類比法在高中物理教學(xué)中的顯性運(yùn)用

(常州市第二中學(xué)，江蘇 常州 213003)

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，教師比較注重學(xué)生基本知識(shí)體系的建立，缺少科學(xué)方法的教育，使得學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)，而非主動(dòng)的構(gòu)建知識(shí)體系，尤其是不清楚該用何種方法習(xí)得知識(shí)，解決實(shí)際的物理問題[1].新課程改革要求學(xué)生掌握科學(xué)方法，自主學(xué)習(xí)和探究科學(xué)，“授人以魚不如授人以漁”，因此教師也需要把顯性的科學(xué)方法教育應(yīng)用到平時(shí)的物理教學(xué)中，顯性方法教育是指在進(jìn)行科學(xué)方法教育時(shí)，明確指出這種科學(xué)方法的名稱，傳授有關(guān)該方法的知識(shí)，揭示方法的形式和應(yīng)用過程.顯性方法教育注重在解決問題的過程中，使學(xué)生有意識(shí)地掌握科學(xué)研究的方法和策略.類比法是一種行之有效的科學(xué)方法，可以顯性的應(yīng)用于高中物理教學(xué)，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系[2].

類比法是由兩個(gè)對(duì)象具有某些相同或相似的性質(zhì)，推斷它們?cè)谄渌再|(zhì)上也可能相同或相似的一種推理形式.為了把要表達(dá)的物理問題說清楚，往往用具體的、人們熟知的事物來類比抽象、陌生的事物.通過類比，可以使人們對(duì)研究的事物有一個(gè)直接、具體、形象的認(rèn)識(shí)，找出類似的規(guī)律[3][4].因此，類比法是研究和學(xué)習(xí)物理學(xué)的一種重要方法.如何在高中物理教學(xué)中顯性的運(yùn)用類比法？筆者認(rèn)為可有以下途徑.

1 相近或相似的概念之間可以運(yùn)用類比法

對(duì)于相近或相似的概念，學(xué)生受慣性思維方式的影響，往往很容易接受并記住相近的概念.教師在教這些相近概念的時(shí)候，可以有選擇的運(yùn)用類比法.比如，在講解點(diǎn)電荷模型的時(shí)候，就可以由質(zhì)點(diǎn)模型類比得到.質(zhì)點(diǎn)是有質(zhì)量的點(diǎn)，忽略物體的形狀和大小，而點(diǎn)電荷是有電荷的點(diǎn)，忽略帶電體的形狀和大小.通過這兩個(gè)概念相似性的類比，學(xué)生就可以較為自然的理解點(diǎn)電荷的模型.教師在講到電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)概念的時(shí)候，學(xué)生覺得很抽象，不好理解.筆者認(rèn)為可以把重力加速度和電場(chǎng)強(qiáng)度作類比，來說明電場(chǎng)強(qiáng)度.地球是有質(zhì)量的物體，處在地面附近的物體會(huì)受到力的作用，這就是重力.而重力加速度能夠用來衡量重力場(chǎng)的強(qiáng)弱，其中g(shù)=G/m；帶電荷的物體會(huì)在該電荷的周圍形成電場(chǎng)，描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的量是電場(chǎng)強(qiáng)度，類比得出式子是E=F/q，其中重力和電場(chǎng)力相對(duì)應(yīng)，質(zhì)量和電荷相對(duì)應(yīng).通過重力加速度概念來類比電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，有助于學(xué)生從已有的概念出發(fā)，經(jīng)過類比推理來理解較為抽象的新概念，從而降低了學(xué)習(xí)物理的難度.筆者認(rèn)為教師要在課堂上詳細(xì)的給出類比推理過程，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生理解新概念，逐漸培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比法來解決問題的能力.

