類比教學(xué)法在物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：類比教學(xué)法在中學(xué)物理課堂教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，它可以幫助學(xué)生理解較復(fù)雜的實驗和難度較高較深的物理知識，還可以加深學(xué)生的記憶，應(yīng)用類比教學(xué)法，不僅可把抽象的新知識納入到已有知識系統(tǒng)中來，變抽象為形象、變難為易、變繁為簡，同時又可激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，具有啟發(fā)思路、舉一反三、觸類旁通的作用。作者通過多年在高中一線進(jìn)行物理教學(xué)的親身實踐研究，運用實例論述了類比教學(xué)法在物理知識教學(xué)、物理習(xí)題教學(xué)、物理方法教學(xué)中的具體應(yīng)用及應(yīng)用過程中要注意的問題進(jìn)行了闡述。熟練運用類比教學(xué)法在內(nèi)的多種教學(xué)方法，將有利于提高中學(xué)物理課堂教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：類比教學(xué)法；應(yīng)用研究

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）15-0126-02

一、類比教學(xué)法

類比是一種邏輯推理形式，通過對兩種物理事物、物理現(xiàn)象或兩種物理規(guī)律進(jìn)行比較，找出它們的相似點和相同點，然后以此為依據(jù)，把其中某一物理事物、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的有關(guān)知識推移到另一物理事物、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律中去，從而對另一物理事物、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律作出假定性的說明，找出其他方面也相似或相同的方法。在物理教學(xué)中，類比方法可以幫助學(xué)生理解較復(fù)雜的實驗和難度較高較深的物理知識，還可以加深學(xué)生的記憶，類比教學(xué)法在中學(xué)物理課堂教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，既可應(yīng)用于知識教學(xué)，也可應(yīng)用于習(xí)題教學(xué)，也可以應(yīng)用于物理方法教學(xué)。

二、類比教學(xué)法在物理課堂教學(xué)中的運用

（一）類比教學(xué)法應(yīng)用于知識教學(xué)

在物理學(xué)習(xí)中，類比方法具有探索和解釋兩個功能。解釋功能在于喚醒學(xué)生頭腦中已有的知識或者經(jīng)驗表象，對將要學(xué)習(xí)的知識提供一個相近的表象，實現(xiàn)知識或經(jīng)驗的遷移。應(yīng)用類比于物理教學(xué)，其關(guān)鍵就是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所研究的問題的性質(zhì)來恰當(dāng)?shù)剡x取作為類比根據(jù)的兩個對象的對應(yīng)特征。

1．關(guān)于“萬有引力定律”與“庫侖定律”的類比

比較“萬有引力定律”與“庫侖定律”的數(shù)學(xué)表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)它們具有驚人的相似之處，它們都能服從平方反比定律，但它們也有各自的特殊性。按教學(xué)的先后順序，學(xué)生在力學(xué)中已經(jīng)掌握了“萬有引力定律”的知識，在電學(xué)中學(xué)習(xí)“庫侖定律”時，就可以運用類比進(jìn)行教學(xué)。2．關(guān)于簡諧運動的類比

類比的關(guān)鍵在于找出兩種物理事物、現(xiàn)象、規(guī)律的共同特征，一般有兩種不同的方式：一是歸類；二是概況。采用哪種方式，是由物理知識自身的特點決定的，學(xué)習(xí)直接從事實中總結(jié)出來的概念，通常是靠歸類得出其共同特征的。一般學(xué)生對物理概念的認(rèn)識是停留物理現(xiàn)象的外表特征，教學(xué)中可以運用類比的方法得出物理現(xiàn)象的內(nèi)在本質(zhì)特征。例如：

學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了水平放置的彈簧振子所受回復(fù)力滿足F=-kx之后，在分析豎直放置的彈簧振子時，發(fā)現(xiàn)如果以懸掛物體后的平衡位置（kx0=mg）為坐標(biāo)原點，通過受力分析，不論彈簧是處于壓縮狀態(tài)還是伸長狀態(tài)，振子所受合外力也滿足F=-kx。再去分析擺角很小時（擺角小于10°）時，擺球所受的振子所受合外力也滿足F=-kx 。而當(dāng)分析在地面上上下跳動的彈性碰撞的小球以及有人走過的跳板的運動時，則可發(fā)現(xiàn)物體所受的合外力不滿足F=-kx的形式。通過以上類比，學(xué)生就可以把水平放置的彈簧振子的運動、豎直懸掛的彈簧陣子的運動、擺角很小的單擺的運動歸為一類，其共同特征是物體所受回復(fù)力跟對平衡位置的位移的大小總是成正比，方向與對平衡位置的位移的方向總是相反，加深了對簡諧運動的理解。

