巧用對(duì)比,學(xué)好物理

摘 要： “對(duì)比”是人們常用的思維方法，是找出事物之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維方法，通過事物間相同特征或相異特征的比較，揭示事物的本質(zhì)和區(qū)別。正確運(yùn)用對(duì)比法有利于教學(xué)難點(diǎn)的突破和教學(xué)重點(diǎn)的突出，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和探究能力。

關(guān)鍵詞： 對(duì)比法 探究學(xué)習(xí) 物理學(xué)習(xí)

物理學(xué)科在發(fā)展過程中要求物理思維要有嚴(yán)密的邏輯性，要符合邏輯規(guī)律。物理思維的方法很多，這里僅就其中最典型的、最常用的比較法來結(jié)合物理學(xué)的實(shí)際來討論。在物理教學(xué)中，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生辨析事物的同中之異或異中之同，使他們自覺地運(yùn)用這一科學(xué)思維方法，深化對(duì)物理思想和物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)，可以達(dá)到弱化教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解和接受新知的目的。同時(shí)學(xué)生在對(duì)比過程中利于發(fā)展思維，激發(fā)創(chuàng)造意識(shí)，以及提高分析問題、解決問題的能力。“對(duì)比”是人們常用的思維方法，是找出事物之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維方法，通過事物間相同特征或相異特征的對(duì)比，揭示事物的本質(zhì)和區(qū)別。人們認(rèn)識(shí)事物往往是從區(qū)別事物的本質(zhì)特征開始的。而要區(qū)別就要有對(duì)比，有對(duì)比才有鑒別。事物之間在現(xiàn)象上和本質(zhì)上都存在著同一性和差異性，現(xiàn)象上的同一和差異一般來說是容易識(shí)別的，而本質(zhì)上的同一和差異就不那么容易識(shí)別。物理學(xué)中有許多物理思維和物理規(guī)律具有可比性，運(yùn)用對(duì)比法可幫助學(xué)生接受新概念并加深對(duì)概念的理解，能使知識(shí)融會(huì)貫通，開拓學(xué)生的思維，并培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。在物理教學(xué)中，既要求學(xué)生找出差異性極大的物理現(xiàn)象或物理概念之間本質(zhì)上的共同點(diǎn)，又要求學(xué)生找出表面上極為相似的物理現(xiàn)象和物理概念之間本質(zhì)上的差異。下面就高中物理教學(xué)中如何運(yùn)用新方法中的對(duì)比法做進(jìn)一步的探討。

一、橫向?qū)Ρ?/p>

在新舊知識(shí)的聯(lián)系中，橫向?qū)Ρ瘸３Ｄ転橹R(shí)的平行式擴(kuò)展起到最適宜的橋梁作用，使學(xué)生將一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的知識(shí)、原理，以及研究方法“移植”到新的領(lǐng)域中去，由此及彼，把事物的固有規(guī)律揭示出來。如：對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)與正弦交流電，它們的運(yùn)動(dòng)有著本質(zhì)的區(qū)別，但二者的運(yùn)動(dòng)形式又都遵循正弦規(guī)律，一個(gè)是回復(fù)力變化的結(jié)果，一個(gè)是線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割速度的變化所致。因此在進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)教學(xué)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生把簡(jiǎn)諧振動(dòng)和正弦交流電的產(chǎn)生及表示方法做橫向?qū)Ρ龋?duì)應(yīng)的關(guān)系，使學(xué)生加深對(duì)物理規(guī)律的聯(lián)系、領(lǐng)會(huì)。再如，在進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度教學(xué)時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生把磁感應(yīng)強(qiáng)度定義公式B=F/IL與電場(chǎng)強(qiáng)度公式E=F/q進(jìn)行對(duì)比，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到在二者公式形似的背后，其物理意義也存在著內(nèi)在的統(tǒng)一——都是通過檢驗(yàn)體受到該處的場(chǎng)力和本身相關(guān)量比值的方法來反映該處的強(qiáng)弱，但該處場(chǎng)的強(qiáng)弱又都只取決于場(chǎng)本身，與式中各量均無關(guān)系，學(xué)生在對(duì)比中自然更深刻地領(lǐng)悟了物理思想和方法的統(tǒng)一，加深了對(duì)抽象概念的內(nèi)涵理解。另外在教學(xué)中對(duì)磁感線與電場(chǎng)線的對(duì)比，分子勢(shì)能、電勢(shì)能與重力勢(shì)能的對(duì)比，以及各勢(shì)能的變化均可借助對(duì)應(yīng)的場(chǎng)力做功來類比、判斷等，都可以使學(xué)生在橫向?qū)Ρ戎惺乖械闹R(shí)進(jìn)行有效的遷移，從而提高思維水平，加深對(duì)物理概念的理解和事物本身固有規(guī)律的認(rèn)識(shí)。

