【试论隐喻在大学物理教学中的运用】 大学物理的积分公式怎么运用
时间：2019-04-24 03:18:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘 要]隐喻是人类认识世界的方式之一，物理学中的很多概念及原理都具有隐喻性，在大学物理教学中合理地使用隐喻可激发学生学习的兴趣，帮助学生深刻理解有关概念及原理，促进学生创新思维的发展，培养学生对物理学的热爱，从而提高教学效果。
[关键词] 隐喻 大学物理 教学
基金项目: 陕西省基础教育科研“十一五”规划课题（SGH0902166）；陕西教育学院教改基金项目(10JG0051Q)。
隐喻概念浅析
“隐喻”（metaphor）通称“打比方”，它是一种隐含着的类比，即以想象的方式将某物等同于另一物，并将前者的特性施加于后者或将后者的相关情感与想象因素赋予前者。[1]正如Lakoff和Johnson在《我们赖以生存的隐喻》一书中所说：“隐喻的本质是以一件事或经验来理解和经历另一件事或经验”。[2]隐喻不仅是一个修辞学概念，即人们认知和表达诗歌、文学、哲学、自然科学有关题材时经常运用的一种修辞手段，也是人类思维认知和表达外在世界的一种工具。[3]因此，在日常的言谈交往中人们往往使用“隐喻”的方法以达到化难为易、化繁为简的效果，从而帮助听讲者迅速、准确地理解说话人所要表达的看法。传说宋代曾有皇帝以“深山藏古寺”为题考全国画师，如何把“藏”字准确、生动地画出是画师们苦苦思索的难点，结果得第一名的画师画了崇山峻岭间有一年迈齿缺的和尚用一把破瓢和一只破木桶汲水的画面，以隐喻“深山藏古寺”的主题。此外还需要指出的是，隐喻在人们的日常生活中也俯拾皆是，换言之，人们日常生活的话语系统中基本上都具有隐喻的本质。[4]总而言之，隐喻就是基于相似性或类似性，在不同的经验世界或观念世界之间建立一种对应关系；其实质在于用一种熟知的对象和境况的词语隐喻地去谈论另一种不熟知的对象和境况，以便能够更好地把握它和理解它。[5]
物理学中有关概念和原理的隐喻性
物理学中不少概念、原理是极具抽象性的。对于这些抽象的概念和原理人们往往是借助于相关的隐喻系统来加以定义和描述的。在物理学史上，物理学家们就经常根据原有的知识和经验，从旧概念的“废墟”中借助隐喻来创造新的概念以适应后继研究的需要。
在17世纪，弗兰西斯·培根曾将“热”这一概念描述为“一种扩张的行动、不分布于物体的整体、只存在于其小部分，同时又互为制衡、互斥、被击回，因而物体会有一种不同的运动，永远在颤抖中挣扎、被回音所刺激，因而从这些颤抖、挣扎、回声中能冒出火及热的威猛。”此句话中的“扩张”、“制衡”、“互斥”、“被击回”等词汇以及“在颤抖中挣扎”、“被回音所刺激”、“冒出火及热的威猛”等说法就是使用了隐喻的方法。19世纪丹麦物理学家奥斯特也曾经如此描述电——“电的冲撞只在物体的有磁部分有功效。所有不带磁的物体似乎都能被这种电的冲撞所穿透，而带磁的物体或它们的磁粒子，能抵抗这种电冲撞的输送。因此，它们能被这些相争的力所冲动。”这里的“冲撞”、“穿透”、“抵抗”、“相争”、“冲动”也都是典型的隐喻语言。后来随着物理学向微观和宏观领域的推进，它所研究的对象已经越来越超出了人的感官所能把握的范围，变得越来越抽象。在这种情况下，对于许多重要概念如“麦克斯韦妖”、“介子皮袄”、“偶极幻影”、“电子云”、“势垒与势井”、“量子跃迁”以及“似星体”、“黑洞”和“蝴蝶效应”等概念，除了以隐喻的方式描述外简直就寸步难行。于是科学家们就有意识地对比抽象事物和具体形象事物后创造出来了上述这些具有隐喻性的名词。
