論類比教學(xué)模式

大樹66 2012-12-18

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論類比教學(xué)模式

　　摘　要　類比教學(xué)的理論基礎(chǔ)是有意義學(xué)習理論,、激活理論、遷移理論; 開展類比教學(xué)的一般步驟有引入本體,、回顧喻體,、確定本體和喻體的相似特征、直觀表示相似點,、小結(jié),、指出類比的不足; 運用類比的操作策略要求: 把類比和舉例區(qū)別開來; 掌握類比的效率標準; 建立多個類比; 靈活安排操作程序,。

關(guān)鍵詞　類比; 本體; 喻體

　　類比是邏輯學(xué)中的一種推理形式, 目前它被當作一種具體的方法運用于自然學(xué)科的教學(xué)

中。但筆者認為, 教師要想成功地進行類比教學(xué), 必須明確以下四點: 一是類比教學(xué)的目標; 二是類比教學(xué)的理論基礎(chǔ); 三是類比教學(xué)的操作程序; 四是類比教學(xué)的操作策略,。只有明確了這些問題, 進行類比教學(xué)時才能消除盲目性和隨意性, 加強自覺性,。由于現(xiàn)有的類比研究較為具體、零碎, 教師難于從中得到指導(dǎo)性的幫助, 因而筆者曾撰文提出開展以上四個方面的研究, 建立類比教學(xué)模式,。1 本文闡述的便是我們在構(gòu)建教科學(xué)概念的類比模式方面所作的一些探索,。由于第一個問題文中已有論述, 這里只談后三個問題。

一,、類比教學(xué)的理論基礎(chǔ)

所謂類比, 就是借助于兩類不同本質(zhì)事物之間的相似性, 通過比較將一種已經(jīng)熟悉或掌握的特殊對象的知識推移到另一種新的特殊對象上去的推理手段,。也就是說如果兩個對象存在相同或相似特征, 則二者之間可進行類比。由于自然界不同領(lǐng)域的不同過程都處在廣泛的聯(lián)系中, 都具有一些共同特征或相似的表現(xiàn)形式, 因而作為反映自然界不同領(lǐng)域或不同運動形式的自然學(xué)科的教學(xué), 有著類比的客觀基礎(chǔ),。不僅如此, 人類的認識也是從已知到未知的, 因而類比教學(xué)也有其牢固的心理學(xué)基礎(chǔ),。

( 一) 有意義學(xué)習理論。現(xiàn)代教學(xué)理論認為, 學(xué)生是一個能動的主體而不是一個被動的容

器, 教學(xué)只有充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習的主動性, 使他們積極地參與到教學(xué)過程中來, 學(xué)習才是有意義的而不是機械的, 教學(xué)才能更好地促進學(xué)生的發(fā)展,。那么, 到底什么是有意義的學(xué)習? 怎樣才能做到有意義地學(xué)習? 美國教育心理學(xué)家奧蘇伯爾對此作了較為科學(xué)的回答,。奧蘇伯爾認為, 學(xué)生的學(xué)習有意義與否, 關(guān)鍵在于所要掌握的新概念和原理能否與他們認知結(jié)構(gòu)中的原有知識觀念建立“實質(zhì)性”的和“非人為”的聯(lián)系, 這是區(qū)分意義學(xué)習與機械學(xué)習的兩條標準。他進一步解釋說, 有意義學(xué)習的產(chǎn)生必須具備兩個條件,。一是客觀條件, 即學(xué)習

材料本身必須具有邏輯意義, 能與學(xué)生學(xué)習能力范圍內(nèi)的有關(guān)知識觀念形成內(nèi)在聯(lián)系; 二是主觀條件, 即學(xué)生必須具有有意義學(xué)習的動機以及能與新材料發(fā)生聯(lián)系的知識基礎(chǔ),。滿足客觀條件, 新舊知識之間發(fā)生聯(lián)系就有了可能; 再滿足主觀條件, 新舊知識之間發(fā)生聯(lián)系就變成現(xiàn)實。由于概念是對同類事物本質(zhì)特征的反映, 體現(xiàn)出事物的本質(zhì)的聯(lián)系關(guān)系, 本身具有邏輯意義,因而奧蘇伯爾提出, 概念學(xué)習是一種有意義的學(xué)習,。o

