類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用

王月紅

摘 要：類比法是一種科學(xué)思維方法。主是指通過(guò)比較幾種事物的本質(zhì)、概念、規(guī)律，從找出它們的相似點(diǎn)或相同點(diǎn)，進(jìn)而把其中某一事物與物理情景的有關(guān)知識(shí)、規(guī)律和結(jié)論推移到另一物理情景中去，解決另一種物理現(xiàn)象中的問(wèn)題的思維方法。學(xué)會(huì)類比，對(duì)于學(xué)生知識(shí)的架構(gòu)、解題能力的提高可以起到事半功倍的效果。

關(guān)鍵詞：類比法；物理概念；物理模型

物理學(xué)是是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)好物理，從小的方面，有助于學(xué)生的升學(xué)，從大的方面對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展具有重要作用。但從接觸物理這門學(xué)科開始，很多學(xué)生都有畏難情緒，一方面是思想上的不重視導(dǎo)致基礎(chǔ)沒(méi)打扎實(shí)；另一方面是沒(méi)找到好的學(xué)習(xí)方法。

新課程的教學(xué)理念在于以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)。作為一名教育工作者，要明確教育的本質(zhì)不應(yīng)是簡(jiǎn)單的知識(shí)傳授，方法才是學(xué)生今后學(xué)習(xí)的工具。因而教學(xué)過(guò)程中教師要盡量做到“授生以漁”。物理的學(xué)習(xí)方法有很多，筆者重點(diǎn)討論類比法。

類比法也稱類比推理方法，簡(jiǎn)而言之，就是把兩種事物、物理概念、規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，找出它們的相似點(diǎn)或相同點(diǎn)，從而用一個(gè)物理現(xiàn)象的規(guī)律去解決另一種物理現(xiàn)象中出現(xiàn)的問(wèn)題的思維方法。學(xué)會(huì)類比，對(duì)于學(xué)生知識(shí)的掌握、解題能力的提高可以起到事半功倍的效果。筆者通過(guò)幾年的物理教學(xué)，進(jìn)行了探索，現(xiàn)小結(jié)如下：

1 新課教學(xué)中如何運(yùn)用類比法

1.1 感性認(rèn)識(shí)類比，建立物理概念

物理概念是學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)，但物理概念往往較為抽象，雖然生活處處是物理，但不代表學(xué)生理解其實(shí)際含義，特別是當(dāng)這個(gè)概念是看不到摸不到時(shí)，學(xué)生就更沒(méi)有感性知識(shí)作為鋪墊了。此時(shí)教師如能利用類比教學(xué)，將物理概念生活化、形象化，將有利于初學(xué)者更好的學(xué)習(xí)和掌握物理概念。

如在初中的《浮力》，教材對(duì)于浮力方向及作用效果的處理，將物體受到液體對(duì)其的浮力與手對(duì)物體的托力與類比，將看不到的浮力轉(zhuǎn)化為感受得到的托力，使學(xué)生容易得出浮力的方向是豎直向上的，從而使知識(shí)的探究過(guò)程有跡可循。再如《電路》的教學(xué)，電流、電壓這些概念對(duì)學(xué)生而言，看不到、摸不到、感受不到，教師可以在教學(xué)中將電流與水流進(jìn)行類比，提升學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，而后通過(guò)引導(dǎo)，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)要有水流就要有水壓，要有持續(xù)的水流就要有水循環(huán)，從而再推論得出有電流必須要有電壓，而要有持續(xù)電流則需要有持續(xù)的電壓，從而再引入電源的概念。