二、縱向?qū)Ρ?/p>

學(xué)生接受新知識(shí)的能力，很大程度上依賴于已經(jīng)掌握的知識(shí)和方法，在教學(xué)中充分重視新舊知識(shí)的前后聯(lián)系，使學(xué)生在對(duì)比過程中得以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的擴(kuò)充和鞏固，準(zhǔn)確把握物理概念的內(nèi)涵和外延。高中物理中的一些概念或規(guī)律與初中物理中的知識(shí)是完全等同的，但更多知識(shí)是初中物理的延伸和拓展。對(duì)前一類的知識(shí)可通過講授使學(xué)生在頭腦中已有的知識(shí)印象得以重現(xiàn)和鞏固，如：力、重力勢(shì)能、動(dòng)能、電流、電阻、能量守恒等；對(duì)后一類知識(shí)則可以引導(dǎo)學(xué)生在前后對(duì)比中進(jìn)行深入理解和擴(kuò)充，如速度的概念，初中物理通過路程和時(shí)間的比值定義，對(duì)比簡(jiǎn)單，而高中物理則在此基礎(chǔ)上，用位移和時(shí)間的比值來進(jìn)行衡量，賦予了矢量的特性。又如：在學(xué)習(xí)牛頓第二定律時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生把加速度兩個(gè)公式a=F/m和a=△v/△t進(jìn)行對(duì)比，說明力是物體產(chǎn)生加速度的根本原因，而速度變化的快慢則是加速度大小和方向在物體運(yùn)動(dòng)中的具體反映，一個(gè)是本質(zhì)表達(dá)，一個(gè)是外在表現(xiàn)，物理意義不同。再如：在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解教學(xué)時(shí)，可以先通過具體的物理情景如小船過河或飛機(jī)投彈等，使學(xué)生對(duì)分運(yùn)動(dòng)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的感性認(rèn)識(shí)和思維聯(lián)系，然后引導(dǎo)學(xué)生與力的合成與分解中所得出的平行四邊形定則作對(duì)比，從而使之?dāng)U展到速度、位移等矢量的合成與分解，使這一矢量法則體現(xiàn)出普遍的物理意義；通過縱向?qū)Ρ龋梢源龠M(jìn)新舊知識(shí)的銜接和融合，使學(xué)生對(duì)有關(guān)物理概念、規(guī)律的認(rèn)識(shí)在原有基礎(chǔ)上更進(jìn)一層，更深一步，更遠(yuǎn)一點(diǎn)，避免產(chǎn)生“一個(gè)概念”、“兩種解釋”等現(xiàn)象，在深化的同時(shí)，提高學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力和思維水平。

三、同時(shí)對(duì)比

運(yùn)用“同時(shí)對(duì)比”的實(shí)驗(yàn)，可以提高課堂效率。例如，在研究單擺振動(dòng)的周期時(shí)，教材介紹了三對(duì)“差時(shí)對(duì)比”的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)雖然使學(xué)生反復(fù)練習(xí)了振動(dòng)周期的測(cè)定，但每次測(cè)出至少要3到4分鐘，共需20多分鐘。這樣，單擺這節(jié)就不可能用一個(gè)課時(shí)完成。若運(yùn)用下列三對(duì)“同時(shí)對(duì)比”的對(duì)比實(shí)驗(yàn)問題就迎刃而解了。

1.取兩個(gè)擺長(zhǎng)相同、擺球相同的單擺，同時(shí)在不同的偏角下（偏角小于5°）擺動(dòng)，可看到兩個(gè)單擺是同步進(jìn)行的。

2.取兩個(gè)擺長(zhǎng)相同、質(zhì)量不等的單擺，同時(shí)在相同的偏角下（偏角小于5°）擺動(dòng)，可看到兩單擺是同步進(jìn)行的。

3.取兩個(gè)擺長(zhǎng)不同的單擺。同時(shí)開始擺動(dòng)，可以看到擺長(zhǎng)短的單擺擺動(dòng)快而且周期小。

通過改進(jìn)無需做6次實(shí)驗(yàn)，只需做3次就可以了。且每次實(shí)驗(yàn)無需測(cè)出單擺的周期，這樣不需10分鐘就可以得出結(jié)論。因此用“同時(shí)對(duì)比”實(shí)驗(yàn)，大大提高了課堂效率，且現(xiàn)象直觀，可比性強(qiáng)。