（二）類比教學(xué)法應(yīng)用于物理習(xí)題教學(xué)

物理教學(xué)一般要使學(xué)生從感性認(rèn)識上升為理性知識，使學(xué)生形成了物理概念、掌握了物理規(guī)律，并實現(xiàn)了物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重新組合，但物理學(xué)習(xí)的思維加工活動更主要在于運用物理知識解決物理問題。高中學(xué)生在學(xué)習(xí)物理中常常對解決問題感到困難，其原因在于用學(xué)習(xí)概念、規(guī)律的認(rèn)知方式來解決問題，未能突出解決物理問題的認(rèn)知特點的緣故。利用類比的方法在解決物理問題的過程中，具有啟發(fā)思路、提供線索，借助于已學(xué)知識或者某種范例而舉一反三、觸類旁通的作用。解答此類問題的關(guān)鍵在于將這個對象和問題轉(zhuǎn)化為熟知的對象和問題。

例1：如圖所示，在光滑水平面上靜止放著一輛質(zhì)量為m2的小車，車上裝有光滑的弧形軌道。另一質(zhì)量為m1的小球以速度v0沿弧形軌道的水平部分射入，并沿弧形軌道下降脫離小車，若m1=m2，則小球脫離小車時如何運動？

經(jīng)分析知道，小球射入弧形軌道后與小車發(fā)生相互作用，把小球和小車看作一個系統(tǒng)，由于這個系統(tǒng)水平方向不受外力作用，水平方向滿足動量守恒。又由于弧形軌道光滑，小球與小車相互作用過程中滿足機(jī)械能守恒。根據(jù)小球與小車相互作用的特點，可以把它類比于兩個小球發(fā)生彈性碰撞，根據(jù)彈性碰撞一靜碰一動的規(guī)律，且兩個物體質(zhì)量相等，碰撞結(jié)束兩個物體將交換速度。由此可順利得出小球脫離小車時做自由落體運動。

例2：如圖甲所示，平板小車上固定一只杯子，杯內(nèi)存有一定量的水，若小車以水平加速度a向前勻加速前進(jìn)時，杯內(nèi)液面穩(wěn)定后與水平方向所成的夾角θ？

在平常練習(xí)中，經(jīng)常碰到這樣的一個問題，一個質(zhì)量為m的物體，放置在傾角為θ的斜面上（如圖乙）。求斜面以多大水平加速度前進(jìn)時，可使物體保持相對斜面靜止？分析圖乙中物體的受力情況，根據(jù)牛頓第二定律，不難得出 ，即 。若把杯內(nèi)液面看成是一個個質(zhì)量都為m的液滴（看做質(zhì)點）緊挨排列而成，則圖甲中液面上液滴可類比于圖乙中斜面上的物體，二者有共同的受力情況，由此可知此題的結(jié)果為 。

（三）類比教學(xué)法應(yīng)用于物理方法教學(xué)

物理學(xué)中的研究對象和研究過程，大多都是經(jīng)過分析、綜合之后，把最本質(zhì)的、最基本的抽象出來，所建立的理想模型和理想過程。在教學(xué)中，要注意說明引入理想模型和理想過程的必要性、可能性和合理性，使學(xué)生掌握如何把實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題，如何簡化物理對象和過程，從而培養(yǎng)學(xué)生研究和處理物理問題的方法。一般來說，一個物理方法處理的是一類(或幾類)具有相同或相似特征的物理問題。若教學(xué)中抓住研究問題的特征，通過類比，在不同領(lǐng)域內(nèi)(或不同內(nèi)容上)使用同一方法，則可達(dá)到加深理解物理方法的目的。

