论类比教学模式

大树66 2012-12-18

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论类比教学模式

　　摘　要　类比教学的理论基础是有意义学习理论、激活理论、迁移理论; 开展类比教学的一般步骤有引入本体、回顾喻体、确定本体和喻体的相似特征、直观表示相似点、小结、指出类比的不足; 运用类比的操作策略要求: 把类比和举例区别开来; 掌握类比的效率标准; 建立多个类比; 灵活安排操作程序。

关键词　类比; 本体; 喻体

　　类比是逻辑学中的一种推理形式, 目前它被当作一种具体的方法运用于自然学科的教学

中。但笔者认为, 教师要想成功地进行类比教学, 必须明确以下四点: 一是类比教学的目标; 二是类比教学的理论基础; 三是类比教学的操作程序; 四是类比教学的操作策略。只有明确了这些问题, 进行类比教学时才能消除盲目性和随意性, 加强自觉性。由于现有的类比研究较为具体、零碎, 教师难于从中得到指导性的帮助, 因而笔者曾撰文提出开展以上四个方面的研究, 建立类比教学模式。1 本文阐述的便是我们在构建教科学概念的类比模式方面所作的一些探索。由于第一个问题文中已有论述, 这里只谈后三个问题。

一、类比教学的理论基础

所谓类比, 就是借助于两类不同本质事物之间的相似性, 通过比较将一种已经熟悉或掌握的特殊对象的知识推移到另一种新的特殊对象上去的推理手段。也就是说如果两个对象存在相同或相似特征, 则二者之间可进行类比。由于自然界不同领域的不同过程都处在广泛的联系中, 都具有一些共同特征或相似的表现形式, 因而作为反映自然界不同领域或不同运动形式的自然学科的教学, 有着类比的客观基础。不仅如此, 人类的认识也是从已知到未知的, 因而类比教学也有其牢固的心理学基础。

( 一) 有意义学习理论。现代教学理论认为, 学生是一个能动的主体而不是一个被动的容

器, 教学只有充分调动学生学习的主动性, 使他们积极地参与到教学过程中来, 学习才是有意义的而不是机械的, 教学才能更好地促进学生的发展。那么, 到底什么是有意义的学习? 怎样才能做到有意义地学习? 美国教育心理学家奥苏伯尔对此作了较为科学的回答。奥苏伯尔认为, 学生的学习有意义与否, 关键在于所要掌握的新概念和原理能否与他们认知结构中的原有知识观念建立“实质性”的和“非人为”的联系, 这是区分意义学习与机械学习的两条标准。他进一步解释说, 有意义学习的产生必须具备两个条件。一是客观条件, 即学习

材料本身必须具有逻辑意义, 能与学生学习能力范围内的有关知识观念形成内在联系; 二是主观条件, 即学生必须具有有意义学习的动机以及能与新材料发生联系的知识基础。满足客观条件, 新旧知识之间发生联系就有了可能; 再满足主观条件, 新旧知识之间发生联系就变成现实。由于概念是对同类事物本质特征的反映, 体现出事物的本质的联系关系, 本身具有逻辑意义,因而奥苏伯尔提出, 概念学习是一种有意义的学习。o

在各门自然学科中, 概念尤其是基本概念的学习至关重要, 学生也感到最难学, 因为它们

都是对自然现象概括和间接的反映。特别是那些极为微观或宏观、抽象、复杂的概念, 诸如物理中的重力势能、电磁感应, 化学中的化合分解、原子结构, 地理中的凝结、天体运动, 生物中的光合作用、有丝分裂等, 教师们教学时感到尤为棘手。而类比则能为教师提供一种有效的概念教学策略。因为通过类比, 能使学生在已知基础上由熟悉到陌生、由浅入深、由直观到抽象地进行有意义的学习, 即有联系地掌握概念, 而不是死记硬背。

