類比法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用探討

孫豐偉　高峰　曹學(xué)成

摘 要 隨著高考改革，學(xué)生可以選擇3+X的考試組合模式，鑒于物理抽象難懂，并且需要更多的數(shù)學(xué)知識(shí)，導(dǎo)致高考選考物理的學(xué)生人數(shù)銳減。大學(xué)物理作為一門重要的必修公共基礎(chǔ)課程，對于國家所倡導(dǎo)的通識(shí)教育和科技強(qiáng)國戰(zhàn)略具有重要的作用。類比法作為一種行之有效的教學(xué)方法將在幫助學(xué)生深入理解和把握抽象的物理概念及定律方面發(fā)揮獨(dú)特的作用，同時(shí)學(xué)生可以運(yùn)用類比方法發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，鍛煉科研能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。課堂教學(xué)中將類比法與學(xué)生思政教育有機(jī)結(jié)合，收到良好的效果。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理 類比法 通識(shí)教育 思政教育

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.058

Discussion on the Application of Analogy Method in College Physics Teaching

SUN Fengwei， GAO Feng， CAO Xuecheng

（College of Information Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018）

Abstract With the college entrance examination reform， students can choose the 3+X exam combination model. Given the intricacies of physical abstraction and the need for more mathematics， the number of students who choose the physics of the college entrance examination is drastically reduced. As an important compulsory public foundation course， university physics plays an important role in the general education and science and technology power strategy advocated by the state. As an effective teaching method， the analogy method will play a unique role in helping students to understand and grasp the abstract physical concepts and laws. At the same time， students can use analogy methods to discover scientific problems， exercise scientific research ability， and cultivate scientific literacy. Classroom teaching combines analogy with students' ideological and political education and receives good results.

Keywords university physics; analogy; Ideological and political education

大學(xué)物理作為重要的公共基礎(chǔ)課，在提高和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[1]和通識(shí)教育方面具有越來越積極的作用。同時(shí)，面對大學(xué)生物理基礎(chǔ)薄弱以及高考未選考物理的困境，為解決這一難題，需要教師在物理教學(xué)過程中將抽象枯燥的物理知識(shí)講解的淺顯易懂，引導(dǎo)學(xué)生將物理知識(shí)和生活中的現(xiàn)象以及自己的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合并進(jìn)行類比，既可以正確理解和掌握復(fù)雜抽象的物理概念、定律，也可以加深對物理現(xiàn)象和專業(yè)知識(shí)的理解。同時(shí)為了積極響應(yīng)黨中央中央關(guān)于思政教育進(jìn)課堂的指示精神，將對學(xué)生的思政教育與類比教學(xué)法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合具有非常重要的意義，可以實(shí)現(xiàn)教書與育人的有機(jī)結(jié)合。

1 以具體現(xiàn)象類比物理概念

物理概念作為物理學(xué)大廈的基石，理解和掌握好物理的基本概念是學(xué)好物理的前提。作為大學(xué)物理老師如何將抽象深?yuàn)W的物理概念講解的深入淺出，讓學(xué)生可以把握概念的精髓是一門重要的基本功。對于沒有經(jīng)過專門的物理科學(xué)訓(xùn)練的非物理專業(yè)大學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)物理概念的過程中會(huì)遇到很大的困難。為此，就需要物理老師在教學(xué)過程中，將物理概念的講解和學(xué)生的生活相聯(lián)系，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念惐龋瑤椭鷮W(xué)生真正的理解和掌握物理概念。[2]例如在講解《流體力學(xué)》中的層流和湍流的定義及特點(diǎn)時(shí)，可以將層流、湍流與生活中的遵守交通規(guī)則和違反交通規(guī)則進(jìn)行類比（如表1所示），讓學(xué)生形成更加清晰直觀的物理圖像。

利用上述層流、湍流與交通規(guī)則的類比法教學(xué)，可以讓學(xué)生非常深刻的理解和掌握流體力學(xué)中層流、湍流的定義和特點(diǎn)，同時(shí)教師在課堂上還可以做進(jìn)一步延伸，教育學(xué)生在日常生活中遇到類似火災(zāi)、水災(zāi)或者地震等突發(fā)事件需要緊急疏散人群的時(shí)候，必須要聽從統(tǒng)一指揮，按照“層流”模式依次疏散才是最安全有效的。通過類比教學(xué)，教師可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生教書育人的有機(jī)結(jié)合。通過上述類比，教師可以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生教書育人的有機(jī)結(jié)合。

2 大學(xué)物理知識(shí)與專業(yè)知識(shí)的類比法教學(xué)

