運用類比法教學提高物理教學質量

武軍輝

常言道：有比較才能鑒別。在高中物理教學中，運用類比法教學可以調動學生的積極思維，收到事半功倍的教學效果。類比是根據兩種事物在某些特性上的相似，推理出它們在另一些特性上也可能相似的思維形式。應用到物理學習中，就是將陌生的物理現象與你熟悉的相似的物理現象進行比較，從而揭示出物理過程或物理現象的本質。許多物理概念都是在大量現象和事實的基礎上通過科學的抽象建立起來的，在這一抽象過程中，如果適時地運用類比，將有利于學生對概念的形成和理解。物理學發展史告訴我們：很多關鍵時刻，科學家巧妙地運用了類比推理，提出科學假說，從而獲得巨大成功。康德曾說過：“每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往指引我們前進。”法拉第了解到奧斯特發現電流能產生磁場后，就自然地進行了逆向思考和類比推理：既然磁鐵能使附近的鐵塊感應磁化，靜止電荷可以使附近導體感應出電荷，那么電流也應該使附近的線圈中感應出電流。于是他在日記中寫下一個光輝的思想：“轉磁為電。”他通過10年的探索、研究、實驗，終于發現磁場中獲得電流的方法，使電磁學得到突飛猛進的發展。麥克斯韋不僅注意到物理現象、定律之間以及物理現象、定律與其他事物之間的局部相似性，而且考慮到數學形式的類比，創造性地建立了電磁學方程，建立了完整的電磁場理論。 在多年的物理教學中，我發現類比法在中學物理教學中也能起到重大的作用，并對在物理教學中如何應用類比法進行了一定的探索，歸納出利用類比法培養和開發學生創造性思維的方法：

一、運用類比法教學，溝通新舊知識，深化、豐富教學內容。

要開發學生的創造性思維，首先要打好扎實的基礎，豐富學生的知識庫存。在教學中，要特別重視在講授新概念時聯系舊知識，在新舊知識類比中加深理解，開拓思路。例如在講授電勢時，將電場和重力場進行類比，找出共同點——電場力和重力做功都與路徑無關。為此，首先引入重力勢能的概念，把一個質量為m1的物體放在高度為h的地方，它具有重力勢能m1gh，把質量為m2、m3……的物體放在高度為h的地方，它們分別具有重力勢能m2gh、m3gh……，其勢能值各不相同，但m1gh/m1=m2gh/m2=m3

gh/m3……=gh是一個恒量，我們可以把gh叫做重力勢。其值只決定于重力場中的位置和零點的選擇，與放入重力場中的物體的質量無關。由于學生對重力場知識了解較多，對重力勢容易接受，再用類比法引入電勢的概念，分析它的性質和區別于重力場的特點，這就化“抽象”為“具體”，使學生對新知識有似曾相識的親近感，深化了教學內容。這樣的類比在中學物理中還很多，如水位和電勢、電勢能和重力勢能、熱容和電容，質量和電量、重力場中質點的運動和勻強電場中帶電粒子的運動等。運用類比教學法，既能激發興趣，同時又進行了科學思維和科學方法的示范，學生遇到新的概念和事物也能作類比分析，并得出較為滿意的結果。

二、運用類比法教學，建立知識網絡，使知識條理化。

隨著物理教學的深入、學生掌握的知識逐漸形成網絡，這里有知識的橫向式拓寬，也有遞進式的深入，學生的知識和能力就產生了質的飛躍，學生的創造性思維的發展也就寓于其中了。在這過程中，類比法是揭示這些知識內在聯系的好方法。 例如，力學中的彈簧串聯有1/K=1/K1+1/K2，靜電場中串聯電容器有1/C=1/C1+1/C2，穩恒電路中串聯電阻有1/R=1/R1+1/R2，它們具有相同的數學形式和運算規律。通過類比，學生們對公式記得牢，使用條件清晰，運算起來也就熟練了。 再如圖線教學中，V–t圖線下的面積表示位移，F–t圖線下的面積表示沖量，I–t圖線下的面積表示電量，P–V圖線下的面積表示功，F–S圖線下的面積表示功。通過這些圖線的類比，學生們對圖線的物理意義有了深刻的認識。如果要求電容器的帶電量，我們可以作電容器的放電電流I隨時間t的變化規律圖線，再由圖線面積求電量Q。在恒定電流一章中有兩個U–I圖，一個是對定值電阻兩端電壓隨流經它的電流的變化規律的描述，遵循部分電路歐姆定律，導體電阻不同則圖線斜率不同;另一個是全電路中，路端電壓隨整個電路的總電流變化的規律。它們的研究對象不同，變化規律不同，物理意義也不同。通過類比能較好地弄清它們的使用條件和變化規律，使用起來也不會出現差錯。 這樣的類比，小的方面有形式上的類比、計算方法上的類比、不同概念和規律的類比，或者是某些性質和實驗的類比，大的方面有規律和體系上的類比。例如平動和轉動規律的類比，電學和力學規律的類比，有的觀點和論點就是通過類比提出或發展起來的。例如我在教完電磁場后，曾引導學生列表比較重力場、靜電場、和磁場的情況。通過列表比較，學生找到重力場、靜電場、和磁場的相似之處，也明確了它們的區別，建立起橫向和縱向的聯系，建立起知識的網絡，使知識條理化，同時也提出了很多新的問題。

三、通過類比法教學，提出的問題，培養創造性思維。

高中教材在介紹磁單極子的內容時，就采用了類比的方法：帶電體周圍有電場;磁體周圍有磁場;同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這是它們的相似之處。但它們又不完全相似，在電現象里有電荷，正負電荷可以單獨存在，在磁現象里有沒有磁荷？磁單極子是否存在？科學研究的新課題就是這樣通過類比提出來的，提出來后再通過實驗來尋找，通過實驗來驗證。 類比法可使知識條理化，它能分清概念和規律之間的相似和差異，從而發展知識的“空缺”，指引了研究的方向。門捷列夫元素周期表就是通過分析歸納抓住各元素的質量排列和電荷數排列，把它們的物理性質和化學性質作類比，從而發現了“空缺”，再有目的、有方向地尋找這些“空缺”對應的元素，并且獲得了巨大的成功。我們的中學物理最后介紹了基本粒子，現在基本粒子已達到幾百種，這些基本粒子是不是同一層次，什么是它們排列的主線，它們之間存在著什么規律，可以建立什么樣的模型和理論，這正是當代科學家進攻的前沿陣地之一，這些問題的解決，類比法自然要發揮它的巨大作用

總之，類比是人類認識自然的重要方法，它是利用已有的知識，去學習新知識的一種可行方法，在物理學習中經常使用。無論是概念的建立、規律的形成，還是知識的運用，對培養學生理解能力，思維能力和解題能力大有裨益。