( 二) 激活理论。按照有意义学习理论, 新知识的习得是新知识与认知结构中原有有关观念相互作用的结果。但实际情况是, 学生虽具备有关观念, 新知识的学习却仍然是机械的, 习得的概念仍是孤立的。针对这种情况, 激活理论解释说, 贮存在人脑中的观念其活动水平是不同的。在一定时期, 大量的观念保持在长时记忆中, 处于静止状态, 只有少量观念处于激活状态。那些处于激活状态的观念事实上也就是我们正在思考着的观念。激活理论进一步认为, 一定的观念被激活以后, 它的活动才可能扩散到与它相关的观念上去。也就是说贮存在长时记忆中的原有知识, 只有被提取到短时记忆中, 它才能与新知识发生相互作用。那么, 怎样才能激活旧概念, 使其与新观念发生联系呢?奥苏伯尔对此作了进一步研究, 并提出了采用设计先行组织者的教学技术来促进原有知识的利用。所谓先行组织者是一种在学习新材料之前, 先呈现给学生的引导性材料。它以通俗的语言呈现, 使新的学习材料与学习者认知结构的有关观念清晰地关联, 从而促进新的材料的学习以及随后的保持。设计先行组织者可采用多种形式, 如下定义、概括、类比推理等, 但实践表明采用类比设计的先行组织者, 易适应学生的知识背景和更能激发学生的学习动机, 因而“先行组织者的最有效的类型是类推”,即奥苏伯尔所说的“比较先行组织者”显然, 根据有意义学习理论, 两类比对象的相似性是学生有意义学习、类比教学有效的基础。而激活理论则进一步说明, 这种有意义学习, 是通过类比激活学生原有的观念来进行的。

( 三) 迁移理论。迁移主要是指已经获得的知识、技能对学习新知识新技能的影响。在学习中, 迁移又有正迁移与负迁移之分。正迁移表现为已经获得的知识对新知识的学习起促进作用, 有利于新知识的掌握; 负迁移表现为已经获得的知识对新知识的学习起阻碍作用, 不利于新知识的正确掌握。迁移之所以发生, 是因为新旧知识之间存在着共同的要素或特征, 或者是因为新旧知识之间受共同原理的支配。如前所述, 类比教学就是借助两类事物间的相似性, 用已知比较未知, 使学生在原有学习的基础上有意义地学习新知识。根据迁移理论, 这种有意义学习实际上是迁移发生的结果, 即已知现象的属性或属性之间的关系向新学概念迁移的结果。迁移理论还提醒我们, 迁移也可能不利于新概念的学习, 甚至导致对概念的错误理解。关于这些, 后面将有具体例子说明。

总之, 类比教学有其牢固的心理学基础。有意义学习理论认为, 类比教学时学生的学习可能是有意义的, 原因就在于新旧知识间具有共同特征。激活理论则进一步指出, 类比是促使意义学习真正产生的最有效手段。迁移理论则说明, 这种有意义学习是迁移的结果。

二、操作程序

为了能够概括出类比教学的操作程序, 主要从以下三个方面搜集材料: 已发表的类比教学研究、教科书中的类比、有经验教师使用的类比。经分析发现, 类比研究文献虽然较多, 但多是经验总结性的, 主要在于说明类比如何用来解释某个概念、解答某道习题以及操作某个实验等, 没有明确的类比步骤。只有个别文章提到先做什么后做什么。如何兆伦同志在文中把类比称为“比喻”,主张先比较共同特征, 然后消除类比可能引起的误解。? 中学教科书中( 包括初中义务教材和高中统编教材) 用类比引入新概念的, 物理学科中较多, 其它自然学科较少。而且用得较为零碎, 如三年制初中义务教材《物理》第二册就只简单提到“电流”与“水流”、“电波”与“水波”的某些相似性, 而未作全面解释。就教师方面而言, 在我访问的20 名中学理科教师中,大多数缺乏有关类比的理论知识, 运用类比进行教学时有很大的随意性, 谈不上头脑中有明确的步骤。为此, 我们针对类比教学的特点, 将其活动步骤概括如下:

( 一) 引入本体, 即介绍要学习的新概念。这里我们借用逻辑学的用法, 把新概念称为“本体”,用来类比新概念的知识或现象称为“喻体”。本体一般是学生较难理解和接受的概念。

( 二) 回顾喻体, 即提示与本体具有相似性的知识或概念。喻体一般要生动、形象, 而且其反映的现象应是学生已知的或熟悉的。

( 三) 确定本体和喻体的相似特征, 即找出和比较本体和喻体所反映的两类现象之间的相似属性。相似特征既包括某一方面的属性的相似, 也包括两现象各属性之间关系的相似。

