類比法在物理教學中的應用

王月紅

摘 要：類比法是一種科學思維方法。主是指通過比較幾種事物的本質、概念、規律，從找出它們的相似點或相同點，進而把其中某一事物與物理情景的有關知識、規律和結論推移到另一物理情景中去，解決另一種物理現象中的問題的思維方法。學會類比，對于學生知識的架構、解題能力的提高可以起到事半功倍的效果。

關鍵詞：類比法；物理概念；物理模型

物理學是是自然科學和技術科學的基礎，學好物理，從小的方面，有助于學生的升學，從大的方面對促進經濟與社會的發展具有重要作用。但從接觸物理這門學科開始，很多學生都有畏難情緒，一方面是思想上的不重視導致基礎沒打扎實；另一方面是沒找到好的學習方法。

新課程的教學理念在于以學生為主體，教師為引導。作為一名教育工作者，要明確教育的本質不應是簡單的知識傳授，方法才是學生今后學習的工具。因而教學過程中教師要盡量做到“授生以漁”。物理的學習方法有很多，筆者重點討論類比法。

類比法也稱類比推理方法，簡而言之，就是把兩種事物、物理概念、規律進行對比，找出它們的相似點或相同點，從而用一個物理現象的規律去解決另一種物理現象中出現的問題的思維方法。學會類比，對于學生知識的掌握、解題能力的提高可以起到事半功倍的效果。筆者通過幾年的物理教學，進行了探索，現小結如下：

1 新課教學中如何運用類比法

1.1 感性認識類比，建立物理概念

物理概念是學習物理的基礎，但物理概念往往較為抽象，雖然生活處處是物理，但不代表學生理解其實際含義，特別是當這個概念是看不到摸不到時，學生就更沒有感性知識作為鋪墊了。此時教師如能利用類比教學，將物理概念生活化、形象化，將有利于初學者更好的學習和掌握物理概念。

如在初中的《浮力》，教材對于浮力方向及作用效果的處理，將物體受到液體對其的浮力與手對物體的托力與類比，將看不到的浮力轉化為感受得到的托力，使學生容易得出浮力的方向是豎直向上的，從而使知識的探究過程有跡可循。再如《電路》的教學，電流、電壓這些概念對學生而言，看不到、摸不到、感受不到，教師可以在教學中將電流與水流進行類比，提升學生的感性認識，而后通過引導，讓學生自主發現要有水流就要有水壓，要有持續的水流就要有水循環，從而再推論得出有電流必須要有電壓，而要有持續電流則需要有持續的電壓，從而再引入電源的概念。

還有些物理概念學生聞所未聞，那么理解起來更顯得困難，此時如果用熟悉的、形象化的事物去類比，那么往往能加速學生的認知過程。如高中物理教材對于《電動勢》概念的處理就采用了將電源電動勢與抽水機的類比，使學生切身體會到電動勢表示的是將其它形式的能轉化為電能的本領，并且抽水機型號或種類的不同其抽水高度也不同，即電動勢的不同。再如：學習電容器的電容概念時，電容是個陌生、抽象的物理概念。教師在教學中將電容器、電容、儲存電荷類比容器、容積、儲存物資，可以使學生輕松形成電容是反映電容器儲存電荷的本領這個概念，電容的大小與儲存的電荷的多少無關。并可以自然的引出電容的大小可能與哪些因素有關，從而引發學生結合自身的知識體系思考、猜想，最終再通過實驗驗證得出電容器的電容類似容器的容積一樣由本身結構決定，加深“電容”概念的形成。

1.2 物理意義類比，建立物理概念

如速度、加速度、功率、感應電動勢等的物理概念的建立是通過比值法來定義的。其物理意義相似，都與快慢有關，通過類比可以歸納得出快慢有關的物理意義，其定義式的分母為時間，分子則為比較的對象。如表1

1.3 物質本身屬性的物理量的定義進行類比

它們的共同特征是：屬性由本身所決定。將其應用類比對它們進行教學，有助于對這類概念的理解。如表2

1.4 運用類比法，溝通新舊知識，讓學生盡快掌握新知識

類比的過程是對學生所學知識的舉一反三，教會學生類比，有利于學生對知識的理解。實踐證明，采用類比法進行新課教學，符合學生的認知規律，在教學過程中效果較好。

新舊知識類比學習新概念。如在學習電磁感應電動勢時，可以將已學過的電路（圖1）與電磁感應的電路（圖2）進得對比，將新舊知識進行關聯，讓學生明確各個部分在電路中的作用，從而理解發生磁通量變化的部分來充當電源，提供電源電動勢，并且只要磁通量發生變化就有會感應電動勢存在而與是否閉合電路無關。