1．類比應(yīng)用于定義某些物理量的比值法。

例如：對電場強(qiáng)度概念的教學(xué)，可以在分析庫侖定律實驗的基礎(chǔ)上著重講如何對實驗結(jié)果進(jìn)行分析、綜合、抽象、概括。首先，對于同一試探電荷q，放置在電荷Q（場源電荷）產(chǎn)生的電場中，試探電荷q在Q的電場中的不同點所受電場力F的大小一般是不同的，位置變化時，F(xiàn)也變化，但比值F/q不變，經(jīng)過抽象得出該比值與F、q無關(guān)；其次，經(jīng)過分析和比較，發(fā)現(xiàn)對于不同的場源電荷Q，即使是電場中的同一位置該比值也不同。在此基礎(chǔ)上抽象和概括，每一個場源電荷Q都存在一個比值F/q，不同的Q（場源電荷）比值F/q不同，它反映了電場的強(qiáng)弱，所以定義比值F/q為電場強(qiáng)度E。用比值法來定義物理量是中學(xué)物理中常用的一種方法。利用類比的方法，以電場強(qiáng)度作為根據(jù)，對電阻、電勢差、電容、磁感應(yīng)強(qiáng)度等進(jìn)行教學(xué)，強(qiáng)調(diào)如何根據(jù)其性質(zhì)來表示其特征，學(xué)生不僅對這類概念的理解有融會貫通之感，且在不同方面的應(yīng)用中，對比值法的內(nèi)涵有了更深刻的理解。

2．類比應(yīng)用于理想化法。

理想化法是物理教學(xué)中通過想象建立模型和進(jìn)行實驗的方法。宏觀世界中物體間的相互作用相當(dāng)復(fù)雜，進(jìn)行物理研究時我們不可能面面俱到。在分析和研究物理現(xiàn)象、物理規(guī)律時，忽略物理過程中的次要因素，抓住主要矛盾而抽象出來的方法，即理想化法。比如力學(xué)中引入質(zhì)點來代替物體有質(zhì)量的點，在物體的線度相比它的運動范圍或它與其他物體的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小時，可以忽略它的大小，質(zhì)點這個理想化的模型突出了主要因素，忽略了次要因素。高中物理中應(yīng)用類比的方法在學(xué)習(xí)勻速直線運動、理想氣體、點電荷、點光源、光線、牛頓第一定律等知識時，可以使復(fù)雜問題大大簡化，也可以使學(xué)生掌握理想化法這個重要的物理方法。

3．類比應(yīng)用于控制變量法。

在物理教學(xué)中，控制變量法是探索物理問題和物理規(guī)律的一個基本方法。比如力學(xué)中驗證牛頓第二定律的方法，就是先控制物體的質(zhì)量m不變，研究a隨F的變化規(guī)律；然后再控制m不變，研究a隨m的變化規(guī)律，最后將兩結(jié)果綜合起來，得出牛頓第二定律。在研究圓周運動的向心力、單擺的周期公式、氣體的狀態(tài)參量的關(guān)系、電阻定律、平行板電容器的電容、焦耳定律等規(guī)律中都可以利用類比的方法，使學(xué)生學(xué)會運用控制變量法，把整體分解為部分，從復(fù)雜的聯(lián)系中隔離出某一因素進(jìn)行考察，深入本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在聯(lián)系。

三、結(jié)束語

類比方法符合人們認(rèn)識事物的規(guī)律和當(dāng)代教育學(xué)、心理學(xué)規(guī)律。應(yīng)用類比方法，不僅可把抽象的新知識納入到已有知識系統(tǒng)中來，變抽象為形象、變難為易、變繁為簡，同時又可激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，具有啟發(fā)思路、舉一反三、觸類旁通的作用。但由于類比是兩種事物的某些方面的相似或相同，不能保證相似（或相同）屬性在其他方面都一一相應(yīng)的相同或相似。教學(xué)中要說明類比的局限性，找出相同相似處，說明不同處，避免學(xué)生學(xué)習(xí)中對知識的負(fù)遷移現(xiàn)象。

當(dāng)今高效課堂已成為課堂教學(xué)的理性訴求，也是每個教師在努力踐行的目標(biāo)。教學(xué)過程中，在精心制訂教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化組合教學(xué)內(nèi)容的前提下，科學(xué)高效的教學(xué)方法是通往高效課堂的橋梁。類比教學(xué)法就是一種可以達(dá)到事半功倍效果的教學(xué)方法。

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