( 四) 直观表示相似点, 即用图形把本体和喻体的相似特征表示出来。

( 五) 对本体作总结, 即引导学生综合理解新学概念的各个属性及其整体联系, 以便学生全面地掌握概念。

( 六) 指出类比的不足之处, 即消除类比可能导致学生对所学概念的误解。由于类比对象是两个不同的现象或概念, 它们之间既有相似性, 又有本质区别, 否则就不是两个不同的概念。然而由于心理定势的影响, 学生很容易把只有喻体才具有的属性也归结到本体上去, 引起对本体的误解, 即产生学习上的负迁移。因而必要时, 教师应注意指出二者的不同特征。

为具体显示类比教学的操作过程, 下面我们以“电流”与“水流”为例( 本例由广西师大二附中特级教师黄奕平提供, 经删改) , 来具体说明上述六个步骤的进行:电。　同学们, 从今天开始我们学习电的有关知识, 在以后各章里我们将了解电压是一种电的压力, 它导致电荷在导体中的传导, 形成电流。这种传导会受到阻力即电阻的制约。电流。　要使电在导体中持续传导, 需维持电位差, 使电荷从一端移向另一端。这种情况与水从高处流向低处相似( 见图1) 。只要水位差存在, 水就在连接水池的水管内流动。电荷在连接电源的导线中移动, 就像水管水的流动。当两端压力相等, 水的流动停止。为使流动持续,须用水泵来维持水位差, 产生一个持续的水压, 使水不停流动。电流的形成也是这样。

图1　电流与水流的形成

电压。　除非存在电位差, 否则电不会移动。它的持续移动也需要一个“电泵”来提供稳定

的电位差, 这种能提供电位差的设备叫电源。不能把电流与电压相混淆。由于水管两端压力不同, 水就在管中流动, 但流的是水而不是压力。同样, 由于电压的作用, 电荷在电线中移动, 而不能说电压在电线中移动, 是电压引起了电流。电阻。　电流量的大小取决于电源提供的电压, 同时也与导体对电荷移动的阻力即电阻有关, 这也同水流一样。水流量的大小不仅取决于水压大小, 而且与水管本身的阻力如光滑程度有关。电流量的大小与导体的传导性能、厚度和长度都有关。电池和电灯。　说电荷“移出”电池或“移进”电灯都不确切, 正确的说法是电荷在这些物质中移动。电池类似水泵、导线类似水管、电灯类似涡轮, 水在水路中循环流动, 它不可能停止或“集中”在某处, 只是不停地流动。电流同理。电路。　把电源、用电器、开关用导线连接起来组成的电流的路径叫做电路。由于电荷不停移动, 因而电路必须完好无损。开关是电路上的一个缺口, 它控制着电荷的移动与否。电与水虽然有很多相似属性, 但它们仍有不同。突出的一点便是水管破裂水会流出, 然而电路的中断则使电停止传导, 电不会漏出。另一点不同涉及到开关的实际意义: 说闭合电路上的开关, 意指让电流通过, 相当于打开水阀让水流动; 而说断开开关, 意指不让电流通过。电路上只有闭合才有电的传导, 相反, 水的循环中只有打开才有水流。尽管存在这些差异, 用电类比水仍是学习电的有关知识的有效途径。

上述电流和水流的类比, 有效地演示了类比教学模式的具体步骤: 在“电”这一部分, 本体电及其属概念电压、电流、电阻被简要地引入。接着在“电流”这一部分, 提示学生回忆水的有关知识, 即回顾喻体。鉴于有些学生可能只有不完整的水流知识, 于是便呈现出水流和电流的形成图, 同时展开水流、水压、水流受到的阻力与电流、电压、电阻的类比, 以帮助学生确认和对比它们的相似特征, 即进行第三、第四步。在“电路”这一部分, 通过电路和水循环的对比, 综合地说明水的各种属性及其相互关系与电的各种属性及其相互关系之间的相似性, 即对本体作总结, 以使学生从整体上全面理解电的涵义。然后紧接着指出该类比中应注意的问题: 电路的中断, 结果不同于水管的中断; 电源开关也不同于水阀。由此以消除负迁移的产生, 避免学生形成不正确的概念。在初中教材中, 电的知识分若干章节来讲。在初学电的知识时, 采用上述类比教学无疑使学生在对电有一个整体性认识的基础上, 然后更有效地具体学习有关电的各种知识。

