多元類比在大學物理教學中的應用

喻莉 劉洋 周本元 劉鵬程 程龍

(空軍預警學院基礎部 湖北 武漢 430019)

類比是通過聯想，將未知的事物與熟悉事物進行比較，從它們的相似點出發，根據已知事物的性質來推斷或假設未知事物的性質[1,2].2 000多年前，圣人孔子就提出了類比思想的重要性，“溫故而知新”就是對類比的最好闡釋.而在近代，偉大的物理學家愛因斯坦也曾經說過，“在物理學上往往因為看出了表面上互不相關的現象之間相互一致之點而加以類比，結果竟得到很重要的進展”.類比的方法在各門學科教學中都起到了非常重要的作用[3,4].大學物理作為理工科院校的公共基礎課程，涉及的很多物理概念和理論都很抽象，采用類比的教學方法，不僅可以加強學生對未知事物的認識與理解，同時還可以提高學生獨立獲得新知識的能力，是授人以漁的過程.目前，大多數類比教學采用的都是與生活現象和已學的知識進行類比[1,5].

本文考慮到對學生傳統文化的滲透和專業理論的銜接，筆者結合我院學生的專業特征，除生活類比和知識類比之外，還探討了文化類比和軍事類比.多角度拓展學生的思維，突破知識難點，提高課堂教學質量，提升學生能力水平.

1 生活類比

2 知識類比

物理學研究的范圍非常的廣泛，很多知識之間都存在相似之處.以往的知識類比主要考慮的是數學形式和物理意義的相似[2,3,6],但實際上，新舊知識間的相似還包括很多方面，比如物理方法的相似，知識模塊結構的相似等.

表1分別列舉了相關實例.

表1 新知識與已學知識的類比

人們在研究物質世界的過程中形成了大量的有效方法，比如類比法、理想模型法、理想實驗法、分類法、對稱法等.教學中可以從新理論探究過程中所用到的方法出發，來尋找已學的類比對象.物理方法的類比有很多，比如，在引入點電荷的概念時，我們是從解決問題抓主要矛盾的角度出發，構建了一個極端的理想化模型.而這一方法實際上在力學和氣體動理論中就已經接觸過了，所以教學時可以直接將點電荷與質點、理想氣體等概念來進行類比.采用物理方法的類比教學，不僅可以讓學生理解起來更容易，同時還可以進一步加強學生對此物理方法的掌握.

物理學中有些不同的知識模塊，從物理概念的提出，到物理現象的描述，再到物理規律的分析都非常的類似.最典型的就是剛體定軸轉動和質點運動學這兩個模塊，以及穩恒磁場和靜電場這兩個模塊[3,6].比如穩恒磁場的研究思路就與靜電場非常類似：場的描述(引入電場強度E和磁感應強度B，電場線和磁場線)—場的性質(電場和磁場的高斯定理、安培環路定理)—場對介質的作用(電場中的電介質和磁場中的磁介質)—場的能量(電場能量和磁場能量).學習穩恒磁場時可以整體類比靜電場，從而幫助學生厘清研究思路和各知識點間的相互聯系，了解每個知識點在整章中的地位和作用，使零散知識系統化.

3 文化類比

習主席在2016年全國高校思想政治教育大會上指出，要將思想政治教育貫穿于教學全過程.從物理學中所蘊含的人文知識出發，我們可以設計物理概念、理論與學生熟知的寓言故事、成語、古詩詞等進行類比，從而加強物理知識的理解，增強傳統文化的滲透，提升學生的民族自信.比如，在講解光的本質時，學生很難理解為什么粒子性和波動性這兩個看似矛盾的對立體會統一在一起，這時我們可以引入宋代詩人蘇軾的詩詞“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同”.從不同的角度看廬山時，會看到廬山不同的外形，這一點非常直觀形象，學生很容易理解.在此基礎上，通過類比讓學生體會到，其實在不同的情況下光也會表現出不同的特性.雖然每次我們只能看到體現一種特性的現象，比如體現波動性的干涉現象和體現粒子性的光電效應現象，但光卻是既具有波動性又具有粒子性.表2為物理知識與傳統文化進行類比的相關實例.將物理知識與傳統文化通過類比進行融合，讓學生感受中華民族傳統文化的博大精深.

表2 物理與傳統文化的類比

4 軍事類比

表3為物理知識與相關軍事類比的具體實例.軍事類比是從軍隊院校教學對象的特點出發而設計的，對于其他理工科專業的大學物理教學，則可合理地設計與其他相關的專業類比.通過專業類比既能激發學生的學習興趣，促進學生對物理知識的理解，又能在一定程度上提升學生的專業素養.

5 結束語

本文從教學內容和教學對象的特征出發，挖掘了4種具體的類比教學方法，加強了學生對新知識的理解和掌握.其中文化類比有助于加強學生對傳統文化的熏陶，而軍事類比則有助于較好地實現基礎課程與專業領域相關知識的銜接，提升學生的專業素養.在教學過程中，鼓勵學生從多角度展開聯想，充分發揮學生的想象力和創造力，讓學生掌握如何在已有知識的基礎上通過類比去學習新的知識，對學生未來的學習與生活實踐勢必會產生積極的影響.只要用心，相信一定還可以找到更多恰當的類比實例，總結更多切實可行的類比方法，從而助力抽象物理概念與理論的教學，更好地實現學生知識、能力和素質的全面提升.

表3 物理與軍事的類比