巧用類比方法培養核心素養

孫杭來

摘要：類比方法是一種重要的物理思維方法，它可以使知識條理化，把抽象的知識形象化，把復雜的問題簡單化。本文采用將推理和科學實驗相結合的策略，最終達到培養學生物理核心素養的目的。

關鍵詞：類比方法;核心素養;由此及彼

中圖分類號：G633.7 ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1992-7711（2019）02-0047

物理學的研究方法對于探索自然現象具有普遍意義。類比方法是一種重要的物理思維方法，它可以使知識條理化，把抽象的知識形象化，把復雜的問題簡單化;它能幫助學生融會貫通所學的知識，提高學生分析、解決問題的能力，同時能較好地培養學生的邏輯思維和創新能力。類比法是通過兩個或兩類研究對象進行比較，找出它們之間相同點和相似點，并以此為根據把其中某一個或某一類對象的有關知識和結論，推移到另一個或另一類對象上，從而推論出它們也可能有相同或相似的結論的一種邏輯推理和研究方法。

類比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是結論，那么類比思維的過程就是一個推理過程。古典類比法認為，如果在比較過程中發現被比較的對象有越來越多的共同點，并且知道其中一個對象有某種情況而另一個對象還沒有發現這個情況，這時候人們頭腦就有理由進行類推，由此認定另一對象也應有這個情況。

一、應用類比方法形成物理觀念

當學習到一些極為抽象的物理概念，可以用學過的、形象化的事物去類比，那么往往會使學生在學習中豁然開朗，幫助學生理解和掌握新知識的作用，幫助學生加速認識新知識的過程。例如：電壓這個概念不好理解，物量學專門引入水壓來講述這個概念，然后做一下水壓的演示實驗，拿出裝滿水的礦泉水瓶，下部側面開孔，水滿的時候射的遠，水少的時候射的近。這種方法就是類比法。學習電容器的電容概念時，電容是個抽象的物理概念，若把電容器、電容、儲存電荷類比容器、容積、儲存物資（具體水杯存水），用水杯裝水與不裝水做一下演示實驗。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。繼續類比引申：電容器儲存電荷的特性如何表征呢？是否同水杯存水一樣？一樣的話，它涉及的是哪些物理量？學生自然會結合自身的知識體系思考、猜想，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。再例如：學習電流的概念，電流是一個抽象的概念，與水的流動進行類比。

二、應用類比方法引進新概念

比如講電場概念的時候類比風，風扇不需要和物體接觸，通電后就能對物體產生力的作用，中間有我們看不見的物質——風。這是一種客觀存在的物質，但是看不見、摸不著。我們之前學習過電荷間的相互作用規律，說明電荷間的相互作用也不需要接觸，那么它們也通過看不見、摸不著的媒介而產生相互作用，這個媒介叫做電場。我們看外面有沒有風，引入試探物體樹葉，觀察樹葉有沒有搖晃。用電風扇做演示實驗，開的時候與關的時候前面放一些紙條，觀察紙條的運動來說明有沒有風。由此可以類比，看這里有沒有電場，要引入一個試探電荷，觀察這個電荷有沒有受力。

例如講磁感應強度的概念時，可這樣引入：磁場和電場一樣都是看不見、摸不著的特殊物質，磁場跟電場是否有相似的特性。在電場一章知道電場對放入其中的電荷有力的作用及描述這一特性（電場強弱）的物理量電場強度，利用比值方法定義了電場強度E=F/q。那么，磁場對放入其中的試探體有無力的作用及描述這一特性（磁場強弱）的物理量是什么？如何定義？通過實驗發現研究磁場和研究電場類似，若知道放在磁場任何一處的任何電流的受力情況，這個磁場就研究清楚了。

三、應用類比推理活用物理規律

在教學中，應用類比方法幫助我們理解概念的例子比比皆是。例如：用做機械運動的物體的動能和勢能類比物體分子無規則運動的動能和勢能;電勢差、電勢、電場力做功、電勢能類比重力場中的高度差、高度、重力做功、重力勢能;等勢面類比等高線;場的疊加類比波的疊加等等。利用類比法使抽象、陌生的概念變為具體、熟悉的知識，降低知識理解的難度，培養學生的物理核心素養。

在平常的物理學習中，學生往往會覺得物理知識看得懂，也聽得懂，但做起題來就是容易出錯。究其原因，學生缺乏知識的系統化，所學的知識是零散的，沒有融會貫通，所以學習效果并不好。因此，在平時的課堂教學中，要有意識地運用類比方法。如，彈簧的串聯1/K=1/K1+1/K2，電容器的串聯1/C=1/C1+1/C2，電阻的并聯1/R=1/R1+1/R2，電阻的串聯R=R1+R2，彈簧的并聯K=K1+K2，電容器的并聯C=C1+C2。把它們聯系起來，形成知識體系，對學生的學習就能起到事半功倍的作用。還有象v-t圖象的面積為位移、F-t圖象的面積為沖量、F-X的面積為功、I-t圖像的面積為電量、P-V圖象的面積為氣體做功、U-I圖象的面積為電流做功的功率，機械波-電磁波-光波——物質波的類比等等。運用類比法把相關的物理知識聯系起來，可以幫助學生理解、記憶、掌握這些相關知識，從而提高課堂教學效益。

如果我們寫出磁通量Φ的瞬時表達式：Φ=BS=B0a2sin2πt/T，可以發現，這種磁通量Φ的變化過程與線圈在磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動的磁通量Φ的變化過程相同。因此可以把本題所涉及的變化過程類比于：一個面積為a2的正方形線框在磁感應強度為B0的勻強磁場中繞垂直于磁場的軸以角速度ω=2π/T做勻速轉動，線圈中將產生交流電，則感應電動勢的最大值為Em=B0Sω=B0a22π/T。

類比方法能使教學新穎、具體、生動，又能潛移默化地使學生學到物理思想方法，激發學生的探索精神。但是，類比推理是由個別到個別或一般到一般的不完全歸納推理。因為已知的相似屬性和推出的相似屬性之間不一定有必然的聯系，所以從兩個對象之間在某些屬性方面的相似或相同，并不能得出它們在某些屬性方面必然相似或相同的結論。可見，運用類比方法得出的結論不一定都是可靠的。

（作者單位：浙江省慈溪市觀城中學 315300）