類比方法在剛體動力學教學中的應用

吳彥斌

（安慶師范學院，安徽 安慶 246011）

做為大學物理教師，在日常教學過程中為加深學生記憶提升教學效果時常會用到多種教學方式，比如首先提出假設再予以實驗論證，或運用邏輯推理等方式，在邏輯推理這個方式中，就屬類別法最為常用，在物理教學中占據了重要的地位。

1 類比法的涵義

顧名思義，類比法指的就是將兩個具有相似或者同等屬性的事物放在一起對比，根據其中一類事物所具有的屬性而推導另一類事物可能也存在同等屬性的一種邏輯推理方式。這種方式是幫助人們進一步探索未知世界的重要手段，對于人們科學與思維的發展，物理學研究的不斷深入具有重要推動作用。用類比的方法，人們可以根據現有已知條件推出類比事物的屬性，這不僅是一種教學研究方式，同時也是一種科學方法論，一種良好的學習思路。

2 類比法的教學應用

教師在進行物理教學時，時常會運用到類比方式，為了讓學生做好知識的銜接，將已經掌握的知識與要新掌握的知識做好串聯，將知識學扎實，教師可以在日常板書、講課語言、教案編寫等多方面通過類比法幫助學生拓寬知識面，通過運用類比方式，可以更加形象的讓學生輕松理解課本知識，加快學生感知知識的速度，讓學生的知識層面更加的深入、立體。另外，運用類比方式可以提升每堂課的學習效率，教師運用簡潔、形象、生動的例子，既花費了較少的精力，又能讓學生盡快的掌握，讓學生對于知識的理解更深刻、準確，因而提升了課堂效率。由此證明，在大學物理教學中采用類比方式，可有效提升教學質量，真正做到以少而精的例子，啟發式的教學方式幫助學生理解知識，同時也推動了大學物理教學的改革。

在實際教學的過程中，為了能真正提升學生的洞察能力和認知能力，不僅教師在教學中要采取類比方法，還要引導學生自己主動運用類比法學習知識，學會假設、推理、分析、論證，掌握學習物理的方法，并要注重培養學生的創新思維和創造力，這對于培養學生的綜合能力是十分重要的，同時也是新世紀對綜合人才培養策略的有效實踐。

3 類比法在大學物理剛體動力學教學中的運用

由于剛體是由許多質點構成的特殊系統，因此在教學過程中可以采用類比的方法，仍用質點的運動規律來加以研究，從而使牛頓力學的研究范圍從質點向剛體拓展開來，使學生對兩者研究方法、基本概念和規律的相似性有較深入的理解[3]。

3.1 剛體動力學概念類比

概念類比可以將較晦澀的定義變得生動、具體，由字面的意思拓展到較深入的含義，加深理解，由舊的物理知識引入新的物理概念，新舊做對比才能更加具有說服力，更加有利于教學引導，由于質點運動和剛體定軸的轉動具有一定的對稱性，因此在概念上也具有相同的作用和性質，運用類比方式就能更好地讓學生掌握剛體動力學的概念，讓其對剛體動力學與質點運動之間的相似與不同有更好的理解，加深知識的掌握。

如質點與剛體類比：

（1）定義。忽略物體的大小和形狀而把它看作是一個有質量的點，這樣的點稱為質點；在外力作用下，物體的形狀和大小（尺寸）保持不變，而且內部各部分相對位置保持恒定（沒有形變），這種理想物理模型稱為剛體。

（2）可忽略因素。將物體大小可以假設為一個有質量的點；物體與外界作用時其大小和形狀變化很小，可以忽略其影響。

（3）簡化的理想模型。可看作一個有質量的點——質點；可看作剛體。

再如，動量與角動量的類比：

（2）矢量性。動量的方向和速度的方向相同；角動量的方向與角速度的方向相同。

3.2 物理規律的類比

對于物理規律的類比，它與物理概念相似。如質點的動能定理與剛體轉動的動能定理的類比：

又如動量守恒定律與角動量守恒定律的類比：

3.3 數學推理的類比

數學推理的類比是在剛體的定軸轉動與質點的直線運動之間展開的。正如前文提到的，在大學物理中，剛體定軸轉動的整體定義、研究思路與質點運動相似，因此教師可以根據學生已經掌握的質點運動對剛體運動進行類比，提出假設，讓學生大膽論證。具體類比步驟見下表。

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綜上所述，在大學物理剛體運動教學方面，教師要注意引導學生通過已學過的知識進行推理論證，將類比法的學習方法傳授給學生，讓學生從兩個比較對象之間的相似屬性進行推理，但也要注意有時結論也并不可靠，只有抓住物理本質分析，透過現象看本質，去偽存真，認真分析、比較，才能真正掌握知識，不會對曲解物理概念，同時類比方法可以幫助學生掌握良好的學習方法，拓寬學習思維。

[1]王瑞旦,宋善炎.物理方法論[M].中南大學出版社,2002.

[2]楊燕.類比方法在大學物理教學中的應用[J].廣東技術師范學院學報,2003,4:96-98.