物理是一門基礎(chǔ)課程，物理概念、定律等在非物理專業(yè)中會(huì)有大量的應(yīng)用。由于學(xué)生本身知識(shí)水平的限制，很難將物理知識(shí)與專業(yè)知識(shí)建立聯(lián)系，所以導(dǎo)致學(xué)生無法理解物理的重要性，從而降低了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性和主動(dòng)性。物理知識(shí)和專業(yè)知識(shí)相當(dāng)于分離的兩岸，教師就是將物理知識(shí)與專業(yè)知識(shí)建立聯(lián)系的橋梁。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，需要教師將物理知識(shí)和學(xué)生的專業(yè)知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來，從學(xué)生的專業(yè)知識(shí)中選取適當(dāng)?shù)睦觼韺λ鶎W(xué)的物理概念、定律等進(jìn)行解釋，這樣可以讓物理課程更加生動(dòng)有趣、有血有肉。在液體表面性質(zhì)一章的教學(xué)中，滲透壓與植物水分輸運(yùn)部分講到植物氣孔蒸騰作用的物理機(jī)理，[3]蒸騰作用是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程，這部分內(nèi)容是農(nóng)學(xué)類學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課上的內(nèi)容。在引導(dǎo)學(xué)生分析氣孔蒸騰的影響因素時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生利用二分法將影響因素分為與氣孔有關(guān)的內(nèi)因和與外界環(huán)境有關(guān)的外因。在分析與氣孔有關(guān)的內(nèi)因時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生將氣孔類比成教室的門，水蒸汽分子類比成學(xué)生自己，水蒸汽從氣孔內(nèi)散失到氣孔外類比成學(xué)生離開教室到達(dá)室外（如表2所示）。

通過以上的深入淺出的簡單類比，學(xué)生容易理解氣孔對植物蒸騰作用的影響，有助于掌握滲透壓與植物水分輸運(yùn)教學(xué)內(nèi)容。在講完該類比的例子之后，可以引導(dǎo)學(xué)生多利用類比法，幫助自己理解和掌握相對復(fù)雜難懂的專業(yè)知識(shí)。

3 類比教學(xué)下的學(xué)生思政教育

在講授卡諾熱機(jī)時(shí)，[4，5]可以得到卡諾熱機(jī)的熱機(jī)效率為，其中T2和T1分別代表高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒崃W(xué)溫度。在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作的所有熱機(jī)，卡諾熱機(jī)的熱機(jī)效率最高。此時(shí)可以提問：“如何理解在相同的熱源之間工作的熱機(jī)，以卡諾熱機(jī)的熱機(jī)效率最高？”引導(dǎo)學(xué)生思考熱機(jī)效率反映的是熱機(jī)中的工作物質(zhì)吸收的熱量轉(zhuǎn)化為功的能力，也就是從能量的角度來研究熱機(jī)的性質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生將熱機(jī)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率做類比（如表3所示）。

通過這一類比，學(xué)生可以非常簡單清晰的理解卡諾熱機(jī)的效率最高，同時(shí)可以教育學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中向卡諾熱機(jī)學(xué)習(xí)，在課堂聽課過程中，減少各種時(shí)間浪費(fèi)因素，在整個(gè)課堂學(xué)習(xí)中只跟老師和課本有交流，從而提高自己的學(xué)習(xí)效率。通過類比教學(xué)使學(xué)生深刻理解和掌握卡諾熱機(jī)的效率，同時(shí)也對學(xué)生進(jìn)行了有血有肉的思政教育。

4 結(jié)論

大學(xué)物理是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和通識(shí)教育的必修公共基礎(chǔ)課程，也是國家科技強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要一環(huán)，需要教師在授課過程中將抽象復(fù)雜的物理知識(shí)通過類比法進(jìn)行深入淺出的講解，以使學(xué)生準(zhǔn)確理解和把握知識(shí)點(diǎn)。我們運(yùn)用類比法開展課堂教學(xué)的實(shí)踐表明，學(xué)生對大學(xué)物理的理解與掌握水平明顯提高，類比法在講授復(fù)雜深?yuàn)W的物理知識(shí)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。同時(shí)物理作為一門與不同的學(xué)科有密切聯(lián)系的學(xué)科，可以成為思政教育進(jìn)課堂這一政策的重要載體，通過將類比法與思政教育有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教書育人的完美統(tǒng)一。

*通訊作者：曹學(xué)成

基金項(xiàng)目：中華農(nóng)業(yè)科教基金（NKJ201802010）資助;山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（X2017119）資助

參考文獻(xiàn)

[1] 王文春，李雪春，鄭殊，等.在大學(xué)物理課堂教學(xué)中采用類比法教學(xué)有利于拓展學(xué)生思維[J].物理與工程，2017（27）：48-50.

[2] 章登宏，房毅，張孟.淺談物理學(xué)研究和應(yīng)用中的類比方法[J].物理與工程，2009.19（5）：24-26.

[3] 董澤軍.植物蒸騰作用高速率之原因[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010.26（21）：131-135.

[4] 曹學(xué)成，姜永超.大學(xué)物理[M].中國農(nóng)業(yè)出版社，2015：92-120.

[5] A. J.Nicastro.卡諾循環(huán)的動(dòng)力學(xué)模型[J].1987.1（2）：42-42.