一定会进一步联想到速度，这些都是描 述物体做运动或做功快慢的物理量。教授新课时教 师适当引导学生多联想已有的知识，有助于及时复 习，也能帮助学生建构起物理知识点之间的联系， 由点及线， 由线及面，构造立体网络。
模型的联想、 推理得出了规律，在这个思维过 程中层层递进、各抒己见，不仅可以提高积极性， 类比、联想、推理能力也获得提高。
3．加强学科联系， 实现学科整合
类比联想方法建立模型，不仅可以在本学科的 知识系统内进行，还可以与其他学科如生物、数学、 体育模型等结合，增强物理学科的趣味性。
以估算中学生的体积为例。体能测试时会测量 中学生的质量大概是50 kg ，结合到物理， 中学生的体积如何计算？这只要用密度公式决，可是进一步考虑到中学生双脚站立时对地面的 压强大约为104 Pa ，这个结论学生记得快忘得也快。 为了让学生知其然，知其所以然，巧妙地理解就需 要通过类比联想，建立物理模型。人血液的密度和 水的密度相近，人的形状又与长方形柱体相似， 所 以可以将站立的人和与人等高的水柱类比，建立起 人体与水柱的模型，如图 4 所示。
篮球运动员传球时，撞击地面的篮球还能准确回 到队友手中，篮球反弹的方向与哪些因素有关呢？ 如图 5 所示， 将弹性小球类比篮球， 压缩的弹簧类 比运动员施加在篮球上的力，由此建立起模型（图 甲）进行猜想：①与小球撞击地面前是否旋转有关； ②与小球撞击地面时的入射方向有关； ③与地面的 粗糙程度有关。
对于猜想①, 联想到旋转的乒乓球打到球台后， 反弹的路线发生明显变化，判断猜想①是正确的。
为验证猜想②和③,我们可以设计如图甲所示 的装置，每次都让弹性小球从压缩了相同长度的弹 簧的下端，由静止弹出并撞击地面，分别改变地面 的粗糙程度和小球的入射方向与地面的夹角α , 测 出小球撞击地面后的反弹方向与地面的夹角 β ,记 录数据如表 2 所示。
物理情境新颖有趣，生活化，趣味化可以类比 联想到许多物理规律：小球入射及撞击到地面后的 反射路径可以与所学的光的反射类比；小球与不同 粗糙程度的地面撞击后反射的角度不同，联想到探 究摩擦力的影响因素中的接触面粗糙程度；理想实 验法是本题的思想研究方法联想到与探究阻力对物 体运动的影响实验方法相同。
以上两个例子都是与体育学科相结合的利用类 比联想方法建立物理模型，将学科融合的例子。像 这样的类比联想模型还有很多：传感器可以类比联想到生物中的反射弧；电场等势线可以类比联想到 地理等高线；运动学中的参考系可以类比联想到语 文中“游云西行而谓之东驰”的古诗词。学生切身 参与了这些建模过程，可以体会到类比联想方法建 立物理模型的全部过程与魅力所在，既加强了学科 横向联系又促进了学科整合；既减轻学生的思维障 碍又增强学生学习兴趣和自信心。
4．类比联想法建立模型有助于学生适应“双减”
“双减”政策下，如何处理丰富的教学内容与 减少的教学时间的矛盾至关重要。让学生在更短的时间内掌握更全面的知识、促进思维的发展、提升 能力，利用类比联想方法建立模型是一种有效方法。 通过已掌握的基本模型迁移到待研究的新模型， 促 进知识迁移，对提高学生学习效率有很大作用。
四、 注意误区
类比联想法建构物理模型在模型教学中涉及广 泛，但是教师在引导学生使用时也有一些注意点。
1．避免“抽象化”
类比联想方法建构的物理模型常常是贴近学生 实际生活的形象化事物或现象，不能把抽象类比抽 象，也就是说不能让学生接触到的类比的对象是不 熟悉的或是头脑中没有这个概念的。比如说，我们 在帮助学生理解原子核所占原子的大小时，我们是 将原子比作乒乓球，原子核只有针尖般大小。乒乓 球和针尖都是初中生了解的，这样的类别也就自然 而然，但是如果将原子核比作苹果大小，那么原子 大概就有地球那么大，这样的类比对初中生来说还 是抽象的，地球很大，学生没有这个概念，无法想 象地球到底多大，那么也就不能联想原子核到底多 小，所以这样的类比联想建立起的原子原子核模型 就不恰当。 [4]
2．避免“简单化”
类比联想方法建立模型目的就是为了简化思维 过程，通过形象化的事物习得抽象化的规律，但是 这不意味着就要失去正确性。物质的密度与组成这 类物质的分子质量和分子间排列紧密程度有关， 若 只用水蒸气和水在分子质量上相同就认为密度一 样，这样的类比方法就是错误的。
3．避免“复杂化”
为了降低教学的难度，要求把复杂问题简单化， 选择类比的事物要原理明晰，结构简洁。教科书上 的水通过水轮机转动和电流通过灯泡发光类比， 简 洁明了地体现了它们的共同点。如果真的把复杂的自来水供水系统结构图展示在学生面前，学生面对 着庞杂的模型图也只会一头雾水。教科书上电动机 和发电机的工作原理模型图给出也十分简练，学生 只要理解了一个线圈在磁场中的转动，多的线圈的 转动情况类似，联想电动机和发电机的实物，通过 类比联想的方法就建立起合适的物理模型。由此可 见，类比联想的对象一定要简化、明晰。
4．避免“孤立化”
类比联想方法建立的物理模型大多是推论，正 确性有待考察，需要通过实验或理论推导来验证。 因此类比联想建立模型的局限就在于建立的模型需 要和实验观察，事实陈述，理论推理，计算证明相 结合，决定了不能将其孤立使用。例如在学习固体 压强、液体压强由此联想到气体是否存在压强时， 不能因为固体和液体存在压强就类比气体也存在， 而是需要通过覆杯实验，加热的易拉罐变瘪实验和 马德堡半球实验来验证。
五、 结语
物理教学实践证明，在初中物理教学中运用类 比联想建构物理模型，帮助学生将抽象物理知识具 象化、形象化。新旧知识之间搭建联系，建立起整 个物理学习的知识网络，发展联想思维，提高推理 能力， 实现多学科融合。
参考文献：
[1] 陈志胜．培养模型建构能力 发展科学思维素养—— 以“轻”模型为例[J]．中学物理教学参考， 2020(06): 54-56.
[2] 田川．关于培养“类比”思维的教学策略[J]．物理 教学探讨，2018(06): 16- 18.
[3] 周涛，庞礼军．类比思维法在物理教学中的应用 [J]．试题与研究（教学论坛），2019(02): 67.
[4] 周国英．类比推理在物理教学中的应用[J]． 中学物 理（初中），2014(10): 94-95.
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