物理（心得）之比喻的认知功能在物理教学中的作用

物理（心得）之比喻的认知功能在物理教学中的作用

物理论文之比喻的认知功能在物理教学中的作用 ‎ 认知(cognition)是人对客观万象注意、感知、记忆、产生表象、形成概念,并在此基础上进行分析、判断、推理以获取知识的信息处理过程。它是人类认识世界的一种心理活动,无论对概念的建构还是规律的理解来说,都是一种不可或缺的重要条件。比喻作为人类思维的重要方式之一,参与了人类的认知过程,具有认知功能。比喻的认知功能在教学中主要体现在如下几个方面:(一)开辟认识概念的新途经对比喻的要求是,既凡喻必以非类,又非类必具可比,这就决定了比喻认知的思维方式必然是两个不同语义领域的相互作用或互动。这种“互动”既有对立性,又有同一性。对立性是指比喻的本体和喻体是分属两个不同领域的对象,同一性是指两个不同领域的对象具有相似性。使跨领域的“既对立又同一”的对象互动,就能通过乙对象认知甲对象。物理中许多事物的性质与生活中的性质极其相似,我们可以利用它们作比喻加深对物理知识的理解。在学习“比热容”概念时,我就把它比喻成人的“肚量”,有“肚量”的人,遇事不易激动,“宰相肚里能撑船”;“肚量”小的人,遇事容易激动。同样物质吸收或放出热量温度易变化——“比热容”小,吸收或放出热量温度不易变化——“比热容”大。“肚量”是一个人的性格特点,“比热容”也是物质的一种特性。以及在讲解功和能的关系时,教材中说:“一个物体能够做功,我们就说它具有能量。”‎ 反过来说:一个物体没有做功,说明它不具有能量。这个判断是错误的,学生就很难理解。我们不妨用人“有钱”和“花钱”的关系来比喻物体“有能量”和“做功”的关系。结果显而易见:一个人“有钱”只能说明他有购买货物的能力,而不见得他一定就有了“花钱”这一消费行为。同样,物体“有能”,说明它具有“做功”的本领,并不能肯定非要“做功”不可。通常为了使学生在感知上得到认识,用打比喻的方法通俗易懂,贴近生活实际。可见,它是具有开拓性、独创性、穿透力强的一种思维方式。这种思维方式完全不同于常规思维,它是人们所创造的认识世界的新方式,为人类认识世界开辟了新的思维途径。(二)扩大人类的认识视野用常规思维认识世界,其过程是:人对周围事物注意、观察、感知、记忆、产生表象、形成概念并在此基础上进行分析、判断、推理以获取对事物的认识和把握,当然,在这一过程中,离不开事物之间的比较和联系,但这种比较和联系往往是物理世界中的,而且是理性的、事物本质性的;而用比喻式思维认识事物,其心理基础是联想和想象,因此,在用比喻思维认识物理世界时,人们是通过乙对象来认识甲对象,这甲乙两对象也许是有客观基础的,也许是毫无客观基础的,在更大程度上是以思维主体的主观情感为驱动力和导向的,因而是非理性的、主观的、情感性的。用常规思维——理性思维——认识世界,能把握世界的本质,用比喻这种非常规思维——情感思维、艺术思维——认识世界,不但也能把握世界,而且更能逼近世界的本质,正如英国哲学家泰伦斯·‎ 霍克斯所说,隐喻就是真实。在学习微观世界时由于刚开始人们不能直接观察,但人们可以用宏观世界的一些事物来描述微观世界。如刚开始人们建立原子结构时就用了很多宏观的东西像西红柿模型、面包模型,最终卢瑟福建立了原子结构模型。他把太阳比喻成原子核,太阳周围的行星比喻成核外电子。而且电子在各自的轨道上绕原子核高速旋转就如八大行星在各自的轨道上绕太阳旋转一样。又如,在如何建立正确的分子间同时存在相互作用的引力和斥力概念呢？我们采用类比方法,如图制作个演示模型:用两个小球类比两个分子,用橡皮筋和轻弹簧同时连接好两个小球来类比分子间引力和斥力。当没有外力作用在两个小球上,橡皮筋的拉力和轻弹簧产生的斥力相等,两个小球保持平衡,用于类比分子不受外力时分子引力等于斥力;当压缩两小球时,轻弹簧产生的斥力大于橡皮筋的拉力,用于类比物体被压缩,分子间距变小时,分子间斥力大于引力。   ‎ ‎ 可见,“隐喻具有认知力,它给我们提供了一种认识世界的新方法……透过隐喻,我们可以从另一种角度认识世界”。因此,比喻性思维的运用,给人们认识世界增添了一条新途径,无疑,它扩大了人们认识事物的视野。(三)加强认识深度,创造新的思想为达到表达目的——使听读者容易接受并理解自己的思想,表达者必然要努力使反映思维结果的话语形态具有直观、具体、形象的特点,于是就必然会运用喻化思维。而运用喻化思维 的结果,并不仅仅能使听读者容易接受和理解自己的思想,与此同时,还能加强认识深度,创造新的思想。如:决定电阻大小的因素中“导体的横截面积越大,导体的电阻越小;导体的长度越长, 导体的电阻越大。”