試論物理教學(xué)類比法

　　類比——是指在新事實(shí)同已知事物間具有類似方面作比較。類比法是人們所熟知幾種邏輯推理中，最富有創(chuàng)造性的。科學(xué)史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明，往往發(fā)端于類比，類比被譽(yù)為科學(xué)活動(dòng)中的“偉大的引路人”，是它首先推動(dòng)了假說的產(chǎn)生。盡管類比不能代替論證，但可以為理解新知識(shí)、概念和規(guī)律提供依托。因此，作為一種“從特殊推到特殊的科學(xué)方法”，類比法在物理教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。

　　一、類比法應(yīng)用的內(nèi)容

　　1、新、舊知識(shí)類比

　　物理學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)科學(xué)，它不僅有一定的知識(shí)內(nèi)容，而且這些內(nèi)容之間存在著必然的內(nèi)在聯(lián)系。將新、舊知識(shí)進(jìn)行類比，給學(xué)生以啟示，使學(xué)生易于掌握新知識(shí)，同時(shí)也鞏固了舊知識(shí)。

　　如在學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)一節(jié)內(nèi)容中，“電場(chǎng)”概念的建立是極為重要的，但由于此概念比較抽象，學(xué)生往往難以理解?？梢杂昧W(xué)中所學(xué)重力場(chǎng)與之類比：地球周圍存在著重力場(chǎng)，地球上所有物體都處于重力場(chǎng)中，都受到了地球的作用——重力。同樣，電荷的周圍存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有電場(chǎng)力的作用，(如：點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力的作用)。再由物體在重力場(chǎng)中具有了與地球位置有關(guān)的重力勢(shì)能，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出，檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中也應(yīng)具有與場(chǎng)源電荷位置有關(guān)的電勢(shì)能。如此類比，相當(dāng)于在新舊知識(shí)間架起了一座橋梁，讓學(xué)生能夠從已掌握的舊知識(shí)中順利地接受和理解新知識(shí)。

　　又如：場(chǎng)強(qiáng)E和電勢(shì)U這兩個(gè)描述電場(chǎng)的物理量，E、U與檢驗(yàn)電荷q有無關(guān)系呢?而牛頓第二定律M=F/a，當(dāng)物體受到的合外力為零時(shí)，物體產(chǎn)生的加速度也為零，但物體的質(zhì)量為一定值;再有，歐姆定律中R=U/I，若電阻不接入電路中，U、I均為零，但電阻R卻一定。究其原因，蓋它們都是事物本身的物質(zhì)屬性。這種簡(jiǎn)單的類比，使學(xué)生頓悟：E、U是描述電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量，電場(chǎng)是客觀存在的，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)，而定義式：E=F/q、U=ε/q只是定義E、U和計(jì)算E、U大小的。

　　2、生活經(jīng)驗(yàn)與物理規(guī)律的類比

　　學(xué)生在日常學(xué)習(xí)生活中積累了一定的生活經(jīng)驗(yàn)。用學(xué)生身邊的事例進(jìn)行類比，可啟發(fā)學(xué)生的思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生在生活中觀察和分析事物的能力。

　　如講電勢(shì)差時(shí)，可用瀑布來作為例子，瀑布的水量越大，落到底部的動(dòng)能越大;而瀑布落差越大，落到底部的動(dòng)能也越大，動(dòng)能是由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化獲得的，即瀑布的重力勢(shì)能與瀑布的水量、落差有關(guān)。讓學(xué)生自己類比得出：電勢(shì)能與電荷量和電勢(shì)差有關(guān)：ε=qu

　　介紹彈簧振子的振動(dòng)時(shí)，振子向平衡位置方向運(yùn)動(dòng)為變加速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生不能理解加速度減小而物體速度增加這一現(xiàn)象，可用人的身高增長(zhǎng)作類比：人從出生到成人，其身高逐漸增高。當(dāng)人的年齡接近成人階段，其身高增長(zhǎng)速度將逐漸減慢，但人的身高卻仍在繼續(xù)增高，只是增高變緩了，而并非人越長(zhǎng)越短。當(dāng)身高停止增長(zhǎng)，人的身高達(dá)到了他一生中的最大身高。學(xué)生從這一簡(jiǎn)單的類比中高很易理解：加速度在減小，只意味著速度的增量在逐漸的減少，但物體的速度值卻在增加，為變加速運(yùn)動(dòng)。

