利用類比教學提升學生物理科學素養

黃文輝

【摘 要】本文以例論述運用類比法進行物理概念、規律、實驗、習題四個部分內容教學的方法，以使學生更好地理解和掌握物理知識，并能做到舉一反三，以取得更好的學習效果。

【關鍵詞】高中物理? 類比法? 科學素養

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）09B-0149-02

類比法是物理學常用的研究方法，這種方法是人類認識客觀世界的一種基本思維方法。這種思維方法與比較法有相同點也有不同點，它不同于比較法的地方為類比法是將一種特殊對象的知識推移到另一特殊對象的思維方式。在高中物理中，主要有物理概念、物理規律、物理實驗和物理習題類比幾種。讓學生了解類比法是一種理解高中物理中蘊含的科學的方法，以便更好地解決遇到的物理問題。下面就從概念類比、規律類比、實驗類比、習題類比四個方面依次展開論述。

一、概念類比，抓住本質特征

物理概念是組成高中物理課程的一部分，學生理解和掌握物理概念是學好高中物理必不可少的一部分。但是從實際教學中可以看出，學生普遍反應物理概念抽象難懂，不能深層次地理解，因此，教師要引導學生使用類比法對物理概念進行理解記憶。

比如，在教學選修 3-1 《電場強度》時，為了能夠讓學生更好地理解和掌握電場強度的概念，筆者采用概念類比的方法來引導學生對該部分的概念進行掌握。因為電場強度 E（E=F/q）是用某一點電荷所受的力 F 和其電荷量 q 兩個物理量相除來計算的，所以在對電場強度的概念進行類比教學時，筆者就采用和電場強度一樣由其他兩個物理量相除來衡量的物理量，如功（W）、速度（v）、加速度（a）等，這些物理量的共性就是由其他物理量通過簡單的運算而來。筆者首先選取物理量速度（v）作為類比的對象，速度 v 是由位移 x 與所用時間 t 相除得來的，即 v=x/t;推理物理量速度的方式也同樣適用于推理電場強度（E），因此用這樣的概念進行類比，能夠幫助學生更為直觀地理解抽象的物理概念。類比法在物理教學中還可以被應用于一些比較抽象的物理概念，在進行這類物理概念教學時，教師可以采用模型類比法來讓學生更為直觀地感受這類物理概念。如在教學《電荷及其守恒定律》時，為了能夠讓學生更容易地理解電子與原子的關系，筆者采用模型類比的方法來讓學生直觀地感受這一概念。筆者選取的模型為太陽系模型，這個模型是大多數學生比較熟悉的模型，用這個模型進行類比可以為學生呈現較為直觀的“情境”。在對諸如此類的概念進行教學時，教師可靈活選取類比的模型，爭取在學生能更容易理解物理概念的基礎之上選取一些常見的模型來輔助講解。

教師使用類比法對高中物理概念進行教學時，要根據具體教學內容，選取適合學情的類比方法，以幫助學生對物理概念的深刻認識和理解。但教師在選取類比對象時，不要拘于課本，要多和生活中的自然現象多聯系，只有這樣才能更好地幫助學生理解物理概念。

二、規律類比，引導分析概括

物理規律是物理教學中的另一個比較重要的模塊，這個模塊的教學對學生學習物理這門課程有直接的影響，因此教師對物理規律進行教學時，應該首先讓學生明白物理規律的內在聯系，然后通過有效的類比方法來引導學生去熟練各個物理規律。

比如，在教學 3-1《電荷及其守恒定律》時，為了能夠幫助學生理解電荷守恒的定律，筆者采用類比法對該節知識內容進行教學。筆者選取的類比對象為前面所學過的能量守恒定律。在講解能量守恒定律時講到，能量是不會憑空產生的，也不會憑空消失，能量只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在能量轉移或者轉化的總過程中，它的總量是保持不變的。能量守恒定律是學生熟悉的一個概念，用它來類比電荷守恒定律是最合適的。在類比時可以依照能量守恒定律給出電荷守恒的定律，即電荷不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分。同樣地，可以依照能量守恒定律知道，電荷在轉移的過程中是不會減少或者增多的，即其總量是保持不變的，這樣用能量守恒定律幫助學生直觀地理解電荷守恒定律。又如，在教學后面的物理規律“安培定則”時，筆者同樣采用類比法進行這一知識點的教學。筆者選取的類比知識點為“左手定則”，選取這兩個知識點是因為它們和“安培定則”有相同的判定方法，用這兩個知識點進行類比教學，能較好地幫助學生有效地區分這兩個知識點的關系，同時加深對這兩個知識點的理解。