四、局部對(duì)比

在實(shí)際教學(xué)中，還可以把某些概念或概念的某些性質(zhì)、特征進(jìn)行對(duì)比，從局部對(duì)比的形式或質(zhì)似來認(rèn)識(shí)事物的內(nèi)在規(guī)律和科學(xué)方法的統(tǒng)一聯(lián)系。例如：在進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)教學(xué)時(shí)，通過引導(dǎo)學(xué)生把線速度、角速度與高中物理速度的概念進(jìn)行對(duì)比既可使學(xué)生對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)通過的弧長(zhǎng)或角度關(guān)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)快慢的描述方法領(lǐng)會(huì)更加深刻，又有助于學(xué)生對(duì)線速度矢量性、瞬時(shí)性的理解。又如：在學(xué)習(xí)感抗和容抗時(shí)，可以使學(xué)生通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)：電感和電容對(duì)交流電都有阻礙作用，且阻礙作用均與交流電的頻率有關(guān)，由X=2fL和X=1/fC可知阻礙作用及感抗、容抗的隨交變電流的頻率變化關(guān)系是不同的。另外，在實(shí)際教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同但相似的物理狀態(tài)或情境恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行對(duì)照，同樣可以加強(qiáng)教學(xué)效果。再如：對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的傳送帶上的物體所受的摩擦力進(jìn)行分析、對(duì)比，對(duì)平衡力中的兩個(gè)力與作用力和反作用力中的兩個(gè)力的異同進(jìn)行對(duì)比，對(duì)光滑或粗糙面上物體的功能關(guān)系轉(zhuǎn)化進(jìn)行討論等，都可使學(xué)生通過對(duì)同一規(guī)律在在不同條件下的應(yīng)用或運(yùn)用不同方法解決同類物理問題，在加深對(duì)物理概念、物理規(guī)律、物理現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的同時(shí)，提高對(duì)科學(xué)方法的運(yùn)用，豐富學(xué)生的想象力和解決實(shí)際問題的能力。

五、整體對(duì)比

整體對(duì)比，即在宏觀上對(duì)不同的物理現(xiàn)象、規(guī)律或概念進(jìn)行相似的類比或相反的對(duì)照等，在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行整體對(duì)比，可以使學(xué)生弄清概念和思維方法的構(gòu)建。例如：對(duì)于三種基本場(chǎng)——重力場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)，可以引導(dǎo)學(xué)生分別從場(chǎng)的產(chǎn)生、性質(zhì)、場(chǎng)能變化和場(chǎng)力做功的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)這一客觀物質(zhì)的整體認(rèn)識(shí)和把握，對(duì)其中的重力、電場(chǎng)力和安培力，重力勢(shì)能與電勢(shì)力等概念通過定義式進(jìn)行對(duì)比，在形似的類比中捕捉性質(zhì)上的相似與相異，感悟同類概念的共同性，可以使學(xué)生對(duì)概念的領(lǐng)悟更深一層，有助于對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)理解和實(shí)際應(yīng)用。又如：對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)的特征及成因進(jìn)行對(duì)比分析，不僅可以使學(xué)生加深對(duì)物提受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的內(nèi)在聯(lián)系，而且有利于學(xué)生從根本上對(duì)直線運(yùn)動(dòng)中的勻速、勻變速、變加速直線運(yùn)動(dòng)，曲線運(yùn)動(dòng)中常見的平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)，以及直線、曲線運(yùn)動(dòng)的特例——簡(jiǎn)諧振動(dòng)等具體的運(yùn)動(dòng)形式加深理解和認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步從宏觀上系統(tǒng)性地把握和運(yùn)用物理規(guī)律，解決實(shí)際問題。

六、實(shí)驗(yàn)對(duì)比

物理是建立在實(shí)踐和應(yīng)用的基礎(chǔ)之上，學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程是一個(gè)“探究”與“創(chuàng)造”的過程，這正是“過程與方法”教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容。對(duì)比實(shí)驗(yàn)中不同的操作體現(xiàn)著不同的思想，不同的思想凝聚著不同的探究理念，因此對(duì)比實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的有效途徑。

實(shí)驗(yàn)：新教材在講解摩擦力的部分是通過實(shí)驗(yàn)來研究的。教材介紹的實(shí)驗(yàn)方法如下圖左所示。用彈簧秤水平勻速拉動(dòng)木板上的滑塊，用小紙團(tuán)記錄最大靜摩擦力。通過實(shí)際操作，學(xué)生提出了很多問題，例如：用手拉動(dòng)難以保證拉力水平且是做勻速直線運(yùn)動(dòng)；難以觀察彈簧秤運(yùn)動(dòng)過程中的數(shù)據(jù)等。有同學(xué)從一道實(shí)驗(yàn)習(xí)題得到啟發(fā)，提出如下圖右的實(shí)驗(yàn)方法。我們又運(yùn)用DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用力傳感器代替彈簧秤并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。改變接觸面粗糙程度、正壓力大小、接觸面積等實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)摩擦力的性質(zhì)進(jìn)行了全面的探究。第二種實(shí)驗(yàn)方案有效克服了第一種方案的缺點(diǎn)，在操作過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

在高中物理課堂中應(yīng)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及動(dòng)手操作能力，有助于學(xué)生形成正確的物理概念、深入理解物理規(guī)律。通過探索實(shí)踐，對(duì)比實(shí)驗(yàn)必將在高中物理課堂上展現(xiàn)出突出的優(yōu)勢(shì)。

可見，在高中物理教學(xué)中，引導(dǎo)、幫助學(xué)生恰當(dāng)運(yùn)用對(duì)比法，是提高物理教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力的重要手段。在教學(xué)中靈活、準(zhǔn)確、熟練地運(yùn)用對(duì)比法，不僅可以密切物理知識(shí)和物理規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系，而且可以使學(xué)生在對(duì)比中去偽存真，由此及彼，將知識(shí)和方法融會(huì)貫通，對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的突破和教學(xué)重點(diǎn)的突出，對(duì)啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，有著非常重要的作用和意義。