在各門自然學(xué)科中, 概念尤其是基本概念的學(xué)習至關(guān)重要, 學(xué)生也感到最難學(xué), 因為它們

都是對自然現(xiàn)象概括和間接的反映,。特別是那些極為微觀或宏觀、抽象,、復(fù)雜的概念, 諸如物理中的重力勢能,、電磁感應(yīng), 化學(xué)中的化合分解、原子結(jié)構(gòu), 地理中的凝結(jié),、天體運動, 生物中的光合作用、有絲分裂等, 教師們教學(xué)時感到尤為棘手,。而類比則能為教師提供一種有效的概念教學(xué)策略,。因為通過類比, 能使學(xué)生在已知基礎(chǔ)上由熟悉到陌生、由淺入深,、由直觀到抽象地進行有意義的學(xué)習, 即有聯(lián)系地掌握概念, 而不是死記硬背,。

( 二) 激活理論。按照有意義學(xué)習理論, 新知識的習得是新知識與認知結(jié)構(gòu)中原有有關(guān)觀念相互作用的結(jié)果,。但實際情況是, 學(xué)生雖具備有關(guān)觀念, 新知識的學(xué)習卻仍然是機械的, 習得的概念仍是孤立的,。針對這種情況, 激活理論解釋說, 貯存在人腦中的觀念其活動水平是不同的。在一定時期, 大量的觀念保持在長時記憶中, 處于靜止狀態(tài), 只有少量觀念處于激活狀態(tài),。那些處于激活狀態(tài)的觀念事實上也就是我們正在思考著的觀念,。激活理論進一步認為, 一定的觀念被激活以后, 它的活動才可能擴散到與它相關(guān)的觀念上去,。也就是說貯存在長時記憶中的原有知識, 只有被提取到短時記憶中, 它才能與新知識發(fā)生相互作用。那么, 怎樣才能激活舊概念, 使其與新觀念發(fā)生聯(lián)系呢?奧蘇伯爾對此作了進一步研究, 并提出了采用設(shè)計先行組織者的教學(xué)技術(shù)來促進原有知識的利用,。所謂先行組織者是一種在學(xué)習新材料之前, 先呈現(xiàn)給學(xué)生的引導(dǎo)性材料,。它以通俗的語言呈現(xiàn), 使新的學(xué)習材料與學(xué)習者認知結(jié)構(gòu)的有關(guān)觀念清晰地關(guān)聯(lián), 從而促進新的材料的學(xué)習以及隨后的保持。設(shè)計先行組織者可采用多種形式, 如下定義,、概括,、類比推理等, 但實踐表明采用類比設(shè)計的先行組織者, 易適應(yīng)學(xué)生的知識背景和更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動機, 因而“先行組織者的最有效的類型是類推”,即奧蘇伯爾所說的“比較先行組織者”顯然, 根據(jù)有意義學(xué)習理論, 兩類比對象的相似性是學(xué)生有意義學(xué)習、類比教學(xué)有效的基礎(chǔ),。而激活理論則進一步說明, 這種有意義學(xué)習, 是通過類比激活學(xué)生原有的觀念來進行的,。

( 三) 遷移理論。遷移主要是指已經(jīng)獲得的知識,、技能對學(xué)習新知識新技能的影響,。在學(xué)習中, 遷移又有正遷移與負遷移之分。正遷移表現(xiàn)為已經(jīng)獲得的知識對新知識的學(xué)習起促進作用, 有利于新知識的掌握; 負遷移表現(xiàn)為已經(jīng)獲得的知識對新知識的學(xué)習起阻礙作用, 不利于新知識的正確掌握,。遷移之所以發(fā)生, 是因為新舊知識之間存在著共同的要素或特征, 或者是因為新舊知識之間受共同原理的支配,。如前所述, 類比教學(xué)就是借助兩類事物間的相似性, 用已知比較未知, 使學(xué)生在原有學(xué)習的基礎(chǔ)上有意義地學(xué)習新知識。根據(jù)遷移理論, 這種有意義學(xué)習實際上是遷移發(fā)生的結(jié)果, 即已知現(xiàn)象的屬性或?qū)傩灾g的關(guān)系向新學(xué)概念遷移的結(jié)果,。遷移理論還提醒我們, 遷移也可能不利于新概念的學(xué)習, 甚至導(dǎo)致對概念的錯誤理解,。關(guān)于這些, 后面將有具體例子說明。