总之，在物理学典籍中诸如此类的隐喻不胜枚举。随着一大批概念如此这般地由隐喻而生、拥有了确定的科学含义后，这些科学概念和原理就被广泛使用，从而形成建构科学理论的基础。它们对于人们理解和描述物理学研究对象的特征和性质及推进进一步深入地研究，无疑具有极其重要的意义。完全可以说，在近代物理学史上，只要是在物理学上已经被大家普遍接受的概念，大都是基于隐喻方法而产生的。
综上所述，看似严谨、深奥的大学物理学完全可以、也必须使用隐喻的方法进行相关的表达。那么，在大学物理教学过程中，完全有必要且有可能使用隐喻的方法来帮助学生构建新旧知识之间的联系，进而达到让学生更好地理解有关概念、原理、方法的教学目的。
隐喻在大学物理教学中的运用
隐喻自古以来就是一种广为提倡的教学方法。中国古代教育文献《学记》中就多次提到隐喻，如说“君子之教喻也……能博喻然后能为师”。在古代欧洲隐喻亦被广泛使用于教学，如亚里士多德就对隐喻的教育功能作过很高的评价，他指出：“怪异的词语只能使我们迷惑不解；常规的词语只能传达我们已知的东西；而正是通过隐喻，我们才能最好地把握一些新鲜的事物。”[6]近年来，笔者在大学物理教学过程中深深感到，学生在《大学物理》日常学习中的最大障碍莫过于学生对于很多概念和原理的理解似是而非，从而导致了机械记忆、死套公式等消极学习方式，进而影响学习效果。究其原因，主要在于物理学中有关概念和原理的高度抽象化，致使学生一时半会难以用自己相关的生活经验、已有知识来关联性地理解有关物理现象和物理事实。
正是基于上述考虑，笔者认为在大学物理教学中应该积极使用隐喻的方法来讲解有关抽象的概念和原理，以帮助学生运用已有的知识去理解未知的知识。换言之，在大学物理课程教学中，要积极使用基于师生双方共有经验基础之上的隐喻，在教师的理性知识与学生的感性知识之间建立起沟通的桥梁，赋予抽象概念、原理以生动的意义，从而达到教学相长的效果。
1.恰当运用隐喻可以化难为易，促进学生对有关概念与原理的理解
针对大学物理中存在的一些抽象概念与原理，教师在教学时可以寻找合适的隐喻作类比，以便将学生尚未掌握的知识与已经熟悉的知识联系起来，使学生产生“似曾相识的感觉”，从而使抽象的概念与原理变得更加生动、形象、易于理解，学生可用相对较少的时间和精力对新知识感知更清楚、理解更深刻。这样，既可以增加教学的趣味性、活跃课堂气氛，又可以提高教学效率。例如，“感应电流的方向”对于初学者理解起来较有难度。课堂教学时就可以把“感应电流”形象地隐喻为一位“性情矛盾”的主人：在“客人”到访时（引起感应电流的磁通量增大时）他总是百般阻碍，表现出它“不好客”的一面；而当客人要离去时（引起感应电流的磁通量减小）他却总是对“客人”恋恋不舍，意欲将“客人”留下来，表现出了它“好客”的一面。又如在讲授“刚体的转动惯量”和“静电场中的高斯定理”时，这两个问题实际上分别涉及到质量和电荷的三种分布情况——线分布、面分布、体分布及对应的三种密度——线密度、面密度、体密度，准确理解这些模型和概念是学生学习后续知识的重要基础。笔者在教学中就是采用了隐喻的方法，利用学生生活中熟悉的三种食品米线、煎饼、馒头对上述三种分布情况进行隐喻，即将线分布比拟为米线的质量分布、面分布比拟为煎饼的质量分布、体分布比拟为馒头的质量分布；对应的密度就分别为单位长度上的质量为线密度、单位面积上的质量为面密度、单位体积上的质量为体密度。