三、操作策略

教学是复杂的, 对类比的操作程序不能生搬硬套, 运用时应以正确的认识为指导, 掌握其

操作技巧。

第一, 类比不同于举例。类比虽然起着说明解释的作用, 但类比不是举例。认识二者的区别, 是正确使用类比的前提。尽管例子也起着说明解释的作用, 但举例是概念的部分说明, 例子与概念是特殊与一般、具体与抽象的关系, 二者本质相同。而类比是要确定两个概念所反映的两类现象的相似特征, 类比对象是两类不同质的事物。所以, 放电与闪电是举例而不是类比, 因为闪电不是像放电, 其本身就是一种巨大的放电现象。一般说来, 不同质的两对象间的类比又有两种情况: 一是不同类的两个对象间的类比, 如“电流”与“水流”、“河流”与“血液循环”、“照像机”与“人眼”等; 二是同类但不同质的两对象间的类比, 如“重力势能”与“电力势能”、“电磁振荡”与“机械振荡”、“光波”与“电波”等。

第二, 掌握类比的效率标准。类比有效与否、程度如何, 关键要看其是否达到教学目标。理论与实践表明用类比解释科学概念时, 有效与否有以下三个判别标准: 学生对喻体的熟悉程度; 本体与喻体的相似程度; 相似特征的数量。类比教学是通过已知认识未知, 因而类比的有效性取决于本体与喻体、喻体与学生之间的关系。根据有意义学习理论和激活理论, 本体与喻体相似程度越大, 有意义学习的可能性越高;

喻体越为学生所熟悉, 就越容易被激活。同时迁移理论表明: 本体与喻体相似程度越大, 迁移越容易发生; 相似特征越多, 迁移量越大。因而强有力的类比除其中一个对象要为学生所熟悉外,还要求二者相似程度大, 相似特征多。如用电流与水流作类比就特别有效。其原因在于水为学生所常见, 水与电都可以构成一种循坏系统, 水压、水管、水泵、水阀、涡轮分别类似于电压、导线、电池、电源开关、电灯。所以教师在采用类比进行教学时, 应当认真研究本体和学生, 选择形象、具体、为学生所熟知并与所教概念有较多相似点的喻体。

第三, 建立多个类比即为同一本体提供几个喻体, 以便学生从不同的角度理解本体。由于

没有同本体完全相似的喻体, 因而喻体的某些特征是不能类推到本体上去的。这说明每个喻体都有不足之处。为弥补不足, 需要提供其它的喻体。例如, 讲解波尔的原子模型时, 一般用“书架”作喻体来解释原子的结构: 书架上所有的书籍、每层搁板上的书籍、搁板、搁板数量、搁板间距、地板分别类似于原子的所有电子、每层能级中的电子、能级、能级数、能级水平差、原子核。但它不能解释原子内的电子的跃嵌活动, 因此, 可再用“楼梯”作喻体, 让学生想象一个皮球从楼梯的顶级滚向底级或从底级逐渐弹向顶级, 由此来理解电子在能级之间的跃嵌活动。实践证明, 为一个本体提供几个喻体, 不仅能使学生从多种角度全面理解本体, 而且还能减少他们将本体等同于某个喻体的可能性, 由此避免负迁移的产生。因此, 教师进行类比教学

时应以一种类比为主, 遵循操作程序详细解释本体; 另一种类比为辅, 作简单的补充说明。

第四, 灵活安排操作程序。我们对类比作理论和程序上的探讨, 目的在于使教师利用教材

中零碎的类比或自己设计类比进行教学时, 有据可依, 有章可循, 以提高运用类比的自觉性。可以说, 六个操作步骤是类比活动的基础和有效的保证。但这不等于说类比的程序是固定不变的。事实上, 在一定情况下, 类比也可以是几个步骤同时进行或交叉进行, 效果也很好。如当学生对本体和喻体都熟悉但不了解二者的相似关系时, 可将二者同时呈现, 以激发他们的学习兴趣。“河流”与“血液循环”的类比便是这样。?因此, 教师进行类比教学时应以此程序为指导,根据学生的特点和教学目的灵活安排活动的步骤。