類比法在物理教學中的功能初探

王春勝

(江蘇省懷仁中學，江蘇　無錫　214192)

類比法在物理教學中的功能初探

王春勝

(江蘇省懷仁中學，江蘇無錫214192)

摘要：新知識與學生熟知的舊知識具有某種內在的聯系.但是，新知識所處的具體情境不同，學生不善于辨別各種情景的相似性，不能分析、概括出它們的共同本質，因而學習會感到困難.在這過程中，如果將新知識與舊知識進行類比，并指導他們逐步掌握運用類比推理尋找相似性的思維方法，從而達到在傳授知識的同時，發展學生智力和培養能力的目的.

關鍵詞：物理教學；類比法；功能

所謂類比，就是根據兩種事物在某些特性上的相似，推理出它們在另一些特性上也可能相似的思維形式.類比法是物理教學、學習過程中的重要手段，是學生理解和掌握知識的重要方法，在教學中適當應用類比法，有利于引導學生辨別事物的本質特征和非本質特征[1]，類比法是理解透徹和思維升華的基礎.類比促遷移，可由已知推及未知，化抽象為具體，將復雜問題分解為簡單問題.將兩個賦有內涵和外延類似的概念和規律進行比較，從而建立新的概念，得出新的規律.

1類比法在物理概念教學中的功能

1.1新舊類比，觸類旁通

新課標教材特別重視在講授新概念時聯系舊知識，在類比中加深理解，開拓思路.在“電勢能和電勢”中，將電荷在電場中的電勢能類比成物體在重力場中的重力勢能，從而定義了電勢能的概念.“帶電粒子在電場中的運動”中，帶電粒子在勻強電場中的運動類比于物體在重力場中的平拋運動.由于學生對重力場知識了解較多，對重力勢能容易接受，再用類比法引入電勢能的概念，這樣的類比很自然，既加深了對新內容的理解，又是對已有知識的鞏固.分析它的性質和區別于重力場的特點，在新舊知識間找相似或相異的地方，異中求同或同中求異，使學生對新知識有似曾相識的親近感，深化了教學內容.學生對物理知識理解得越透徹，就越能起到舉一反三的作用.培養學生運用類比推理的方法，有助于培養學生的思維能力.類比可以促進遷移，清楚地揭示了事物本質特征的異同.這樣的類比在中學物理中還很多，例如課本中磁場知識的講解類比了電場知識；光和聲都是沿直線傳播的，有反射、折射、干涉和衍射等現象；由聲具有波動性可推出光也具有波動性等等.運用類比法，可溝通新舊知識的聯系，深化、豐富教學內容.

1.2形象類比，事半功倍

許多物理概念都是在大量現象和事實的基礎上通過科學的抽象建立起來的，在這一抽象過程中，如果適時地運用類比，將有利于學生對概念的理解[2].教師在引入電流概念之前，往往要以水流導入，從而引入產生電流的條件：導體兩端要有電勢差，就像要產生水流要有水位差一樣.通過形象類比教學，取得了很好的效果.

在人教版高中物理選修3-2第四章《電磁感應》中的洛倫茲力與動生電動勢的思考與討論中提出很有針對性的四個問題，可以說是對前面學過知識的延續.

圖1

如圖1所示，導體棒CD在勻強磁場中運動，則：

(1) 自由電荷會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力.導體中自由電荷的合運動在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體中的自由電荷是正電荷.

(2) 導體棒一直運動下去，自由電荷是否也會沿著導體棒一直運動下去？為什么？

(3) 導體棒的哪端電勢比較高？

(4) 如果用導線把C、D兩端連到磁場外的一個用電器上，導體棒中的電流是沿什么方向？

此題中的第(1) 問可以與運動的合成與分解的知識點進行形象類比(如圖2).

圖2

因此CD導體棒中的正電荷運動情況大致與玻璃管中的紅蠟塊一樣，只不過蠟塊在玻璃管中是勻速上升，而正電荷在先是加速運動最終穩定時是勻速運動，正電荷的合速度在空間就很容易畫出了.綜上所述，這樣的類比不但讓學生復習了前面所學過的知識，而且更形象地接受了新知識，增強了學生學好物理的信心.

1.3等效類比，簡化難度

關于第(2) 、(3) 、(4) 問，在教學中可等效類比磁流體發電機的知識點，導體中的正電荷隨導體棒一起以速度v運動，因此每個正電荷受到的洛倫茲力為F=evB，根據左手電則，F的方向豎直向上，在力F的作用下，正電荷沿導體棒向上運動，使導體棒上端出現過剩的正電荷，導體下端出現過剩的負電荷，結果使導體上端C的電勢高于下端D的電勢，出現由C指向D的靜電場，此電場對正電荷的作用力F1是向下的，與洛倫茲力方向相反.隨著導體兩端正、負電荷的積累，場強不斷增強，當作用在正電荷上的靜電力F1與洛倫茲力F平衡時，CD兩端就出現了穩定的電勢差，如果用另外的導線把CD兩端連接起來，由于C端電勢比D端高，正電荷在靜電力的作用下將流動，形成感應電流，電荷的流動使CD兩端積累的電荷減少，洛倫茲力又不斷使正電荷從D端運動到C端，從而在CD兩端維持一個穩定的電動勢.運用等效類比教學，既能激發興趣，又降低了難度，同時進行了科學思維和科學方法的鍛煉，這使學生遇到新的概念和問題時也能模仿等效，得出較為滿意的結果.

2類比法在物理問題求解中的功能[3]

2.1面積類比，以一敵十

物理選修3-1教材第八節做一做欄目里有這樣一個問題:現有一位同學測得I-t圖像如圖3所示，他測得的電源電動勢為8V.則

圖3

(1) 圖2中畫一個豎立的狹長矩形(在圖2的最左邊),它的面積的物理意義是什么?

(2) 怎樣根據圖2估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量?試著算一算.

(3) 根據以上數據的估算的電容是多少?

要解決上述問題,應先知道v-t圖線下所圍的面積表示位移,通過物理定義式及圖像意義進行類比，可得出此圖線所圍面積表示電荷量，問題就迎刃而解.學生們對圖線的物理意義有了深刻的認識，對P-V、F-x等一系列圖像所圍成的面積就會有新的認識，這將有助于學生思維的開發，遇到此類問題立即想到應用所圍面積的物理意義來求解.

2.2模型類比，化虛為實

虛無飄渺的東西人們不易接受，只有我們身邊實實在在的東西才容易接受.因此在物理教學中教師常常要將較難接受的抽象問題變成學生容易接受的具體的問題.

物理選修3-4相對論教學中有這樣一道題:設地球上有一觀察者測得一宇宙飛船以0.6c的速率向東飛行,一顆以0.8c的速率向西飛行的彗星，問：飛船上的人測得彗星以多大的速率向他運動?

綜上所述，類比法在教學方面確實具有嚴格的邏輯推理特點和難以取代的功效.但在使用類比方法時，要注意各種不同事物之間的差異和區別，在引進新概念、新規律時，應當進一步把它們的本質講清楚.只有這樣，才能使學生更好地理解所學習的內容，啟發學生的思維和加深對學習內容的理解，在教學及應用中起到舉一反三的好效果.

參考文獻：

[1] 王溢然等.中學物理思維方法叢書——類比[M].鄭州:河南教育出版社，1989.

[2] 杜維.類比法在高中物理教學中應用[J].高中數理化，2012，(4下).

[3] 付愛明.類比法在物理解題中的應用[J].物理教師，2011，(9).