　　3、相關(guān)學(xué)科知識(shí)與物理知識(shí)的類比

　　自然科學(xué)分科龐雜，物理只是眾多學(xué)科之一，可以用其它學(xué)科的一些學(xué)生已學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行類比，幫助他們理解一些物理現(xiàn)象和物理過程。

　　如講解飽和汽，學(xué)生往往認(rèn)為達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，液體不再蒸發(fā)。這可與生物學(xué)中“根對(duì)水的吸收”類比：當(dāng)根細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞液的濃度與土壤溶液的濃度相等時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)出細(xì)胞膜的水分子數(shù)相等，為一動(dòng)態(tài)平衡。學(xué)生可從類比中得出結(jié)論：密閉在容器中的液體達(dá)到飽和汽狀態(tài)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)液體蒸發(fā)產(chǎn)生的汽分子數(shù)和回到液體內(nèi)的汽分子數(shù)相等，也是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。故宏觀上液體分子總數(shù)不再減少，汽分子數(shù)不再增加。

　　又如，學(xué)生在化學(xué)這門學(xué)科中詳細(xì)學(xué)習(xí)了物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，知道了物質(zhì)不滅定律，類比就可以知道電荷守恒定律。

　　這樣類比，可以使學(xué)生領(lǐng)略“類比”這一重要的認(rèn)識(shí)問題的方法，既加強(qiáng)了各學(xué)科間的橫向聯(lián)系，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;既降低了某些物理新知識(shí)的教學(xué)難度，又增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好物理的信心。

　　二、類比法應(yīng)用的范圍

　　1、應(yīng)用類比方法形成物理觀念

　　對(duì)于一些極為陌生、抽象的物理概念，如果用熟悉的、形象化的事物去類比，那么往往會(huì)產(chǎn)生“一語(yǔ)道破天機(jī)”的驚人作用，幫助學(xué)生加速認(rèn)識(shí)過程。例如：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。若把電容器、電容、儲(chǔ)存電荷類比容器、容積、儲(chǔ)存物資(具體水杯存水)，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。繼續(xù)類比引申：電容器儲(chǔ)存電荷的特性如何表征呢?是否同水杯存水一樣?一樣的話，它涉及的是哪些物理量?學(xué)生自然會(huì)結(jié)合自身的知識(shí)體系思考、猜想，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。

　　2、應(yīng)用類比方法引進(jìn)新概念

　　例如講磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念時(shí)，可這樣引入：磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣都是看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，磁場(chǎng)跟電場(chǎng)是否有相似的特性。在電場(chǎng)一章知道電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用及描述這一特性(電場(chǎng)強(qiáng)弱)的物理量電場(chǎng)強(qiáng)度，利用比值方法定義了電場(chǎng)強(qiáng)度E=F/q。那么，磁場(chǎng)對(duì)放入其中的試探體有無力的作用及描述這一特性(磁場(chǎng)強(qiáng)弱)的物理量是什么?如何定義?通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)研究磁場(chǎng)和研究電場(chǎng)類似，若知道放在磁場(chǎng)任何一處的任何電流的受力情況，這個(gè)磁場(chǎng)就研究清楚了。同樣利用比值定義了描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B=F/IL。應(yīng)用類比方法引進(jìn)“磁感應(yīng)強(qiáng)度”，降低了學(xué)生接受這一概念的難度。

　　3、應(yīng)用類比方法理解概念

　　在教學(xué)中，應(yīng)用類比方法幫助我們理解概念的例子比比皆是。例如：用做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體的動(dòng)能和勢(shì)能類比物體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能;電勢(shì)差、電勢(shì)、電場(chǎng)力做功、電勢(shì)能類比重力場(chǎng)中的高度差、高度、重力做功、重力勢(shì)能;等勢(shì)面類比等高線;場(chǎng)的疊加類比波的疊加等等。利用類比法使抽象、陌生的概念變?yōu)榫唧w、熟悉的知識(shí)，降低知識(shí)理解的難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

　　綜上所述，類比法在教學(xué)方面確實(shí)具有嚴(yán)格的邏輯推理難以取代的功效。但在使用類比方法時(shí)，要注意各種不同事物之間的差異和區(qū)別，在引進(jìn)新概念、新規(guī)律時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步把它們的本質(zhì)講清楚。只有這樣，才能使學(xué)生更好地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的思維和加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，在教學(xué)中起到舉一反三的好效果。