總之, 類比教學(xué)有其牢固的心理學(xué)基礎(chǔ),。有意義學(xué)習理論認為, 類比教學(xué)時學(xué)生的學(xué)習可能是有意義的, 原因就在于新舊知識間具有共同特征,。激活理論則進一步指出, 類比是促使意義學(xué)習真正產(chǎn)生的最有效手段。遷移理論則說明, 這種有意義學(xué)習是遷移的結(jié)果,。

二,、操作程序

為了能夠概括出類比教學(xué)的操作程序, 主要從以下三個方面搜集材料: 已發(fā)表的類比教學(xué)研究、教科書中的類比,、有經(jīng)驗教師使用的類比,。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn), 類比研究文獻雖然較多, 但多是經(jīng)驗總結(jié)性的, 主要在于說明類比如何用來解釋某個概念、解答某道習題以及操作某個實驗等, 沒有明確的類比步驟,。只有個別文章提到先做什么后做什么,。如何兆倫同志在文中把類比稱為“比喻”,主張先比較共同特征, 然后消除類比可能引起的誤解。? 中學(xué)教科書中( 包括初中義務(wù)教材和高中統(tǒng)編教材) 用類比引入新概念的, 物理學(xué)科中較多, 其它自然學(xué)科較少,。而且用得較為零碎, 如三年制初中義務(wù)教材《物理》第二冊就只簡單提到“電流”與“水流”,、“電波”與“水波”的某些相似性, 而未作全面解釋。就教師方面而言, 在我訪問的20 名中學(xué)理科教師中,大多數(shù)缺乏有關(guān)類比的理論知識, 運用類比進行教學(xué)時有很大的隨意性, 談不上頭腦中有明確的步驟,。為此, 我們針對類比教學(xué)的特點, 將其活動步驟概括如下:

( 一) 引入本體, 即介紹要學(xué)習的新概念,。這里我們借用邏輯學(xué)的用法, 把新概念稱為“本體”,用來類比新概念的知識或現(xiàn)象稱為“喻體”。本體一般是學(xué)生較難理解和接受的概念,。

( 二) 回顧喻體, 即提示與本體具有相似性的知識或概念,。喻體一般要生動,、形象, 而且其反映的現(xiàn)象應(yīng)是學(xué)生已知的或熟悉的。

( 三) 確定本體和喻體的相似特征, 即找出和比較本體和喻體所反映的兩類現(xiàn)象之間的相似屬性,。相似特征既包括某一方面的屬性的相似, 也包括兩現(xiàn)象各屬性之間關(guān)系的相似,。

( 四) 直觀表示相似點, 即用圖形把本體和喻體的相似特征表示出來。

( 五) 對本體作總結(jié), 即引導(dǎo)學(xué)生綜合理解新學(xué)概念的各個屬性及其整體聯(lián)系, 以便學(xué)生全面地掌握概念,。

( 六) 指出類比的不足之處, 即消除類比可能導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)概念的誤解,。由于類比對象是兩個不同的現(xiàn)象或概念, 它們之間既有相似性, 又有本質(zhì)區(qū)別, 否則就不是兩個不同的概念。然而由于心理定勢的影響, 學(xué)生很容易把只有喻體才具有的屬性也歸結(jié)到本體上去, 引起對本體的誤解, 即產(chǎn)生學(xué)習上的負遷移,。因而必要時, 教師應(yīng)注意指出二者的不同特征,。

為具體顯示類比教學(xué)的操作過程, 下面我們以“電流”與“水流”為例( 本例由廣西師大二附中特級教師黃奕平提供, 經(jīng)刪改) , 來具體說明上述六個步驟的進行:電?！⊥瑢W(xué)們, 從今天開始我們學(xué)習電的有關(guān)知識, 在以后各章里我們將了解電壓是一種電的壓力, 它導(dǎo)致電荷在導(dǎo)體中的傳導(dǎo), 形成電流,。這種傳導(dǎo)會受到阻力即電阻的制約。電流,?！∫闺娫趯?dǎo)體中持續(xù)傳導(dǎo), 需維持電位差, 使電荷從一端移向另一端。這種情況與水從高處流向低處相似( 見圖1) ,。只要水位差存在, 水就在連接水池的水管內(nèi)流動,。電荷在連接電源的導(dǎo)線中移動, 就像水管水的流動。當兩端壓力相等, 水的流動停止,。為使流動持續(xù),須用水泵來維持水位差, 產(chǎn)生一個持續(xù)的水壓, 使水不停流動,。電流的形成也是這樣。

