中學物理教學中的類比

江蘇省常熟市周行學校 周雪夏

中學物理教學中的類比

江蘇省常熟市周行學校 周雪夏

類比是一種科學的思維方法。在中學物理教學中，合理地應用類比講解物理現象、模型、概念、規(guī)律、習題等，不僅可以把抽象的新知識納入已有的知識系統中來，化抽象為形象、化難為易、化繁為簡，同時又可以激發(fā)學生進行聯想，具有啟發(fā)思路、舉一反三、觸類旁通的作用，所以不失為一種促進學生的知識“遷移”、提高學生素質的有效方法。

類比 物理分析 比較形象

類比是選擇兩個對象，對它們的某些相同或相似性進行考查比較。類比法是富有創(chuàng)造性的創(chuàng)意技法，歷史上，許多重大的科學發(fā)現、技術發(fā)明都是運用類比創(chuàng)意技法的結果。

最初牛頓提出光的微粒說，是因為看到光的反射現象與彈性小球撞到硬壁被反射回來的現象相似；惠更斯提出的光的波動說，則是因為看到光從一種介質傳播到另一種介質中發(fā)生折射的現象與水波由深水區(qū)傳到淺水區(qū)發(fā)生折射的現象相似；麥克斯韋提出的光的電磁說則是因為發(fā)現電磁波在真空中傳播的速度與光在真空中傳播的速度非常接近。正是在不斷的類比中，人們對于光的本性的認識得到了逐步的完善與發(fā)展。

雖然物理是以實驗為基礎的學科，給人的感覺比較具體、形象，但是其理論是對實驗、事物等經過抽象而形成的，學生往往覺得物理理論很抽象，難以理解和接受。而運用類比的方法進行教學，能以舊帶新，可以引導學生的思維從形象提升到抽象，幫助學生有效地把握物理知識，培養(yǎng)能力。

一、用類比法講物理現象和模型

物理學的研究是從對物理現象的感知、物理模型的認識入手的，但是許多物理現象和物理模型往往是微觀的、陌生和抽象的，難以直接進行直觀的觀察和解釋。這時，通過類比，我們能收到化難為易，化陌生為熟悉，化抽象為形象的效果，深化和強化了對新知識的理解和記憶。

例如：月球發(fā)光——月球像鏡子一樣反射太陽光；布朗運動中的顆粒運動和液體分子運動關系——好比是“樹動知風”，由樹葉的搖動知道空氣的流動；電循環(huán)——好比是水循環(huán)，電流如水流，電壓如水壓，電線如水管，電池如水泵；相鄰兩個分子間的相互作用力——就像用彈簧連接的兩個小球間相互作用的彈力；氣體對器壁的壓力——好比大量密集雨滴撞擊傘面而產生的持續(xù)、均勻的壓力；盧瑟福的原子模型——原子的葡萄干蛋糕或棗糕模型；氫原子的核外電子繞核的圓周運動——好比是地球繞太陽的圓周運動。

二、用類比法講物理概念

形成正確的物理概念是學生學好物理的關鍵所在，但有些物理概念抽象易混淆，用類比的方法可以使學生借類比事物為“橋”，從形象思維順利過渡到抽象思維，從而深刻理解和牢固掌握新概念。

例如：與重力勢能類比，引入電勢能的概念；與滑梯兩端高度差類比，引入電勢差的概念；與電場強度概念的建立方法類比，引入磁感應強度的概念；與不同橫截面的容器裝水本領大小類比，引入不同電容器容納電荷的本領即電容的概念；與機械振動中的共振現象類比，引入電磁振蕩概念等等。

三、用類比法講物理規(guī)律

物理規(guī)律（包括定律、定理、原理和定則等）是物理現象、過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢及其本質聯系的反映，它是中學物理基礎知識最重要的內容，是物理知識結構體系的樞紐。當物理規(guī)律抽象得難以直接被揭示和發(fā)現時，我們可以與已知規(guī)律進行類比，通過比較兩種規(guī)律在某些方面的相似和相同，實現從一個客體系統的知識向另一個客體系統知識的過渡。

比如，學習萬有引力定律的時候，可以類比庫侖定律。庫侖在研究電荷之間的作用力的規(guī)律時利用鈕秤實驗得出了電荷之間作用力與兩個帶電體電荷量及其距離的定量關系，進而建立了庫侖定律，而卡文迪許在庫侖的啟發(fā)下，也進行了鈕秤實驗，驗證了萬有引力的存在并測得了引力常數。通過類比，使學生挖掘事物的本質與相互聯系的能力，加強掌握新規(guī)律的能力。

四、用類比法講試題

解題，就是物理方法和知識的應用過程。它是實現知識“遷移”的重要一環(huán)，是物理教學的重要組成部分。應用類比于物理解題，其根據是物理原型的特征。教學中，通過分析問題的特征，把它與已知的物理原型進行類比，從而找到方法，解出習題。

有一類運動學問題，許多學生感到困惑。如一只小船具有相對于靜水的恒定速度，小船在逆水中行駛時，一只木箱從船上落入水中，等船上的人發(fā)現后，立刻掉轉船頭追趕，結果在5min后追上木箱，求從木箱落水到被追上共用了多少時間。設水流速度恒定，掉轉船頭的時間不計。這類問題許多學生都認為缺少條件，無法計算。在解決這類問題時，本人采用這樣的方法：假設人在行駛的火車車廂內向前行走，不小心掉下一個錢包，5min后才發(fā)現，立即返回。很明顯人再次走到錢包處仍需5min（假定人相對車廂的速度不變）。這里若把人與小船類比，火車與水流類比，錢包與木箱類比，則選木箱或水流為參照物時，小船遠離和靠近木箱的時間相等，所以木箱從落水到被追上共用時10min。這類問題，一般選木箱或水流為參照物，這樣有三個不變量：小船遠離和靠近木箱的速度、距離、時間相等。這是理解此類問題的關鍵。

五、應用類比的注意事項

應用類比法必須以事物間的相同或相似為基礎，但任何物理現象、模型和概念、規(guī)律之間都存在著差異性，也必然具有其他相同的屬性。所以類比是一種或然性的推理，有時結論并不可靠（特別是以現象作為類比的根據時）。在物理學的發(fā)展史上，曾有人將電磁波與機械波類比從而得出電磁波與機械波一樣也需要媒質來傳播的錯誤結論。

故在物理教學中，應引導學生仔細分析、比較，透過現象抓住與所研究問題相對應的特征，選擇恰當的類比對象，提高其結論的可靠程度，更好地掌握和應用類比的方法。