淺析類比法在高中物理課堂教學中的應用

久路吐孜·艾力別克

摘要：類比法也稱類比推理方法或類推方法，它是根據兩個（或兩類）不同對象的部分屬性相似，而推出這兩個（或兩類）對象的其他屬性也可能相似的一種邏輯推理方法。所謂對稱類比就是：根據A、B兩對象在總體上的對稱，推出B對象可能在與A對象相似的某些性質。在高中物理課堂教學中，我們要可以充分利用類比方法啟發學生積極思考，大膽猜想，提出解決問題的新見解和新方案。

關鍵詞：高中物理；類比法；課堂教學；應用

大千世界雖然物理現象千差萬別，然而許多本質不同的物理現象往往存在某些相似之處。如果將所研究的問題與類似的物理模型或物理過程進行比較，探討出共同的規律，找出與其相當的物理量，然后用已掌握的規律來解決待研究的問題，往往會使生疏的問題迎刃而解，取得意想不到的效果。因此高中物理課堂教學中，我們要可以充分利用類比方法啟發學生積極思考，大膽猜想，提出解決問題的新見解和新方案。

一、類比法概述

類比法也稱類比推理方法或類推方法，它是根據兩個（或兩類）不同對象的部分屬性（包據成分、性質、結構、功能等等）相似，而推出這兩個（或兩類）對象的其他屬性也可能相似的一種邏輯推理方法。

與演繹法及歸納法相比，類比法的自然性最大，但它卻是最富有創造性的一種推理方法，演繹推理是一種必然性的推理，可由正確的前提出可靠的結論，但推出的結論并沒有超出前提的范圍。所以，運用演繹推理無法推出新的一般原理，科學上大量使用的不完全歸納推理也具有自然性，它雖然能從具體推出新的一般原理，但卻需要較多的事實貯備，而類比推理卻可以掙脫現成原理的約束，以最少的事實基礎，最短的推理路徑推出結論。在廣泛的范圍內，把看上去差別很大的兩個事物聯系起來，從而發現新的原理。

二、高中物理中常用的幾種類比方法

作為一種重要的具有創造性的方法，類比方法在中學物理教學中是十分常見的，主要的有：

1、等效類比

所謂等效類比就是：根據A對象和B對象某方面的等效性，推出兩對象在其他方面也具有等效性。例如：在吊車內有一擺長為L的單擺，當吊車以加速度a向上運動時，單擺的振動周期是多大？（擺角小于5度）分析：本題若直接下手求解比較繁難，但我們知道，若單擺豎直在吊車中，當吊車加速向上運動時，懸線拉力T=m（g+a）（m為擺球質量）。這與吊車不動而重力加速度增加為g'=g+a的情形等效，將此結論外推廣，可得單擺的周期與吊車靜止不動，而重力速度g'增為g'=g+a的情形等效。

2、因果類比

因果類比是以一對象中各因素之間的因果關系為橋梁而進行的類比推理，具體地說，因果類比是借助A對象的因果關系來概括科學事實，探索與之相似B對象的原因或結果。例如：借助重力場中的因果關系的類比，我們可以推出靜電場的一些性質，即：重力做功與路徑無關，所以，在重力場中可以引出重力有關概念，重力做功，物體的重力勢能減少，物體克服重力做功，重力勢能不斷增大。這種因果類比的目的在于探索結果。

3、對稱類比

所謂對稱類比就是：根據A、B兩對象在總體上的對稱，推出B對象可能在與A對象相似的某些性質。

4、協變類比

協變關系是指某對象中各要素之間的函數關系。協變類比的一種常用形式是：根據A、B兩對象的數學形式相似，推出它們的屬性也可能相似。協變類比的另一種常見形式：根據A、B兩對象的屬性和要素對應相似，推出兩對象要素構成的數學形式也可能相似，即把一個對象各要素之間的協變關系推到另一對象上去。

例如：一條長尺為L的細線，上端固定在O點，下端系一質量為m的小球，將它置于一個勻強電場中，場強為E，方向水平向右，已知小球在B點靜止平衡，細線與豎直線的夾角為a。

求：①要使懸線與豎直方向的夾角多大時，才能使小球電靜止釋放后，細線到豎直位置時小球的速度恰好為零。

②當細線與豎直方向成α角時，至少要給小球一個多大的沖量，才能使小球在豎直面內做圓周運動。

5、模型類比

科學模型是按照科學研究的特定目的，用物質形式或思維形式對原形客體本質關系的再現，通過對模型的研究獲得關于原形客體的知識，是現代科學常用的一種科學研究方法。

科學模型可分實物模型和思想模型，實物模型是根據原形而制作的一個類似物，供人們觀察和實驗，思想模型是人們為了使原形形象化而想象出來的一個類似物，無論是實物模型還是思想模型，都與原形客體在某些屬性上對應相似，人們建立模型，就是試圖由模型去類比原形。例如我們常將氣體分子比成彈性小球，并用小球對器壁的碰撞來推導氣體壓強；用太陽行星模型去類比原子結構；用類似的“小球、拉伸橡皮筋和壓縮彈簧”模型去模擬分子引力和壓力，等等。

三、類比法在教學中的作用。

類比法在高中物理教學中起著獨到的作用，主要由以下幾個方面：a有些物理知識抽象難懂，不易為學生理解和接受，對此，我們常采用類比方法，以增強說服力，幫助學生建立物理圖像，起到軟化教學的作用，例如利用水路系統模型來類比電路系統模型中，可建立如下的關系：水流—電流；水路—電路；閥門—電鍵；水泵—電池；水輪機—電燈；水位差（水壓）—電壓；能有效地幫助學生理解電源的作用，進一步建立起形象化的電壓概念。

在教學中，我們可以充分利用類比方法啟發學生積極思考，大膽猜想，提出解決問題的新見解和新方案。例如：教學中電磁波的接收，如何從空間傳播的眾多的電磁波中，挑選出我們所需要的某一頻率的電磁波呢？我們需要選臺（即調諧），在教學中教師可以利用機械振動中的共振現象進行類比，啟發學生積極思考，提出調諧電路的設計方案。

最后需要指出的是，類比推理中兩個相類比的事物僅僅是某些方面相似，而不是等同，所以類比只能起解釋、啟發、模擬的作用，而不能替代，例如前面水流與電流畢竟不同，如果電流的類比而認為導線中的電子是從電源中輸送出來的，電流是從高處流向低處的等等，這種類比的作用是積極的，相信對物理的教學，一定有更好的促進作用。endprint