還有些物理概念學(xué)生聞所未聞，那么理解起來(lái)更顯得困難，此時(shí)如果用熟悉的、形象化的事物去類比，那么往往能加速學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程。如高中物理教材對(duì)于《電動(dòng)勢(shì)》概念的處理就采用了將電源電動(dòng)勢(shì)與抽水機(jī)的類比，使學(xué)生切身體會(huì)到電動(dòng)勢(shì)表示的是將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，并且抽水機(jī)型號(hào)或種類的不同其抽水高度也不同，即電動(dòng)勢(shì)的不同。再如：學(xué)習(xí)電容器的電容概念時(shí)，電容是個(gè)陌生、抽象的物理概念。教師在教學(xué)中將電容器、電容、儲(chǔ)存電荷類比容器、容積、儲(chǔ)存物資，可以使學(xué)生輕松形成電容是反映電容器儲(chǔ)存電荷的本領(lǐng)這個(gè)概念，電容的大小與儲(chǔ)存的電荷的多少無(wú)關(guān)。并可以自然的引出電容的大小可能與哪些因素有關(guān)，從而引發(fā)學(xué)生結(jié)合自身的知識(shí)體系思考、猜想，最終再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出電容器的電容類似容器的容積一樣由本身結(jié)構(gòu)決定，加深“電容”概念的形成。

1.2 物理意義類比，建立物理概念

如速度、加速度、功率、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等的物理概念的建立是通過(guò)比值法來(lái)定義的。其物理意義相似，都與快慢有關(guān)，通過(guò)類比可以歸納得出快慢有關(guān)的物理意義，其定義式的分母為時(shí)間，分子則為比較的對(duì)象。如表1

1.3 物質(zhì)本身屬性的物理量的定義進(jìn)行類比

它們的共同特征是：屬性由本身所決定。將其應(yīng)用類比對(duì)它們進(jìn)行教學(xué)，有助于對(duì)這類概念的理解。如表2

1.4 運(yùn)用類比法，溝通新舊知識(shí)，讓學(xué)生盡快掌握新知識(shí)

類比的過(guò)程是對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)的舉一反三，教會(huì)學(xué)生類比，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。實(shí)踐證明，采用類比法進(jìn)行新課教學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)過(guò)程中效果較好。

新舊知識(shí)類比學(xué)習(xí)新概念。如在學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，可以將已學(xué)過(guò)的電路（圖1）與電磁感應(yīng)的電路（圖2）進(jìn)得對(duì)比，將新舊知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生明確各個(gè)部分在電路中的作用，從而理解發(fā)生磁通量變化的部分來(lái)充當(dāng)電源，提供電源電動(dòng)勢(shì)，并且只要磁通量發(fā)生變化就有會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在而與是否閉合電路無(wú)關(guān)。

再如場(chǎng)的性質(zhì)的講解，學(xué)生對(duì)于電場(chǎng)磁場(chǎng)知識(shí)的理解存在一定的困難。通過(guò)與重力場(chǎng)的類比，有助于學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的掌握。如表3

2 運(yùn)用類比法，構(gòu)建物理模型

“物理模型法”是指通過(guò)建立物理模型來(lái)研究和學(xué)習(xí)物理、分析處理和解決物理問(wèn)題的一種思維方法。如果學(xué)生通過(guò)分析知道這個(gè)問(wèn)題屬于什么模型，就可以運(yùn)用已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)去解決，這其實(shí)也是類比的過(guò)程。中學(xué)物理常見的物理模型有以下幾種：

2.1 理想化模型類比，分析適用條件

如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷，其判斷方法類似，都是研究對(duì)象本身比其研究的空間尺度小得多。如輕繩、輕彈簧，都不考慮其重力，但其主要都是提供彈力等等。在研究的過(guò)程中將其放在一起類比研究，便于學(xué)生找到其共同點(diǎn)和區(qū)別點(diǎn)，從而在解題中找到突破口。

2.2 運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的模型的類比，尋求運(yùn)動(dòng)規(guī)律

動(dòng)力學(xué)問(wèn)題在高中物理占了很大一部分，在物理高考中絕大多數(shù)題目都離不開以下幾種基本運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程的模型，①勻速直線運(yùn)動(dòng)②自由落體運(yùn)動(dòng)③豎直上拋④平拋運(yùn)動(dòng)⑤勻速圓周運(yùn)動(dòng)等等。由于這類模型的受力特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)類似，因而在解題過(guò)程中也存在著解題方法的相似。教學(xué)過(guò)程中，可以將進(jìn)行類比，找出規(guī)律，從而迅速找出解題的方法。比如在解帶電粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，類比如表4。

