類比法的概念及其在中學物理教學中的意義

張秀芬

摘 要：類比法是一種重要的科學研究方法。通過在中學物理教學實踐中應用類比法，對同一領域的物理問題和不同領域物理問題的物理過程、數學形式、情景圖像的類比分析研究，找出有關物理事物之間的共性；用已知的物理規律去對照、描述未知的物理規律，使物理規律簡潔明了，易于學生掌握。與此同時，在進行類比教學的過程中，通過具體事例，不但要使學生學會應用類比法來分析問題、解決問題，而且要使其科學創新思維能力得到一定的培養和提高。

關鍵詞：物理教學；類比法；意義

類比法在物理學的發展和研究過程中有著不可替代的作用。同樣，類比法在中學物理教學中也具有其獨特的作用和意義。它不僅有利于克服教學活動中的難點問題，也有利于舊知識向新知識的遷移，更重要、更有意義的是，通過這種教學活動，還有利于培養和提高學生的創新思維能力及其開拓精神。

一、類比法的概念

所謂類比法，實際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理，即它是根據兩個（或兩類）對象或事物在某些屬性上的相同或相似而推出它們在另一些屬性上也可能相同或相似的一種推理方法。關于類比法的研究和應用，國內外不少文獻都有論述。歸納起來，類比法的具體過程是：通過兩個不同的對象進行比較，找出它們的相同點或相似點，然后以找出的兩對象間的相同點或相似點為依據和前提，把其中某一對象已知的屬性推移到另一對象中去，從而獲得對另一對象原來未知屬性的認識。由此得出類比法的基本模式為：

已知A對象具有a、b、c、d屬性，B對象具有a′、b′、c′屬性，其中a′、b′、c′分別與a、b、c相同或相似，則由類比法，B對象可能具有與d屬性相同或相似的屬性d′.

例如，在二十世紀初近代物理學發展史上，英國著名物理學家盧瑟福與其助手蓋革和馬斯頓為了探索原子內部結構的奧秘，設計并進行了著名的α粒子散射實驗。結果他們發現，原子并不像湯姆遜所提出的是具有10-10米那樣半徑的實心球體，而是與太陽系的情況十分相似：太陽作為太陽系的核心，具有太陽系總質量的99.87%，而太陽所占太陽系的體積甚小；原子則是由一個原子核和核外的電子所組成，原子核所占體積甚小但其質量約占原子總質量的99.97%；并且還了解到，原子核與電子之間的作用力（遵從庫侖定律F=kq1q2/r2）和太陽與行星之間的作用力（遵從萬有引力定律F=Gm1m2/r2）的數學形式也很相似，都是作用力與距離平方成反比的關系。于是，盧瑟福經過類比推理，于1911年正式提出了原子結構的“行星模型”或“核式模型”。這一模型為后來的眾多實驗所證實。盧瑟福的類比推理過程可歸納為：

由此推出結論：原子可能是由電子環繞原子構成。

在物理學中還有許多重要理論的建立和重大的發現，最初就是通過類比推理而得出的。因此，教師要充分挖掘這方面的歷史素材，并將其滲透到教學中去，通過類比不但能有效地揭示自然現象，掌握物理規律，并且要不斷創新，以促進學生的創造性思維的發展。

二、類比法在中學物理教學中的作用和意義

運用類比法可以高效地認識物理世界，類比法不僅運用于物理研究中，在中學物理教學中也具有獨特的作用和意義。

1.培養學生的發散思維和邏輯思維能力。在科學探索的過程中，類比法的價值為世界上許多科學家所稱道。開普勒曾說過：“我重視類比勝于任何別的東西，它是我最可信賴的老師，它能揭示自然界的秘密。”康德也曾說過：“每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往能指引我們前進。”運用物理類比法可以把陌生的對象和熟悉的對象進行對比，把未知的東西和已知東西相對比，這樣可使學生能動地認識客觀事物，通過分析、推理獲取并掌握知識。在這一過程中，他們必然要產生聯想，反復思考，從不同的角度觀察事物，進行一定的邏輯推理以獲得相應的結論。顯然，在此過程中，學生不僅習得了必要的專業知識、提高了獲取知識的能力，同時還能使自己的思維方法得到培養，尤其是發散思維與邏輯思維能力得到很好的培養。在這樣的學習過程中，學生不是接受現成的知識，而是經過自己的主動探索而獲得知識，這樣得到的知識會更有效、記憶更加牢固、理解的也會更透徹。

2.使抽象的物理概念和規律更加具體化。中學生以形象思維為主，抽象思維相對較差。雖然物理學是以實驗為基礎的學科，給人的感覺好像是比較實在，但是，物理學的理論（概念、規律、定義、定律等）是對實驗、事物實體等經過抽象化后而形成的。所以，有些理論對中學生來說還是頗為費解的，學生對它們缺乏感性認識的基礎，掌握起來有一定的難度。如果運用類比法教學，就能夠給這些抽象的事物賦予一定的、間接的直觀形象，從而可把研究對象具體化，幫助學生有效地把握這些形象，從中獲取物理知識，發展智力，培養自身的能力。

總之，物理教學過程中的方法多種多樣，而被譽為科學家活動中的“偉大的引路人”的類比法在中學物理中有著廣泛的應用。類比法可激發學生探索的意向并引導學生進行實地探索，使他們成為學習的真正主體，變被動學習為主動、自覺、積極的學習。類比法是培養、提高學生的創新意識、創新能力的重要途徑之一。

經過以上探討，我們了解到類比法是人們認識客觀世界的重要科學思維方法之一。在中學物理教學中，廣泛而恰當地運用這種科學思維方法，可以提高物理教學水平。

編輯 武慧慧