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刊名: 基础教育课程
主办: 教育部基础教育课程教材发展中心
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-6715
CN: 11-5187/G
邮发代号: 80-447
投稿邮箱:jcjykczz@163.com

历史沿革:
现用刊名:基础教育课程
曾用刊名:中小学图书情报世界
创刊时间:1993

试论类比法在物理教学中的应用

【作者】 喻馨莹

【机构】 四川省江安县第一初级中学校

【摘要】
【关键词】
【正文】  类比是一种重要的物理思维方法。充分运用类比方法,可帮助学生融会贯通所学知识,加深对物理规律和概念的理解,提高分析解决问题的能力,特别是用已有知识去探索未知领域的能力。多年的教学实践使我认识到,在物理教学中传授知识固然重要,然而掌握方法更可让学生受益终身。因此在教学中有意地渗透、传授物理学的研究、学习方法,使学生受到物理学研究、学习方法的熏陶和训练,让他们自觉不自觉地逐步掌握和运用这些方法。其中“类比法”在初中物理教学中有着重要的意义:利用“类比”可以帮助学生把感到陌生的问题与自己熟悉的事物进行比较,从而找出它们的相似或相近之处,达到认识事物的规律。通过类比,学习掌握新知识,联系复习旧知识。
  一、新、旧知识类比
  要开发学生的创造性思维,首先要打好扎实的基础,丰富学生的知识库存。在教学中,要特别重视在讲授新概念时联系旧知识,在新旧知识类比中加深理解,开拓思路。例如在讲授电势时,将电场和重力场进行类比,找出共同点——电场力和重力做功都与路径无关。为此,首先引入重力势能的概念,把一个质量为m1的物体放在高度为h的地方,它具有重力势能m1gh,把质量为m2、m3……的物体放在高度为h的地方,它们分别具有重力势能m2gh、m3gh……,其势能值各不相同,但m1gh/m1=m2gh/m2=m3gh/m3……=gh是一个恒量,我们可以把gh叫做重力势。其值只决定于重力场中的位置和零点的选择,与放入重力场中的物体的质量无关。由于学生对重力场知识了解较多,对重力势容易接受,再用类比法引入电势的概念,分析它的性质和区别于重力场的特点,这就化“抽象”为“具体”,使学生对新知识有似曾相识的亲近感,深化了教学内容。这样的类比在中学物理中还很多,如水位和电势、电势能和重力势能、热容和电容,质量和电量、重力场中质点的运动和匀强电场中带电粒子的运动等。运用类比教学法,既能激发兴趣,同时又进行了科学思维和科学方法的示范,学生遇到新的概念和事物也能作类比分析,并得出较为满意的结果。
  二、经验与规律的类比
  学生在日常学习生活中积累了一定的生活经验。用学生身边的事例进行类比,可启发学生的思维,调动学生学习的积极性,培养学生在生活中观察和分析事物的能力。
  如讲电势差时,可用瀑布来作为例子,瀑布的水量越大,落到底部的动能越大;而瀑布落差越大,落到底部的动能也越大,动能是由重力势能转化获得的,即瀑布的重力势能与瀑布的水量、落差有关。让学生自己类比得出:电势能与电荷量和电势差有关:ε=qu
  介绍弹簧振子的振动时,振子向平衡位置方向运动为变加速运动,学生不能理解加速度减小而物体速度增加这一现象,可用人的身高增长作类比:人从出生到成人,其身高逐渐增高。当人的年龄接近成人阶段,其身高增长速度将逐渐减慢,但人的身高却仍在继续增高,只是增高变缓了,而并非人越长越短。当身高停止增长,人的身高达到了他一生中的最大身高。学生从这一简单的类比中高很易理解:加速度在减小,只意味着速度的增量在逐渐的减少,但物体的速度值却在增加,为变加速运动。
  三、恰当运用类比方法进行教学
  1、运用因果类比
  因果类比是根据相类比的两个对象各自属性之间可能具有相同的因果关系而进行的类比推理。在“电流的形成”的教学中,我用“水流的形成”相类比,推出“电流的形成”。我先说一句俗语的上句:“人往高处走……”学生就很自然地接着说:“水往低处流。”我马上引导学生思考:怎样才能形成水流呢?经过学生的思考和讨论,得出:水流的形成是由于水有高度差(水往低处流)。我笑着说:“别忘了还应该要有水!”于是学生得出结论:形成水流的条件是有水和高度差。接着,我用水流跟电流类比,推出电流形成的条件,过程如下: 