高中物理中的物理規律大都是由不同的物理概念通過一些關系表達出來的，因此教師在對高中物理規律教學時，要靈活運用各種有效的教學方法，利用各種有效的教學資源，使學生能夠輕松地理解物理規律，提升高中物理的教學效率。

三、實驗類比，嘗試假設探究

物理實驗是驗證物理規律的重要途徑，因此在高中物理教學中一定要對實驗教學有足夠的重視。物理教師對物理實驗進行教學時也要講究方法，盡量避免采用過時的教學方法進行物理實驗教學。

比如，在教學《探究彈性勢能的表達式》時，為了能夠讓學生更容易地探究與彈性勢能相關的因素，以及彈性勢能的表達式。筆者采用類比的方法引導學生對該實驗進行探究。筆者選取的類比對象是前面學過的“探究重力勢能表達式”，因為重力勢能（E_G）與彈性勢能（E_p）有相類似的地方，即他們都是勢能，與所選用的實驗器材沒有關系，所以將“重力勢能”作為類比對象是非常合適的。通過重力勢能的探究發現，重力勢能 E_G 與高度 h 有關（E_G=mgh），因此在對彈性勢能進行探究時可以針對重力勢能的特性做出大膽的猜想，即“彈性勢能是不是也與距離有關系？”在此假設之上，學生就可以通過實驗進行驗證。這樣的實驗教學可以讓學生明確實驗目的，更有目標性地進行實驗探究。學生通過實驗探究就會發現，彈性勢能確實與距離有關，即與彈簧的伸長量有關，這樣就基本確定了與彈性勢能有關的因素了。可見在物理實驗教學時用類比的方法可以使學生對實驗更為明確，對實驗的目的也更為清楚，對學生探究實驗的過程有非常大的幫助。

教師在物理實驗教學中運用類比法時應該靈活地運用各種信息，如可以利用相似知識的圖像、關系式的推導等信息。這樣的信息可以對學生探究的實驗起到啟迪的作用，極大提高學生實驗探究的效率。

四、習題類比，強化應用能力

物理習題是學生接觸較多的一部分，學生也是通過物理習題來加強高中物理學習的。物理習題同樣也是連接物理概念和物理規律的橋梁，因此教師在教學這一部分時，應該選擇合適的教學方法進行高效的習題教學。

如，在教學《帶電粒子在勻強磁場中的運動》時，為了能夠幫助學生攻克“帶電粒子在磁場中運動”這一難題，筆者在對該部分習題教學時選取類比的方法進行教學。帶電粒子在勻強磁場中的運動問題大都是將一粒子給予一水平速度 v₀ 進入磁場，求該粒子的運動軌跡。這類問題看似簡單，但是里面有很多的干擾因素，如果在解題的過程中能夠避開那些干擾因素，那么就能夠很容易地解決此類問題。筆者選取前面學過的“平拋運動”的知識作為類比對象。在勻強磁場中運動的粒子運動軌跡與平拋運動的運動軌跡相類似，所以可以用平拋運動的公式 v_x=v₀，v_y=gt 求解帶電粒子在勻強磁場中不同方向的速度，用平拋運動的距離公式 x=v₀t，y=1/2gt² 求出帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡。另外，在習題教學中使用類比的方法可以幫助學生對物理問題進行建模，幫助學生找到解決問題的突破口。

在物理習題教學時采用類比法，可以讓學生在深層次理解物理習題的基礎上加深對類比法的認識，從而在平時的學習過程中學會運用這種科學的思維方法。

綜上所述，類比法可以運用于高中物理教學的每一個部分，并能取得較好的教學效果，使學生學會好的思維方式，養成良好的思維習慣。

【參考文獻】

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