圖1　電流與水流的形成

電壓,?！〕谴嬖陔娢徊?/SPAN>, 否則電不會移動。它的持續(xù)移動也需要一個“電泵”來提供穩(wěn)定

的電位差, 這種能提供電位差的設(shè)備叫電源,。不能把電流與電壓相混淆,。由于水管兩端壓力不同, 水就在管中流動, 但流的是水而不是壓力。同樣, 由于電壓的作用, 電荷在電線中移動, 而不能說電壓在電線中移動, 是電壓引起了電流,。電阻,。　電流量的大小取決于電源提供的電壓, 同時也與導(dǎo)體對電荷移動的阻力即電阻有關(guān), 這也同水流一樣,。水流量的大小不僅取決于水壓大小, 而且與水管本身的阻力如光滑程度有關(guān)。電流量的大小與導(dǎo)體的傳導(dǎo)性能,、厚度和長度都有關(guān),。電池和電燈?！≌f電荷“移出”電池或“移進”電燈都不確切, 正確的說法是電荷在這些物質(zhì)中移動,。電池類似水泵,、導(dǎo)線類似水管、電燈類似渦輪, 水在水路中循環(huán)流動, 它不可能停止或“集中”在某處, 只是不停地流動,。電流同理,。電路?！“央娫?、用電器、開關(guān)用導(dǎo)線連接起來組成的電流的路徑叫做電路,。由于電荷不停移動, 因而電路必須完好無損,。開關(guān)是電路上的一個缺口, 它控制著電荷的移動與否。電與水雖然有很多相似屬性, 但它們?nèi)杂胁煌?。突出的一點便是水管破裂水會流出, 然而電路的中斷則使電停止傳導(dǎo), 電不會漏出,。另一點不同涉及到開關(guān)的實際意義: 說閉合電路上的開關(guān), 意指讓電流通過, 相當于打開水閥讓水流動; 而說斷開開關(guān), 意指不讓電流通過。電路上只有閉合才有電的傳導(dǎo), 相反, 水的循環(huán)中只有打開才有水流,。盡管存在這些差異, 用電類比水仍是學(xué)習電的有關(guān)知識的有效途徑,。

上述電流和水流的類比, 有效地演示了類比教學(xué)模式的具體步驟: 在“電”這一部分, 本體電及其屬概念電壓、電流,、電阻被簡要地引入,。接著在“電流”這一部分, 提示學(xué)生回憶水的有關(guān)知識, 即回顧喻體。鑒于有些學(xué)生可能只有不完整的水流知識, 于是便呈現(xiàn)出水流和電流的形成圖, 同時展開水流,、水壓,、水流受到的阻力與電流、電壓,、電阻的類比, 以幫助學(xué)生確認和對比它們的相似特征, 即進行第三,、第四步。在“電路”這一部分, 通過電路和水循環(huán)的對比, 綜合地說明水的各種屬性及其相互關(guān)系與電的各種屬性及其相互關(guān)系之間的相似性, 即對本體作總結(jié), 以使學(xué)生從整體上全面理解電的涵義,。然后緊接著指出該類比中應(yīng)注意的問題: 電路的中斷, 結(jié)果不同于水管的中斷; 電源開關(guān)也不同于水閥,。由此以消除負遷移的產(chǎn)生, 避免學(xué)生形成不正確的概念。在初中教材中, 電的知識分若干章節(jié)來講,。在初學(xué)電的知識時, 采用上述類比教學(xué)無疑使學(xué)生在對電有一個整體性認識的基礎(chǔ)上, 然后更有效地具體學(xué)習有關(guān)電的各種知識,。

三、操作策略

教學(xué)是復(fù)雜的, 對類比的操作程序不能生搬硬套, 運用時應(yīng)以正確的認識為指導(dǎo), 掌握其

操作技巧,。

第一, 類比不同于舉例,。類比雖然起著說明解釋的作用, 但類比不是舉例。認識二者的區(qū)別, 是正確使用類比的前提,。盡管例子也起著說明解釋的作用, 但舉例是概念的部分說明, 例子與概念是特殊與一般,、具體與抽象的關(guān)系, 二者本質(zhì)相同。而類比是要確定兩個概念所反映的兩類現(xiàn)象的相似特征, 類比對象是兩類不同質(zhì)的事物,。所以, 放電與閃電是舉例而不是類比, 因為閃電不是像放電, 其本身就是一種巨大的放電現(xiàn)象,。一般說來, 不同質(zhì)的兩對象間的類比又有兩種情況: 一是不同類的兩個對象間的類比, 如“電流”與“水流”,、“河流”與“血液循環(huán)”、“照像機”與“人眼”等; 二是同類但不同質(zhì)的兩對象間的類比, 如“重力勢能”與“電力勢能”,、“電磁振蕩”與“機械振蕩”,、“光波”與“電波”等。