  教师:水流可以说是水的定向移动,而电流是电荷的定向移动,它们之间很类似。形成水流的第一个条件是要有水,电流呢?
  学生:要有电荷。(此处运用了简单共存类比) 
  教师:确切地说,是要有自由电荷。那么,自由电荷在什么情况下会定向运动呢? 
  学生:受到电场力。
  教师:对!自由电荷在什么地方会受到电场力呢? 
  学生:电场。
  教师:在电路中,电池的两极间有电压,即有电势差。当导体的两端与电池的两极接通时,它的两端就有了电压,导体中就有了电场。这样,导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动,形成了电流。所以,跟水流的形成相类比,形成电流的另一个条件是什么? 
  学生:还要有电势差(电压)。这样,通过水流的形成跟电流的形成相类比,抓住主要的特征,由此及彼,由因到果,类推出电流形成的条件,学生既容易理解,又不容易遗忘。 
  2、运用对称类比 
  对称类比是根据两个对象属性之间的对称关系进行的类比。客观世界中也确实存在着许多的对称关系(例如:物体形状或几何形体的对称性、正负电荷与南北磁极的对称性、粒子与反粒子的对称等),这也是进行对称类比的基础。在电磁感应的教学中,我列出电与磁的对应的特征:正负电荷与磁南北磁极相对应;电荷的相互作用与磁极的饿相互作用相对应;电场与磁场相对应。接着提出一个问题:电流有磁效应,也就是说“电”可以生“磁”,那么,“磁”可不可以生“电”呢?根据电跟磁的对称性,学生很自然地想到:“磁”应该也可以生“电”!。
  3、运用关系类比
  它是根据两个对象各自属性之间可能具有的相同因果关系而进行的类比推理.例:牛顿发现的万有引力定律,把天体力学与地上的力学统一起来,实现了物理学发展史上的第一次大综合,这其中就要应用关系类比的方法,高山上用力抛出的石头,初速度越大,则抛出越远,如果速度足够大,则石头可能绕地球运转而不落向地面,摇动系着绳子的石头,则石头可做圆周运动;而天上的月亮能作圆周运动,也可能象石头一样是受向心力作用,而这一向心力就是月亮与地球间的引力,从而导致万有引力定律的发现.
  四、运用类比,提高课堂教学效益
  不同的物理知识之间有许多相同或相似的特征,他们遵守着相同或相似的物理规律,对它们的研究所采用的物理方法也受其特征的制约。在中学物理知识在中,电磁学知识有一相同特征是其抽象性,因此在学习这部分知识时,常用它们与力学知识之间的相似性,采取类比法进行教学,可以收到事半功倍的效果。
  在平常的物理学习中,学生往往会觉得物理知识看得懂,也听得懂,但做起题来就是容易出错。究其原因,学生缺乏知识的系统化,所学的知识是零散的,没有融会贯通,所以学习效果并不好。如果在平时的课堂教学中,要有意识的运用类比方法。如,弹簧的串联1/K=1/K1+1/K2,电容器的串联1/C=1/C1+1/C2,电阻的并联1/R=1/R1+1/R2,电阻的串联R=R1+R2,弹簧的并联K=K1+K2,电容器的并联C=C1+C2。把它们联系起来,形成知识体系,对学生的学习就能起到事半功倍的作用。还有象v—t图象的面积为位移、F—t图象的面积为冲量、P—V图象的面积为气体做功、U—I图象的面积为电流做功的功率,机械波—电磁波—光波---物质波的类比等等。运用类比法把相关的物理知识联系起来,可以帮助学生理解、记忆、掌握这些相关知识,从而提高课堂教学效益。
  综上所述,类比方法类比法是借助于事物之间的相似性,通过比较将已经掌握的知识推移到新的研究对象的学习方法,在物理教学中运用类比方法可以引导学生自己获取知识;有助于提出假说,进行推测,有助于提出问题并设想解决问题的方向,类比可激发学生探索的意向,引导学生进行探索,使学习成为学生自觉积极的活动,学生自觉不自觉地逐步掌握和运用类比方法,较好的培养了学生的逻辑思维和创新能力,为以后的终身学习奠定基础。