通過(guò)類比，學(xué)生可以找出兩種運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn)，并自行推導(dǎo)得出帶電粒子在電場(chǎng)或者重力場(chǎng)和電場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中等類平拋運(yùn)動(dòng)的解題方法和規(guī)律。從而加深學(xué)生對(duì)此類模型的理解。

3 運(yùn)用類比法，提高學(xué)生分析、解題的能力

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理上有個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為題目做得越多對(duì)于知識(shí)的掌握也就越牢固，從而陷入題海中，但又往往事與愿違。教師在習(xí)題課中應(yīng)避免就題講題，而應(yīng)將題目進(jìn)行拓展，并教會(huì)學(xué)生尋找題目的相似點(diǎn)，通過(guò)類比對(duì)題目的類型觸類旁通。如下關(guān)于變速圓周運(yùn)動(dòng)的題目：

（1）表演“水流星”節(jié)目，拴杯子的繩子長(zhǎng)為l，繩子能夠承受的最大拉力是杯子和杯內(nèi)水重力的8倍.要使繩子不斷，節(jié)目獲得成功，重力加速度為g，求： 杯子通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度的最小值為多大？

（2）如圖3所示，半徑R=2.5m的光滑半圓形軌道固定在水平地面上，一小球以某一速度從半圓形軌道的最低點(diǎn)A沖上軌道，恰好能從半圓軌道的最高點(diǎn)B水平飛出，不計(jì)空氣阻力，求： 小球達(dá)到B點(diǎn)時(shí)的速度大小。

（3）如圖4在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m、帶正電的小球，用長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)小球靜止時(shí)細(xì)線與豎直方向夾角為θ（如圖所示）.現(xiàn)給小球一個(gè)垂直于懸線的初速度，使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).試問(wèn)（不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g）： 若小球恰好完成圓周運(yùn)動(dòng)，則小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小速度值是多少？

題（1）和題（2）進(jìn)行對(duì)比，小球在最高點(diǎn)主要是受重力和指向圓心的彈力，如果要恰好完成圓周運(yùn)動(dòng)，則最高點(diǎn)所受指向圓心的合力應(yīng)達(dá)到最小，即彈力為零。通過(guò)引導(dǎo)，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)變量為彈力，從而判斷此類模型的解題方法。

對(duì)比題（1）和題（3），都為繩拉小球模型，但區(qū)別在于例1的場(chǎng)力為重力，方向豎直向下且在最高點(diǎn)與速度方向相垂直，而小球能否完成完整的圓周運(yùn)動(dòng)，取決于是否能通過(guò)這個(gè)特殊的“最高點(diǎn)”。從而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)例3的解題規(guī)律為把重力與電場(chǎng)力先合成為合場(chǎng)力，并且在速度與其垂直時(shí)才是理論上此圓周的最高點(diǎn)。從一定意義上通過(guò)類比的方法教會(huì)對(duì)知識(shí)進(jìn)行了遷移和拓展。

類比法在物理學(xué)研究和物理教學(xué)中起著重要作用，教師在教學(xué)中有意識(shí)的對(duì)學(xué)生進(jìn)行類比法的教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、歸納能力、發(fā)散思維，提高學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解和解題能力。但值得注意的是進(jìn)行類比的兩事物必須具有可比性，即在某些屬性上具有相似性，同時(shí)也要告訴學(xué)生其知識(shí)上的區(qū)別，如在《合力與分力》的講解時(shí)，著眼點(diǎn)在效果，教師會(huì)將其與一些生活現(xiàn)象如10元錢的效果與兩張5元錢的效果相同進(jìn)行對(duì)比，但要注意一個(gè)是矢量一個(gè)是標(biāo)量的問(wèn)題，否則將可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。