再如場的性質的講解，學生對于電場磁場知識的理解存在一定的困難。通過與重力場的類比，有助于學生對這部分知識的掌握。如表3

2 運用類比法，構建物理模型

“物理模型法”是指通過建立物理模型來研究和學習物理、分析處理和解決物理問題的一種思維方法。如果學生通過分析知道這個問題屬于什么模型，就可以運用已有的知識、經驗去解決，這其實也是類比的過程。中學物理常見的物理模型有以下幾種：

2.1 理想化模型類比，分析適用條件

如質點、點電荷，其判斷方法類似，都是研究對象本身比其研究的空間尺度小得多。如輕繩、輕彈簧，都不考慮其重力，但其主要都是提供彈力等等。在研究的過程中將其放在一起類比研究，便于學生找到其共同點和區別點，從而在解題中找到突破口。

2.2 運動變化過程的模型的類比，尋求運動規律

動力學問題在高中物理占了很大一部分，在物理高考中絕大多數題目都離不開以下幾種基本運動變化過程的模型，①勻速直線運動②自由落體運動③豎直上拋④平拋運動⑤勻速圓周運動等等。由于這類模型的受力特點與運動特點類似，因而在解題過程中也存在著解題方法的相似。教學過程中，可以將進行類比，找出規律，從而迅速找出解題的方法。比如在解帶電粒子在偏轉電場中的運動時，類比如表4。

通過類比，學生可以找出兩種運動的共同點，并自行推導得出帶電粒子在電場或者重力場和電場的復合場中等類平拋運動的解題方法和規律。從而加深學生對此類模型的理解。

3 運用類比法，提高學生分析、解題的能力

很多學生在學習物理上有個誤區，認為題目做得越多對于知識的掌握也就越牢固，從而陷入題海中，但又往往事與愿違。教師在習題課中應避免就題講題，而應將題目進行拓展，并教會學生尋找題目的相似點，通過類比對題目的類型觸類旁通。如下關于變速圓周運動的題目：

（1）表演“水流星”節目，拴杯子的繩子長為l，繩子能夠承受的最大拉力是杯子和杯內水重力的8倍.要使繩子不斷，節目獲得成功，重力加速度為g，求： 杯子通過最高點時速度的最小值為多大？

（2）如圖3所示，半徑R=2.5m的光滑半圓形軌道固定在水平地面上，一小球以某一速度從半圓形軌道的最低點A沖上軌道，恰好能從半圓軌道的最高點B水平飛出，不計空氣阻力，求： 小球達到B點時的速度大小。

（3）如圖4在水平向右的勻強電場中，有一質量為m、帶正電的小球，用長為l的絕緣細線懸掛于O點，當小球靜止時細線與豎直方向夾角為θ（如圖所示）.現給小球一個垂直于懸線的初速度，使小球在豎直平面內做圓周運動.試問（不計空氣阻力，重力加速度為g）： 若小球恰好完成圓周運動，則小球運動過程中的最小速度值是多少？

題（1）和題（2）進行對比，小球在最高點主要是受重力和指向圓心的彈力，如果要恰好完成圓周運動，則最高點所受指向圓心的合力應達到最小，即彈力為零。通過引導，使學生發現變量為彈力，從而判斷此類模型的解題方法。

對比題（1）和題（3），都為繩拉小球模型，但區別在于例1的場力為重力，方向豎直向下且在最高點與速度方向相垂直，而小球能否完成完整的圓周運動，取決于是否能通過這個特殊的“最高點”。從而引導學生發現例3的解題規律為把重力與電場力先合成為合場力，并且在速度與其垂直時才是理論上此圓周的最高點。從一定意義上通過類比的方法教會對知識進行了遷移和拓展。

類比法在物理學研究和物理教學中起著重要作用，教師在教學中有意識的對學生進行類比法的教育，有利于培養學生的自學能力、歸納能力、發散思維，提高學生對于知識的理解和解題能力。但值得注意的是進行類比的兩事物必須具有可比性，即在某些屬性上具有相似性，同時也要告訴學生其知識上的區別，如在《合力與分力》的講解時，著眼點在效果，教師會將其與一些生活現象如10元錢的效果與兩張5元錢的效果相同進行對比，但要注意一個是矢量一個是標量的問題，否則將可能導致錯誤的結論。