第二, 掌握類比的效率標準,。類比有效與否,、程度如何, 關(guān)鍵要看其是否達到教學(xué)目標。理論與實踐表明用類比解釋科學(xué)概念時, 有效與否有以下三個判別標準: 學(xué)生對喻體的熟悉程度; 本體與喻體的相似程度; 相似特征的數(shù)量,。類比教學(xué)是通過已知認識未知, 因而類比的有效性取決于本體與喻體,、喻體與學(xué)生之間的關(guān)系。根據(jù)有意義學(xué)習理論和激活理論, 本體與喻體相似程度越大, 有意義學(xué)習的可能性越高;

喻體越為學(xué)生所熟悉, 就越容易被激活,。同時遷移理論表明: 本體與喻體相似程度越大, 遷移越容易發(fā)生; 相似特征越多, 遷移量越大,。因而強有力的類比除其中一個對象要為學(xué)生所熟悉外,還要求二者相似程度大, 相似特征多。如用電流與水流作類比就特別有效,。其原因在于水為學(xué)生所常見, 水與電都可以構(gòu)成一種循壞系統(tǒng), 水壓,、水管、水泵,、水閥,、渦輪分別類似于電壓、導(dǎo)線,、電池,、電源開關(guān)、電燈,。所以教師在采用類比進行教學(xué)時, 應(yīng)當認真研究本體和學(xué)生, 選擇形象,、具體、為學(xué)生所熟知并與所教概念有較多相似點的喻體,。

第三, 建立多個類比即為同一本體提供幾個喻體, 以便學(xué)生從不同的角度理解本體,。由于

沒有同本體完全相似的喻體, 因而喻體的某些特征是不能類推到本體上去的。這說明每個喻體都有不足之處,。為彌補不足, 需要提供其它的喻體,。例如, 講解波爾的原子模型時, 一般用“書架”作喻體來解釋原子的結(jié)構(gòu): 書架上所有的書籍、每層擱板上的書籍,、擱板,、擱板數(shù)量、擱板間距,、地板分別類似于原子的所有電子,、每層能級中的電子、能級、能級數(shù),、能級水平差、原子核,。但它不能解釋原子內(nèi)的電子的躍嵌活動, 因此, 可再用“樓梯”作喻體, 讓學(xué)生想象一個皮球從樓梯的頂級滾向底級或從底級逐漸彈向頂級, 由此來理解電子在能級之間的躍嵌活動,。實踐證明, 為一個本體提供幾個喻體, 不僅能使學(xué)生從多種角度全面理解本體, 而且還能減少他們將本體等同于某個喻體的可能性, 由此避免負遷移的產(chǎn)生。因此, 教師進行類比教學(xué)

時應(yīng)以一種類比為主, 遵循操作程序詳細解釋本體; 另一種類比為輔, 作簡單的補充說明,。

第四, 靈活安排操作程序,。我們對類比作理論和程序上的探討, 目的在于使教師利用教材

中零碎的類比或自己設(shè)計類比進行教學(xué)時, 有據(jù)可依, 有章可循, 以提高運用類比的自覺性?？梢哉f, 六個操作步驟是類比活動的基礎(chǔ)和有效的保證,。但這不等于說類比的程序是固定不變的。事實上, 在一定情況下, 類比也可以是幾個步驟同時進行或交叉進行, 效果也很好,。如當學(xué)生對本體和喻體都熟悉但不了解二者的相似關(guān)系時, 可將二者同時呈現(xiàn), 以激發(fā)他們的學(xué)習興趣,。“河流”與“血液循環(huán)”的類比便是這樣,。?因此, 教師進行類比教學(xué)時應(yīng)以此程序為指導(dǎo),根據(jù)學(xué)生的特點和教學(xué)目的靈活安排活動的步驟,。