采用类比教学减轻学生认知负荷的探索

摘 要：类比法是科学家在建立定律时应用的一种重要科学方法。根据著名心理学家维果茨基根据实验提出“最近发展区”理论，采用类比法教学，既可以减轻减轻学生认知负荷，又可以加深学生对知识的理解。

关键词：类比；认知负荷；库阿定律

中图分类号：G424 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2015）21-0077-01

依据最近发展区理论，在“最近发展区”内进行的教学是促进学生发展的最佳时机。然而在有些课堂教学中，教师往往没有找准最近发展区，教学内容与学生的认知水平不符合，既增加了学生的认知负荷，又不能取得很好的教学效果。下面，笔者就以库仑定律为例，谈谈如何通过类比教学减轻学生的认知负荷。

一、教而知惑，惑而求索

“库仑定律”是高中物理选修3-1第一章静电场的第二节，在教学中我产生了以下两点困惑：（1）库仑定律应该是定性研究和定量研究的结果，而教材上库仑定律的内容却出现在定性研究和定量研究之间。这定量的关系式到底怎么得来呢，让人有些费解。（2）库仑扭秤实验涉及到用扭丝的转角间接测量静电力变化的比值关系，由于涉及扭力和力矩平衡等知识，学生比较陌生，存在一定的认知困难。带着这两个困惑，我尝试以“显化科学方法”的方式展开“库仑定律”的教学设计，力求降低学生进入电磁学的学习门槛，使类比的思想逐步渗透到学生的脑海中。

二、趣味实验，激发兴趣

教学片段1：师：用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近易拉罐，会发生什么现象？实验现象：易拉罐被橡胶棒吸引滚动起来了。师：为什么橡胶棒能把易拉罐吸引走，这其中隐藏了什么样的物理学知识，是否与带电体间的相互作用有关呢？相信我们学完库仑定律后就可以来解释相关知识。教学感悟：在新课程的引入时，我通过生活中常见的器材设计趣味实验，以激发学生的学习兴趣，调动他们学习的积极性和主动性。

三、演示探究，引入类比

教学片段2：师：电荷间作用力的大小决定于哪些因素呢？我们通过实验来探究。实验演示。实验过程：第一步：首先让小球A带电，控制P1、P2、P3下方三个小球所带电荷量相同，观察并比较P1、P2、P3下方三个带电小球受到A球的作用力大小。第二步：控制带电小球A电量和位置不动，不断增大右侧小球所带的电荷量，观察并比较带电小球所受到A球的作用力大小。师：通过上述实验我们可以猜测电荷间作用力的大小与哪些因素有关呢？生：可能与距离、电荷量大小、球的形状和大小有关。师：前面力学中我们在研究物体间相互作用关系时是如何处理物体的形状和大小的？生：当物体的大小和形状在所研究的问题中可以忽略时，我们可以把物体简化为一个点。师：处理带电体间相互作用力的时候，当带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，我们同样可将它看作是一个几何点，这个点称为点电荷。教学感悟：关于“点电荷”的知识，教师无需进行讲解，可通过引导学生回顾力学中的质点的概念及应用条件，进而思考对带电体间相互作用力问题如何处理带电体的形状与大小。通过类比，学生很自然地理解了带电体本身的大小跟它们之间的距离相比可以忽略时，带电体就可以看作点电荷。

四、回顾历史，巧妙类比

教学片段3：师：带电体间相互作用力随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减少。这与我们以前学过的什么力比较相似呢？生：万有引力。师：带电体间相互作用力与万有引力真的很相似吗？展示月球受到万有引力做圆周运动和电子受到正电荷的吸引力做圆周运动的动态图。展示历史材料（材料略）。师：能否说普利斯特列发现了电荷间的引力与距离的平方成反比规律。学生讨论。教学感悟：用新旧知识类比法学习物理知识，能起到事半功倍的效果。课堂教学中通过学生已学的知识万有引力定律、天体的运动，把学生的思维从陌生的微观粒子运动带到熟悉的宏观天体运动的情境中。根据历史资料，学生能加深普利斯特列根据类比思维提出电力也服从反平方定律这一科学猜想的重要意义。

五、定量探究，深化类比

教学片段4：师：如果用电荷量类比质量，带电体间的相互作用力可以如何表达呢？生：F=K……师：猜想之后我们就需要进行实验验证，可是电荷间的作用力比较小该如何处理呢？同学们可以先谈一下我们在学习万有引力时是如何测得引力常量的，其原理是什么？生：1789年由卡文迪许设计了卡文迪许扭秤实验，其原理利用了两次放大。（1）尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩，使杆偏转。（2）尽力增大弧度尺与系统的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较大角度。师：库仑扭秤实验介绍。教学感悟：库仑扭秤实验涉及到扭丝的转角间接测量静电力变化的比值关系、扭力概念、平衡知识。这些知识不仅枯燥而且不易理解，教学中通过引导学生回顾卡文迪许扭秤实验，并熟悉其放大原理有利于学生接受库仑扭秤实验的设计思路。

不同对象在某些方面具有相同或者相似性，通过类比可以找到在其他方面也具有相同和相似的性质。类比法同样是科学家在建立定律时应用的一种重要科学方法。本节课以类比为主线，深化了学生对库仑定律的理解，彰显了物理教学的逻辑性。因此，教师在教学中要力求尊重物理学史，减轻学生的认知负荷，提高课堂实效。

参考文献：

[1]吴燕丹.库仑定律教学的高端备课[J].物理通报，2014（05）.

[2]姜益华，杭建明.关于库仑定律表述的思考[J].物理教学探讨，2002（02）.