類比教學法在物理課堂教學中的應用研究

摘 要：類比教學法在中學物理課堂教學中有著廣泛的應用，它可以幫助學生理解較復雜的實驗和難度較高較深的物理知識，還可以加深學生的記憶，應用類比教學法，不僅可把抽象的新知識納入到已有知識系統中來，變抽象為形象、變難為易、變繁為簡，同時又可激發學生聯想，具有啟發思路、舉一反三、觸類旁通的作用。作者通過多年在高中一線進行物理教學的親身實踐研究，運用實例論述了類比教學法在物理知識教學、物理習題教學、物理方法教學中的具體應用及應用過程中要注意的問題進行了闡述。熟練運用類比教學法在內的多種教學方法，將有利于提高中學物理課堂教學效率與教學質量。

關鍵詞：類比教學法；應用研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）15-0126-02

一、類比教學法

類比是一種邏輯推理形式，通過對兩種物理事物、物理現象或兩種物理規律進行比較，找出它們的相似點和相同點，然后以此為依據，把其中某一物理事物、物理現象、物理規律的有關知識推移到另一物理事物、物理現象、物理規律中去，從而對另一物理事物、物理現象、物理規律作出假定性的說明，找出其他方面也相似或相同的方法。在物理教學中，類比方法可以幫助學生理解較復雜的實驗和難度較高較深的物理知識，還可以加深學生的記憶，類比教學法在中學物理課堂教學中有著廣泛的應用，既可應用于知識教學，也可應用于習題教學，也可以應用于物理方法教學。

二、類比教學法在物理課堂教學中的運用

（一）類比教學法應用于知識教學

在物理學習中，類比方法具有探索和解釋兩個功能。解釋功能在于喚醒學生頭腦中已有的知識或者經驗表象，對將要學習的知識提供一個相近的表象，實現知識或經驗的遷移。應用類比于物理教學，其關鍵就是引導學生根據所研究的問題的性質來恰當地選取作為類比根據的兩個對象的對應特征。

1．關于“萬有引力定律”與“庫侖定律”的類比

比較“萬有引力定律”與“庫侖定律”的數學表達式，發現它們具有驚人的相似之處，它們都能服從平方反比定律，但它們也有各自的特殊性。按教學的先后順序，學生在力學中已經掌握了“萬有引力定律”的知識，在電學中學習“庫侖定律”時，就可以運用類比進行教學。2．關于簡諧運動的類比

類比的關鍵在于找出兩種物理事物、現象、規律的共同特征，一般有兩種不同的方式：一是歸類；二是概況。采用哪種方式，是由物理知識自身的特點決定的，學習直接從事實中總結出來的概念，通常是靠歸類得出其共同特征的。一般學生對物理概念的認識是停留物理現象的外表特征，教學中可以運用類比的方法得出物理現象的內在本質特征。例如：

學生學習掌握了水平放置的彈簧振子所受回復力滿足F=-kx之后，在分析豎直放置的彈簧振子時，發現如果以懸掛物體后的平衡位置（kx0=mg）為坐標原點，通過受力分析，不論彈簧是處于壓縮狀態還是伸長狀態，振子所受合外力也滿足F=-kx。再去分析擺角很小時（擺角小于10°）時，擺球所受的振子所受合外力也滿足F=-kx 。而當分析在地面上上下跳動的彈性碰撞的小球以及有人走過的跳板的運動時，則可發現物體所受的合外力不滿足F=-kx的形式。通過以上類比，學生就可以把水平放置的彈簧振子的運動、豎直懸掛的彈簧陣子的運動、擺角很小的單擺的運動歸為一類，其共同特征是物體所受回復力跟對平衡位置的位移的大小總是成正比，方向與對平衡位置的位移的方向總是相反，加深了對簡諧運動的理解。

（二）類比教學法應用于物理習題教學

物理教學一般要使學生從感性認識上升為理性知識，使學生形成了物理概念、掌握了物理規律，并實現了物理認知結構的重新組合，但物理學習的思維加工活動更主要在于運用物理知識解決物理問題。高中學生在學習物理中常常對解決問題感到困難，其原因在于用學習概念、規律的認知方式來解決問題，未能突出解決物理問題的認知特點的緣故。利用類比的方法在解決物理問題的過程中，具有啟發思路、提供線索，借助于已學知識或者某種范例而舉一反三、觸類旁通的作用。解答此類問題的關鍵在于將這個對象和問題轉化為熟知的對象和問題。

例1：如圖所示，在光滑水平面上靜止放著一輛質量為m2的小車，車上裝有光滑的弧形軌道。另一質量為m1的小球以速度v0沿弧形軌道的水平部分射入，并沿弧形軌道下降脫離小車，若m1=m2，則小球脫離小車時如何運動？

經分析知道，小球射入弧形軌道后與小車發生相互作用，把小球和小車看作一個系統，由于這個系統水平方向不受外力作用，水平方向滿足動量守恒。又由于弧形軌道光滑，小球與小車相互作用過程中滿足機械能守恒。根據小球與小車相互作用的特點，可以把它類比于兩個小球發生彈性碰撞，根據彈性碰撞一靜碰一動的規律，且兩個物體質量相等，碰撞結束兩個物體將交換速度。由此可順利得出小球脫離小車時做自由落體運動。

