類比教學法在大學物理教學中的應用

摘 要：類比教學法是一種常用的教學方法，就是在兩個（或兩類）對象的某些相似相同的現象之間進行對比，由對一個已知對象的認識導致對另一未知對象的認識，從而建立描述后一對象的概念和理論的方法。經過多年的教學研究，作者發現在大學物理的教學中就恰好可以應用類比教學法，尤其是在力學和電磁學部分。本文討論了在大學物理教學中，針對一些物理概念、物理量及物理定律進行類比，有利于學生理解、記憶從而提高教學效果；還可以不斷啟發學生的思維，使學生逐漸掌握類比聯想的科學思維方法。

關鍵詞：類比教學 大學物理 剛體定軸轉動 電學 磁學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0124-02

“物理學”是美麗的，對稱的，很多的物理規律具有相似性，很多的物理量、物理概念 都形式相同，具有很強的對稱性。對于我們《大學物理》這門課而言，是屬于理工類學生要學的一門專業基礎課。在大學一年級的第二學期開設，由于學生對大學教學形式的不太適應，微積分和適量積分等知識的欠缺，以及高中物理水平的參差不齊。大多數學生反映學習吃力，上課過程比較被動，課堂效果不佳。

類比教學法[1]是一種常用的教學方法。所謂類比法，就是在兩個（或兩類）對象的某些相似相同的現象之間進行對比，由對一個已知對象的認識導致對另一未知對象的認識，從而建立描述后一對象的概念和理論的方法。它是以比較、對照、對比的方法為基礎進行推理的，亦即通過比較，對照，對比不同對象或不同鄰域之間的某些屬性相似從而推出另一屬性必然相似。

類比教學法就是把學生不容易理解的問題通過類比變得容易理解，把學生容易混淆的知識點通過類比變得清晰，把學生難于記憶的知識通過類比變得容易記憶，通過比較、分析、綜合、概括、推理等思維過程和形式，把科學的客觀性、邏輯性與一些藝術手法結合起來，使學生在學習知識的過程中，提高發現問題、處理問題和解決問題的能力。

經過多年的教學研究發現在大學物理的教學就恰好可以應用類比教學法，尤其是在力學和電磁學部分。[2]

1 類比法在力學教學中的應用[3]

1.1 基本概念的對比

由高中物理的學習，學生們已經對質點力學已經非常熟悉了，在質點的運動里尤其是直線運動都掌握的很好，但對于圓周運動里的角量卻不熟悉。我們就可以將他們進行類比。在中學物理中，對于直線運動主要是研究勻速直線運動和勻加速直線運動，對于一般的直線運動研究的不多。而對于圓周運動主要是研究勻速圓周運動。而大學物理中的剛體定軸轉動這一部分，在剛體作定軸轉動過程中，剛體上任意質點所做的運動都是圓周運動。而若合外力矩一定時，即作勻變速的圓周運動。在對公式進行記憶時，就可以與直線運動的公式進行類比記憶。

這樣學生們就可以很清楚理解勻速和勻變速圓周運動了。在力學部分真正難的是剛體的定軸轉動問題，而這個問題也可以用類比法來講授。

經過對比指點和剛體定軸轉動，在學生的頭腦中就建立起來剛體定軸轉動的物理模型了。有了這個基礎，再對剛體定軸轉動進行講解，學生理解起來就會簡單得多。

1.2 物理量的類比

除了物理量可以類比學習以外，還有物理定律也有相似之處，可以類比。

1.3 物理定律的類比

在質點力學和剛體的定軸轉動中，有一些定律和定理也是非常類似的，以下簡單的列舉了幾個。

以上是對力學部分從概念、物理量、物理定律幾方面進行了類比舉例。學生在高中三年的物理學習，對質點動力學的物理量和定理、定律都掌握的很熟悉。通過將這些物理量的類比，使得學生更清楚也更容易記憶關于剛體定軸轉動里的這些物理量，它們的表達式，定義及物理意義等等。這樣既清楚易懂，又便于理解記憶。節約了教學時間，也提高了學生的學習效率。

2 類比法在電磁學部分教學中的應用[4]

電磁學主要電學和磁學所組成，主要由靜電場、靜電場中的導體和電介質、穩恒磁場、磁介質以及電磁感應等幾大部分所組成。通過多年的教學，本人發現在靜電場和穩恒磁場中存在很多的概念、物理量、定律以及一些典型的結論都存在著相似。在此，我將它們的相似的地方進行一下類比。

2.1 概念的類比

靜電場是由靜電荷激發產生的，只要空間范圍內有靜電荷，就會在靜電荷周圍激發出靜電場。而人們為了更加形象的描繪靜電場，又人為添加了電場線。電場線的特點是始于正電荷止于負電荷的不相交、不相切、不中斷的不閉合曲線。對于穩恒磁場的學習就可以與靜電場相類比。穩恒磁場則是由電流激發產生的。

電流是產生磁場的根源，只要空間范圍內有電流，就會在電流周圍激發磁場。同樣，人們為了更加形象的描繪穩恒磁場，又人為添加了磁感線。磁感線的特點是無頭無尾、不相交、不相切、不中斷的閉合曲線。所以，在靜電場和穩恒磁場的起源以及描繪上可以進行類比學習。

2.2 物理量的類比

當然，在靜電場和穩恒磁場中，存在著很多的物理量的相似，如電場強度與磁感應強度、電通量與磁通量等等。對它們的學習也可以用類比法。

2.3 物理定律及典型結論的類比

除了概念和物理量以外，在靜電場和穩恒磁場中，還存在著很多的物理定律的相似，以下簡單的列舉了幾個。

當然，在這里只是將靜電場與穩恒磁場中的一些重要典型的物理量、公式進行了類比，除此之外，還有很多物理量也滿足上述類比性。比如：點電荷的電場力與運動電荷收到的磁場力（即洛倫茲力）；電荷元受到的電場力與電流元受磁場的作用力（即安培力）等。

在電磁學部分除了在靜電場和穩恒電場進行類比教學以外，對靜電場與穩恒電場、變化的電場與變化的磁場以及對電荷的流動與水的流動也可以進行類比。這樣，對于一些抽象的學生難以理解的概念、定律等就可以形象、簡單的表述出來。

3 結語

通過多年的教學實踐，發現在力學和電磁學部分利用類比教學法，學生的學習成績大有改觀。學生通過類比法學習后，也反映記憶的內容和所花的時間成倍的減少，起到了事半功倍的效果。當然，在此教學過程中還需要教師由淺入深，有具體到抽象的講授，在教學過程中引導學生進行類比學習，不能強行將規律進行填鴨式教學，否則事倍功半。類比法教學也達不到應有的效果。

運用類比法可啟發學生的思維，使學生從一事物聯想到另一事物，善于開動腦筋，通過設想、猜想、邏輯推理、分析探索得出結論。在類比聯想過程中，學生的聯想思維、抽象邏輯思維、靈感思維和創造思維可得到進一步的培養。實踐表明，把類比法應用于教學，不僅可以增強教學效果，有效地提高學生分析問題和解決問題的能力，更重要的意義在于可以使學生逐漸掌握類比聯想的科學思維方法。

參考文獻

[1]金葉，劉雪芹.普通物理教學中的類比教學法[J].課程教育研究，2013（4）

[2]李平.類比法在大學物理教學中的應用[J].科技信息，2012（11）

[3]王小蘭，李春密，尹建武.巧用類比教學法實現剛體力學的有效教學[J].大學物理實驗，2014（1）.

[4]陳含爽.電磁學中類比教學法的應用研究[J].安慶師范學院學報：自然科學版，2014（2）