对这一性质有些同学不好理解,而这一性质与“街道越长,你越不容易通过, 街道越宽,对你的阻碍越小,越容易通过。”非常相似,运用来做比喻使讲解生动形象,更易于理解。而在比较灯泡的亮度时,学生常常根据一些表象,认为决定灯泡亮度的因素是电压或电流,即使知道真正决定作用的是电功率,也往往认为只要额定功率大,灯泡就一定亮,而考虑不到实际功率才是唯一决定灯泡亮度的因素。例如:比较“220V 100W”和“220V 25W”两灯亮度时,部分学生从电压出发认为亮度相同;更多的则是从额定功率出发,认为“100W”比“25W”的灯泡亮。为了解决这个问题,我首先提出一个学生比较熟悉的问题:有高度相同、粗细不同的两个圆柱形杯子,哪个杯子里装的水更多？(一些学生脱口而出:“大杯子里的水更多”。)    ‎ ‎ 分析:杯中实际所装水的多少(体积V＝sh),由杯子的大小(横截面积S)和所装水的高度h两者决定。接着设立比喻:把电压比作水的高度,电流比作横截面积,功率比作水的体积。很明显决定杯中水的多少既不是截面积,也不是水的高高,而是由其两者的乘积;同样的,决定灯泡亮度的既不是电流,也不是电压,而是由其两者的乘积,即实际功率。从比喻生成的结果看,它总是在两个不同思想中形成的。比喻故意以一种对象反映另一种对象,或通过一件事或经历去理解另一件事或经历,它在本质上是一种偏离现象。比喻以其“离异”‎ 特性改变一个概念范畴进而改变了原来的整个认识秩序。概念范畴的改变,就是范畴间的转换,转换本身就是一种偏离,偏离是对原有分类框架的颠覆和重建,它的意义就在于它能创造新的语义或思想。因此,我们可以说比喻打破了原来的秩序体系而创造了一种新的体系;不同范畴的重构正是发现逻辑的动力和手段。柏拉图曾断言,人类将永远不可能看到真正的世界。人类的认知能力不但受到时间和空间的限制,而且还受到自身感觉器官结构的限制;人类的经历毕竟相当有限,而且具有证伪性。因此,人类要认知周围的世界,探索未知的领域,就需要借助已知的概念和已知的概念系统,并将此映射到未知的领域,以获得新的知识和理解。于是在科学思维中,在对新概念的探索和阐述中,比喻就必然成为一种重要的工具和手段,并生发其特有的一些功能和作用,那就是:沟通和推广不同研究领域或学科之间的知识;构建科学新概念、整合科学新理论;发挥科学启发和解释功能。(四)提供类推证明、揭示事理的手段比喻是在大异之间求似。评价一个比喻只有贴切与否之分,而无科学上的正误是非之别,就此而言,比喻是一种非理性的东西,经不起理性眼光的审视和批判。正因如此,比喻就只有说明的作用,而不具备证明的功能,在哲学上是如此,科学上也是这样。然而,人们却往往把它当作一种有效的证明方法。把比喻当作一种证明方法,往往是在说理、交谈和辩说中。这是因为说理、交谈和辩说为了说服人,固然必须有充分的说服力,但说服力和论证性又不能等同。说服力除了包括逻辑上的论证之外,还深受辩说氛围、辩说者的举止风度、语言风格等非逻辑因素的影响。在实际辩说中,并不需要严密繁琐的逻辑论证,而要求直观有效的辩说手法,比喻的形象性、生动性恰好投合了这一需要。因此在说理和论辩性话语中运用比喻,往往会产生用其他方法不能达到的奇妙效果,其“证明”的观点、揭示的事理,确实能使普通公众乐于接受。并联电路的一个重要规律:“各支路两端的电压相等”。我为其设立的比喻是:从并联电路的一端到另一端有几条支路而一座教学搂从一楼到二楼也是可能有几条通道。将楼房的高度比作并联电路两端的电压。同一座楼,一楼到二楼不管有多少通道,其高度是相同的由此类似,同一并联电路,不管有几条支路,每条支路两端的电压也是相等的。这样,在不介绍电压概念的前提下,就能让学生很快地理解上述规律。 A B 有的规律在学习时很简单,但要真正应用却很难。如学习“短路”时,都知道是“不经过用电器用导线把电源两极直接相连”。而要判断如图电路中的S1S2闭合时电流的路径。学生往往会问:电流为什么不经过R2后再经过R1。如果简单的说短路,学生很难接受。这时我就把电流与比喻成公路上的汽车,导线比喻成公路,用电器比喻成收费站,从A到B有两条路可走,一条路上有收费站,一条路上没有收费站,电流当然都从A ‎ S2到B再流过回到R1负极。这样学生对短路的认识就非常深刻,再遇到相似的问题就迎刃而解,不再感动电学难学,对物理也就产生兴趣,学习积极性也会提高。总之,比喻是人类认知世界的重要方式之一,在物理教学中,碰到抽象性较强的概念或原理,选用适当的具体事物,用比喻的认知功能来说明抽象的道理,用已知来开拓未知是一种简单而有效的教学方法,这于教学法的“活泼物理情景的思维原则”和“直观性原则”是一致的,也易于学生接受,但不能滥用,有待进一步的探索和研究。    ‎