这一隐喻当即就取得了良好的教学效果，既活跃了课堂气氛、激起了学生学习兴趣，又使学生在轻松的氛围中建构起了线分布、面分布、体分布的模型，进而深刻地理解了线密度、面密度、体密度的概念。再如在讲解“电源的电动势”时，可用“水泵可以使水由水位低处经水泵移动到水位高处”来隐喻“电源的作用”；或者结合图示的方法(如图1)，用“电荷搬运工”来隐喻“电源的作用”，即“电荷搬运工”将每一瞬时到达导体A的负电荷不断地送回导体B上（或者说，把到达导体B的正电荷不断地输送到导体A上）。这将会更加生动、直观明了地展示电源的作用，利于学生对于“电动势”这个抽象概念的认知和把握。 总之，在大学物理教学中要使学生易于接受新的抽象概念和原理，适当运用隐喻的手段就显得尤为重要。运用这些具体的、生动的、可感的事物来隐喻抽象的事物，可以避免纯粹的概念演绎和逻辑推理的枯燥和乏味，使学生在对物理学产生兴趣的同时，能够积极主动地理解所学物理概念与原理。
2.合理使用隐喻可促进学生创新思维的发展
大学物理学是一门实验与科学思维相结合、具有严密的理论体系且带有方法论性质的学科，它具有逻辑性强、科学思想丰富、研究方法多样等特点，因而亦被称作基础课中的领头学科。所以，《大学物理》课程在培养学生创新思维方面就可以发挥至关重要的作用。隐喻就是一种常见的创造性思维，它是在两个具有可比拟性的事物之间进行的思维，将抽象事物生动、形象化，唤起形象思维，从而揭示事物的本质。在物理教学中合理利用隐喻不仅如前所论可以达到触类旁通、化难为易的目的，也具有开启发散思维的作用，从而促进学生创新思维的发展。
具体到物理课堂教学而言，当涉及到物理学史上的许多著名发现事例或实验时，教师就可以对其史料予以提炼、加工和整理，让学生追踪科学家们的发现思路，体验其中所蕴含着的隐喻，从而达到启发和训练学生的创新思维的目的。如在教学过程中为了帮助学生想象原子的内部结构，就可以使用卢瑟福曾经用“太阳系”模型隐喻原子结构的说法，即用行星围绕太阳运动的事实来描述电子在原子核外绕核作轨道运动。而事实上在卢瑟福之前，汤姆逊已用“葡萄干蛋糕”来隐喻原子结构模型，即将原子隐喻为是一个小小的球体，其中充满了均匀分布的带正电的流体；球内还有若干个电子，它们都在这种正电荷液体中，就像许多软木塞浸在一盆水里一样，这些电子等间隔地排列在与正电球同心的圆周上，并以一定的速度做圆周运动从而发出电磁辐射，原子光谱所反映的就是这些电子的辐射频率。由于电子所带负电荷的总和与电液体所带正电荷总和相等，但符号相反，所以原子从外面看上去是中性的。在汤姆逊提出的这种原子模型中，电子镶嵌在正电荷液体中，就像葡萄干点缀在一块蛋糕里一样，所以被称为“葡萄干蛋糕模型”。卢瑟福正是为了验证汤姆逊模型，指导盖革和马斯登进行粒子散射实验，结果发现了原子的有核结构类似于各大行星绕太阳的运动，所以使用“太阳系”来作隐喻。
如前所述，各种物理知识之间本来存在着相互联系或相似的形态。因此完全有对这些知识加以分析、对学生进行类比训练的必要，从而使他们能把未知的问题与已经掌握的物理知识在瞬间内沟通起来，从而使问题迎刃而解。如电磁振荡和机械振荡的规律是相似的。如果学生深刻理解了表征机械振动的物理及其变化规律，那么在讲授电磁振荡规律时，通过相似类比便可缩短掌握电磁振荡规律的过程。又如马可尼在研究无线电报信号发送时曾为如何成功地将信号发送越过大洋洲而一筹莫展，因为信号在发送途中会不断地衰减，而他始终没有找到克服的方法；一天他看到拉车的马匹由于体力不支在驿站被换成新的马匹，于是他从换马中得到启示，提出了在电报信号的发送途中建立中继站，以便每隔一段距离就可以把电报信号放大，从而保证了信号的顺利发送。在教学中对科学史上这些隐喻事例的分析，就能让学生看到各个物理学概念和原理之间的内在联系，起到举一反三、触类旁通和训练学生思维灵活性的作用，从而达到培养学生创新思维发展的教学目的。