2 來源于生活經(jīng)驗(yàn)的類比

在平時(shí)的生活和學(xué)習(xí)中，學(xué)生積累了大量而豐富的生活經(jīng)驗(yàn).這些生活經(jīng)驗(yàn)可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，通過生活經(jīng)驗(yàn)的類比，可以啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析事物的能力.首先，教師從生活中易于學(xué)生理解的現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)入手，通過類比法能夠較快的達(dá)到引入物理知識(shí)的目的.比如教師講電勢(shì)差概念時(shí)，可以舉瀑布的例子.如果瀑布的水流量越大，則落到底部水的動(dòng)能就越大；如果瀑布的落差越大，同樣落到底部水的動(dòng)能也越大.而動(dòng)能是由水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來的，我們知道瀑布的重力勢(shì)能與瀑布的水流量以及高度差有關(guān).那么，學(xué)生通過類比重力勢(shì)能，可以嘗試著得出電勢(shì)能與電荷量和電勢(shì)差的關(guān)系.在這里，電勢(shì)差和高度差就是一組類比的相關(guān)概念，而這兩個(gè)概念的類比就能借助于生活中的實(shí)例了.其次，教師在選擇生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比時(shí)，應(yīng)該選取來源于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的實(shí)例.成人的生活經(jīng)驗(yàn)較為豐富，見多識(shí)廣，而學(xué)生沒有這么多的生活經(jīng)驗(yàn)，因此，教師最好不要舉學(xué)生不熟悉的實(shí)例進(jìn)行類比.比如，教師講電容C的定義式時(shí)，最好舉水桶存水的例子.水桶的存水量V(即水桶的體積)，高度h和橫截面積S，可以分別類比于電容器的電荷量Q，電勢(shì)差U和電容C.最基本的生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，如果想要使相同高度的水桶存水多，顯然水桶的“腰身”越粗，裝的水就越多.類比水桶，我們可以得出，對(duì)于某個(gè)電容器而言，在相同電勢(shì)差的條件下，電容越大，能儲(chǔ)存的電荷量就越大.這個(gè)水桶的例子一講，學(xué)生結(jié)合自己的切身體會(huì)，可以較容易地理解這個(gè)概念了.

3 運(yùn)用物理學(xué)史上的事例顯性介紹類比法

縱觀物理學(xué)史，可以發(fā)現(xiàn)許多物理學(xué)家們使用了類比的科學(xué)方法，類比法在物理學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中功不可沒.比如在講庫侖定律的時(shí)候，教師就可引用物理學(xué)史上的案例來說明.富蘭克林曾經(jīng)設(shè)計(jì)了空罐實(shí)驗(yàn)，用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引.但把它懸掛在罐內(nèi)時(shí)，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力.當(dāng)富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之普利斯特利，后者注意到，1687年牛頓曾證明：萬有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對(duì)殼內(nèi)物體應(yīng)無力的作用.普利斯特利將空罐實(shí)驗(yàn)與牛頓推理類比，聯(lián)想到電力也表現(xiàn)了這種特性，所以也應(yīng)遵從平方反比定律.庫侖接受了平方反比的想法，于1785年制成了扭秤，以測(cè)定電力.庫侖通過類比，發(fā)現(xiàn)萬有引力定律和庫侖定律在形式上極其相似[5].

正如德國哲學(xué)家康德所說：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往能指引我們前進(jìn)”.在歷史上物理學(xué)家運(yùn)用類比法，找到了解決新問題的思路，教師從物理學(xué)史上的真實(shí)案例著手，便于說明庫侖定律發(fā)現(xiàn)的脈絡(luò)，為后繼的把靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)的進(jìn)一步類比打下伏筆.

4 通過類比法幫助學(xué)生記憶物理公式

高中的物理公式紛繁復(fù)雜，學(xué)生們普遍反映公式太多，記不住，不會(huì)使用.學(xué)生在做題的時(shí)候老是寫錯(cuò)公式.筆者認(rèn)為除了讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記憶公式外，也可以嘗試運(yùn)用類比的方法幫助學(xué)生記住大量的公式.教師首先要對(duì)公式分類，然后找出這些公式的相似之處，運(yùn)用類比法幫助學(xué)生記憶公式.

把靜電場(chǎng)與重力場(chǎng)進(jìn)行類比，可歸納出具有相似形式的物理公式：

總之，在物理教學(xué)中顯性地進(jìn)行類比法的教育，有助于學(xué)生理解物理概念和模型，掌握物理學(xué)的思維方法，形成嚴(yán)密的物理知識(shí)體系.

參考文獻(xiàn)：

[1]張憲魁.物理學(xué)方法論[M].西安：陜西人民教育出版社,1992.

[2]劉霽華.以方法為主線的物理教學(xué)[J].物理教學(xué),2002，(8).

[3]崔曉峰，劉霽華.課堂范式與實(shí)施策略[M].南京：江蘇教育出版社,2012：6.

[4]夏艷紅.類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào),2004，(2).

[5]郭奕玲,沈慧君.物理學(xué)史[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.