例2：如圖甲所示，平板小車上固定一只杯子，杯內存有一定量的水，若小車以水平加速度a向前勻加速前進時，杯內液面穩定后與水平方向所成的夾角θ？

在平常練習中，經常碰到這樣的一個問題，一個質量為m的物體，放置在傾角為θ的斜面上（如圖乙）。求斜面以多大水平加速度前進時，可使物體保持相對斜面靜止？分析圖乙中物體的受力情況，根據牛頓第二定律，不難得出 ，即 。若把杯內液面看成是一個個質量都為m的液滴（看做質點）緊挨排列而成，則圖甲中液面上液滴可類比于圖乙中斜面上的物體，二者有共同的受力情況，由此可知此題的結果為 。

（三）類比教學法應用于物理方法教學

物理學中的研究對象和研究過程，大多都是經過分析、綜合之后，把最本質的、最基本的抽象出來，所建立的理想模型和理想過程。在教學中，要注意說明引入理想模型和理想過程的必要性、可能性和合理性，使學生掌握如何把實際問題轉化為物理問題，如何簡化物理對象和過程，從而培養學生研究和處理物理問題的方法。一般來說，一個物理方法處理的是一類(或幾類)具有相同或相似特征的物理問題。若教學中抓住研究問題的特征，通過類比，在不同領域內(或不同內容上)使用同一方法，則可達到加深理解物理方法的目的。

1．類比應用于定義某些物理量的比值法。

例如：對電場強度概念的教學，可以在分析庫侖定律實驗的基礎上著重講如何對實驗結果進行分析、綜合、抽象、概括。首先，對于同一試探電荷q，放置在電荷Q（場源電荷）產生的電場中，試探電荷q在Q的電場中的不同點所受電場力F的大小一般是不同的，位置變化時，F也變化，但比值F/q不變，經過抽象得出該比值與F、q無關；其次，經過分析和比較，發現對于不同的場源電荷Q，即使是電場中的同一位置該比值也不同。在此基礎上抽象和概括，每一個場源電荷Q都存在一個比值F/q，不同的Q（場源電荷）比值F/q不同，它反映了電場的強弱，所以定義比值F/q為電場強度E。用比值法來定義物理量是中學物理中常用的一種方法。利用類比的方法，以電場強度作為根據，對電阻、電勢差、電容、磁感應強度等進行教學，強調如何根據其性質來表示其特征，學生不僅對這類概念的理解有融會貫通之感，且在不同方面的應用中，對比值法的內涵有了更深刻的理解。

2．類比應用于理想化法。

理想化法是物理教學中通過想象建立模型和進行實驗的方法。宏觀世界中物體間的相互作用相當復雜，進行物理研究時我們不可能面面俱到。在分析和研究物理現象、物理規律時，忽略物理過程中的次要因素，抓住主要矛盾而抽象出來的方法，即理想化法。比如力學中引入質點來代替物體有質量的點，在物體的線度相比它的運動范圍或它與其他物體的距離遠遠小時，可以忽略它的大小，質點這個理想化的模型突出了主要因素，忽略了次要因素。高中物理中應用類比的方法在學習勻速直線運動、理想氣體、點電荷、點光源、光線、牛頓第一定律等知識時，可以使復雜問題大大簡化，也可以使學生掌握理想化法這個重要的物理方法。

3．類比應用于控制變量法。

在物理教學中，控制變量法是探索物理問題和物理規律的一個基本方法。比如力學中驗證牛頓第二定律的方法，就是先控制物體的質量m不變，研究a隨F的變化規律；然后再控制m不變，研究a隨m的變化規律，最后將兩結果綜合起來，得出牛頓第二定律。在研究圓周運動的向心力、單擺的周期公式、氣體的狀態參量的關系、電阻定律、平行板電容器的電容、焦耳定律等規律中都可以利用類比的方法，使學生學會運用控制變量法，把整體分解為部分，從復雜的聯系中隔離出某一因素進行考察，深入本質，發現事物的內在聯系。

三、結束語

類比方法符合人們認識事物的規律和當代教育學、心理學規律。應用類比方法，不僅可把抽象的新知識納入到已有知識系統中來，變抽象為形象、變難為易、變繁為簡，同時又可激發學生聯想，具有啟發思路、舉一反三、觸類旁通的作用。但由于類比是兩種事物的某些方面的相似或相同，不能保證相似（或相同）屬性在其他方面都一一相應的相同或相似。教學中要說明類比的局限性，找出相同相似處，說明不同處，避免學生學習中對知識的負遷移現象。

當今高效課堂已成為課堂教學的理性訴求，也是每個教師在努力踐行的目標。教學過程中，在精心制訂教學目標、優化組合教學內容的前提下，科學高效的教學方法是通往高效課堂的橋梁。類比教學法就是一種可以達到事半功倍效果的教學方法。

參考文獻：

[1] 人民教育出版社物理室編著.全日制普通高級中學教科書（必修加選修）物理第二冊.北京：人民教育出版社，2003.

[2] 趙凱華、陳熙謀著.電磁學第二版下冊.北京：高等教育出版社，1985.

[3] 閻金鐸主編.中國著名特級教師教學思想錄中學物理卷.江蘇：江蘇教育出版社，1996.

[4] 陳龍安著.創造性思維與教學.北京：中國輕工業出版社，1999.

[5] 教育部基礎教育司編.走進新課程-與課程實施者對話.北京：北京師范大學出版社，2002.