3.巧妙利用隐喻可以培养学生对物理学科的热爱，保持学习兴趣
物理学作为一门充满着玄机因而魅力无限的学科，常被人誉为“科学之王”。它所蕴含的美是理性美，是内容真与形式美的结合。物理学之美融合了简单美、统一美、和谐美、对称美等等内容。在《大学物理》教学中，如能巧妙利用隐喻将物理学之美展示于学生面前，就可以使学生深刻领悟物理学的精髓和美妙，进而产生浓厚的热爱和强烈的求知欲望。如古希腊哲学家德谟克利特提出“构成物质的微粒不是静止而是运动”的思想时，曾使用了这样一个生动、含义深刻的隐喻：一大群白羊在山坡上争食青草，奔跑跳跃，嬉戏角逐。我们在很远处观看时，好像在沉静的青山上点缀着许多小小的白点。这正像我们平时看到整块的物质是静止的，其实构成物质的微粒正像山坡上的羊儿一样在极活跃地运动着。[7]这就将生活经验和物理理论联系了起来，揭开了物理学神秘的面纱。再比如爱因斯坦曾给他的相对论作出的“解释”——“打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女郎谈情说爱，那么，同样的时间你觉得哪一个更长？”这其实也是一个隐喻，它形象地说明了时间和空间的相对性，使相对论变得比较通俗易懂。1986年8月在东京举行的国际物理教学研究会议（ICPE）上一位代表对“微观过程可逆，宏观过程不可逆”的现象作出比喻，一条黑狗身上生满跳蚤，一条黄狗是干净的，两条狗站在一起，跳蚤可以从黑狗身上跳到黄狗身上，可以从黄狗身上跳回黑狗身上，也可以再从黑狗身上跳到黄狗身上，跳蚤跳来跳去相当于微观过程是可逆的；但最后无论是黑狗还是黄狗都不可能是干净的，即从宏观上看，跳蚤从黄狗身上完全跳回黑狗身上，使黄狗重新干净这一宏观过程的逆过程是不可能发生的[7]。这是一个著名的物理隐喻，也是热力学第二定律很好的教学素材。在教学中利用这样的隐喻完全可以使学生在轻松愉悦的状态下理解热力学第二定律，并且在此基础上增进对物理学美感的体验。
总之，把隐喻理论应用于大学物理教学中，可以激发学生学习的兴趣，促进对有关物理概念及原理的理解；促进学生创新思维的发展；培养学生对物理学的热爱，从而提高大学物理教学效果。在此过程中，教师一定要注意以下一些问题：首先，教师必须很好地理解科学隐喻；其次，教学所用的隐喻必须是师生都可理解的，且与学生的生活经验相关；最后，在教学中要突出隐喻中本体和喻体的类似点等等。
参考文献：
[1]张沛著.隐喻的生命[M].北京大学出版社，2004,7.
[2].Lakoff &Johnson，Metaphors we live by[M].Chicago: University of Chicago Press. 1980.
[3]所明湘.试析科学隐喻词汇的构成和特征——基于《英汉地球物理探矿词典》中的科技英语词汇的研究[J].重庆科技学院学报（社会科学版）,2010,10.
[4]胡壮麟著.认知隐喻学[M].北京大学出版社，2004,2.
[5]蔡铁权著.物理教学丛书——基础教育课程改革视野下的中学物理教学[M].科学出版社，2005,2.第一版.
[6]叶建柱，林德宣.论隐喻在科学教学中的应用[J].教育教学论坛，2011.7.
[7]李文庠.探秘物理思维[M].北京：北京科学技术出版社，2002.7.
作者单位：陕西教育学院物理与电子技术系 陕西西安
