類比法在高中物理教學中的顯性運用

(常州市第二中學，江蘇 常州 213003)

在傳統的物理教學中，教師比較注重學生基本知識體系的建立，缺少科學方法的教育，使得學生被動的接受知識，而非主動的構建知識體系，尤其是不清楚該用何種方法習得知識，解決實際的物理問題[1].新課程改革要求學生掌握科學方法，自主學習和探究科學，“授人以魚不如授人以漁”，因此教師也需要把顯性的科學方法教育應用到平時的物理教學中，顯性方法教育是指在進行科學方法教育時，明確指出這種科學方法的名稱，傳授有關該方法的知識，揭示方法的形式和應用過程.顯性方法教育注重在解決問題的過程中，使學生有意識地掌握科學研究的方法和策略.類比法是一種行之有效的科學方法，可以顯性的應用于高中物理教學，幫助學生構建知識體系[2].

類比法是由兩個對象具有某些相同或相似的性質，推斷它們在其他性質上也可能相同或相似的一種推理形式.為了把要表達的物理問題說清楚，往往用具體的、人們熟知的事物來類比抽象、陌生的事物.通過類比，可以使人們對研究的事物有一個直接、具體、形象的認識，找出類似的規律[3][4].因此，類比法是研究和學習物理學的一種重要方法.如何在高中物理教學中顯性的運用類比法？筆者認為可有以下途徑.

1 相近或相似的概念之間可以運用類比法

對于相近或相似的概念，學生受慣性思維方式的影響，往往很容易接受并記住相近的概念.教師在教這些相近概念的時候，可以有選擇的運用類比法.比如，在講解點電荷模型的時候，就可以由質點模型類比得到.質點是有質量的點，忽略物體的形狀和大小，而點電荷是有電荷的點，忽略帶電體的形狀和大小.通過這兩個概念相似性的類比，學生就可以較為自然的理解點電荷的模型.教師在講到電場強度這個概念的時候，學生覺得很抽象，不好理解.筆者認為可以把重力加速度和電場強度作類比，來說明電場強度.地球是有質量的物體，處在地面附近的物體會受到力的作用，這就是重力.而重力加速度能夠用來衡量重力場的強弱，其中g=G/m；帶電荷的物體會在該電荷的周圍形成電場，描述電場強弱的量是電場強度，類比得出式子是E=F/q，其中重力和電場力相對應，質量和電荷相對應.通過重力加速度概念來類比電場強度的概念，有助于學生從已有的概念出發，經過類比推理來理解較為抽象的新概念，從而降低了學習物理的難度.筆者認為教師要在課堂上詳細的給出類比推理過程，循序漸進地引導學生理解新概念，逐漸培養學生運用類比法來解決問題的能力.

2 來源于生活經驗的類比

在平時的生活和學習中，學生積累了大量而豐富的生活經驗.這些生活經驗可以幫助學生學習物理知識，通過生活經驗的類比，可以啟發學生的思維，調動學生學習物理的積極性，培養學生觀察和分析事物的能力.首先，教師從生活中易于學生理解的現象和經驗入手，通過類比法能夠較快的達到引入物理知識的目的.比如教師講電勢差概念時，可以舉瀑布的例子.如果瀑布的水流量越大，則落到底部水的動能就越大；如果瀑布的落差越大，同樣落到底部水的動能也越大.而動能是由水的重力勢能轉化而來的，我們知道瀑布的重力勢能與瀑布的水流量以及高度差有關.那么，學生通過類比重力勢能，可以嘗試著得出電勢能與電荷量和電勢差的關系.在這里，電勢差和高度差就是一組類比的相關概念，而這兩個概念的類比就能借助于生活中的實例了.其次，教師在選擇生活經驗進行類比時，應該選取來源于學生生活經驗的實例.成人的生活經驗較為豐富，見多識廣，而學生沒有這么多的生活經驗，因此，教師最好不要舉學生不熟悉的實例進行類比.比如，教師講電容C的定義式時，最好舉水桶存水的例子.水桶的存水量V(即水桶的體積)，高度h和橫截面積S，可以分別類比于電容器的電荷量Q，電勢差U和電容C.最基本的生活經驗告訴我們，如果想要使相同高度的水桶存水多，顯然水桶的“腰身”越粗，裝的水就越多.類比水桶，我們可以得出，對于某個電容器而言，在相同電勢差的條件下，電容越大，能儲存的電荷量就越大.這個水桶的例子一講，學生結合自己的切身體會，可以較容易地理解這個概念了.

3 運用物理學史上的事例顯性介紹類比法

縱觀物理學史，可以發現許多物理學家們使用了類比的科學方法，類比法在物理學的發展進程中功不可沒.比如在講庫侖定律的時候，教師就可引用物理學史上的案例來說明.富蘭克林曾經設計了空罐實驗，用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引.但把它懸掛在罐內時，不論在罐內何處，它都不受電力.當富蘭克林寫信將這一現象告之普利斯特利，后者注意到，1687年牛頓曾證明：萬有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質球殼對殼內物體應無力的作用.普利斯特利將空罐實驗與牛頓推理類比，聯想到電力也表現了這種特性，所以也應遵從平方反比定律.庫侖接受了平方反比的想法，于1785年制成了扭秤，以測定電力.庫侖通過類比，發現萬有引力定律和庫侖定律在形式上極其相似[5].

正如德國哲學家康德所說：“每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往能指引我們前進”.在歷史上物理學家運用類比法，找到了解決新問題的思路，教師從物理學史上的真實案例著手，便于說明庫侖定律發現的脈絡，為后繼的把靜電場與重力場的進一步類比打下伏筆.

4 通過類比法幫助學生記憶物理公式

高中的物理公式紛繁復雜，學生們普遍反映公式太多，記不住，不會使用.學生在做題的時候老是寫錯公式.筆者認為除了讓學生在理解的基礎上記憶公式外，也可以嘗試運用類比的方法幫助學生記住大量的公式.教師首先要對公式分類，然后找出這些公式的相似之處，運用類比法幫助學生記憶公式.

把靜電場與重力場進行類比，可歸納出具有相似形式的物理公式：

總之，在物理教學中顯性地進行類比法的教育，有助于學生理解物理概念和模型，掌握物理學的思維方法，形成嚴密的物理知識體系.

參考文獻：

[1]張憲魁.物理學方法論[M].西安：陜西人民教育出版社,1992.

[2]劉霽華.以方法為主線的物理教學[J].物理教學,2002，(8).

[3]崔曉峰，劉霽華.課堂范式與實施策略[M].南京：江蘇教育出版社,2012：6.

[4]夏艷紅.類比法在物理教學中的應用[J].山西廣播電視大學學報,2004，(2).

[5]郭奕玲,沈慧君.物理學史[M].北京：清華大學出版社,2005.