類比教學(xué)法在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：類比教學(xué)法是一種常用的教學(xué)方法，就是在兩個(gè)（或兩類）對(duì)象的某些相似相同的現(xiàn)象之間進(jìn)行對(duì)比，由對(duì)一個(gè)已知對(duì)象的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致對(duì)另一未知對(duì)象的認(rèn)識(shí)，從而建立描述后一對(duì)象的概念和理論的方法。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)研究，作者發(fā)現(xiàn)在大學(xué)物理的教學(xué)中就恰好可以應(yīng)用類比教學(xué)法，尤其是在力學(xué)和電磁學(xué)部分。本文討論了在大學(xué)物理教學(xué)中，針對(duì)一些物理概念、物理量及物理定律進(jìn)行類比，有利于學(xué)生理解、記憶從而提高教學(xué)效果；還可以不斷啟發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生逐漸掌握類比聯(lián)想的科學(xué)思維方法。

關(guān)鍵詞：類比教學(xué) 大學(xué)物理 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 電學(xué) 磁學(xué)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0124-02

“物理學(xué)”是美麗的，對(duì)稱的，很多的物理規(guī)律具有相似性，很多的物理量、物理概念 都形式相同，具有很強(qiáng)的對(duì)稱性。對(duì)于我們《大學(xué)物理》這門(mén)課而言，是屬于理工類學(xué)生要學(xué)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課。在大學(xué)一年級(jí)的第二學(xué)期開(kāi)設(shè)，由于學(xué)生對(duì)大學(xué)教學(xué)形式的不太適應(yīng)，微積分和適量積分等知識(shí)的欠缺，以及高中物理水平的參差不齊。大多數(shù)學(xué)生反映學(xué)習(xí)吃力，上課過(guò)程比較被動(dòng)，課堂效果不佳。

類比教學(xué)法[1]是一種常用的教學(xué)方法。所謂類比法，就是在兩個(gè)（或兩類）對(duì)象的某些相似相同的現(xiàn)象之間進(jìn)行對(duì)比，由對(duì)一個(gè)已知對(duì)象的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致對(duì)另一未知對(duì)象的認(rèn)識(shí)，從而建立描述后一對(duì)象的概念和理論的方法。它是以比較、對(duì)照、對(duì)比的方法為基礎(chǔ)進(jìn)行推理的，亦即通過(guò)比較，對(duì)照，對(duì)比不同對(duì)象或不同鄰域之間的某些屬性相似從而推出另一屬性必然相似。

類比教學(xué)法就是把學(xué)生不容易理解的問(wèn)題通過(guò)類比變得容易理解，把學(xué)生容易混淆的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)類比變得清晰，把學(xué)生難于記憶的知識(shí)通過(guò)類比變得容易記憶，通過(guò)比較、分析、綜合、概括、推理等思維過(guò)程和形式，把科學(xué)的客觀性、邏輯性與一些藝術(shù)手法結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)研究發(fā)現(xiàn)在大學(xué)物理的教學(xué)就恰好可以應(yīng)用類比教學(xué)法，尤其是在力學(xué)和電磁學(xué)部分。[2]

1 類比法在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[3]

1.1 基本概念的對(duì)比

由高中物理的學(xué)習(xí)，學(xué)生們已經(jīng)對(duì)質(zhì)點(diǎn)力學(xué)已經(jīng)非常熟悉了，在質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)里尤其是直線運(yùn)動(dòng)都掌握的很好，但對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)里的角量卻不熟悉。我們就可以將他們進(jìn)行類比。在中學(xué)物理中，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)主要是研究勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)于一般的直線運(yùn)動(dòng)研究的不多。而對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)主要是研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)。而大學(xué)物理中的剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)這一部分，在剛體作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，剛體上任意質(zhì)點(diǎn)所做的運(yùn)動(dòng)都是圓周運(yùn)動(dòng)。而若合外力矩一定時(shí)，即作勻變速的圓周運(yùn)動(dòng)。在對(duì)公式進(jìn)行記憶時(shí)，就可以與直線運(yùn)動(dòng)的公式進(jìn)行類比記憶。

這樣學(xué)生們就可以很清楚理解勻速和勻變速圓周運(yùn)動(dòng)了。在力學(xué)部分真正難的是剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，而這個(gè)問(wèn)題也可以用類比法來(lái)講授。

經(jīng)過(guò)對(duì)比指點(diǎn)和剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在學(xué)生的頭腦中就建立起來(lái)剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物理模型了。有了這個(gè)基礎(chǔ)，再對(duì)剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行講解，學(xué)生理解起來(lái)就會(huì)簡(jiǎn)單得多。

1.2 物理量的類比

除了物理量可以類比學(xué)習(xí)以外，還有物理定律也有相似之處，可以類比。

1.3 物理定律的類比

在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)和剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)中，有一些定律和定理也是非常類似的，以下簡(jiǎn)單的列舉了幾個(gè)。

以上是對(duì)力學(xué)部分從概念、物理量、物理定律幾方面進(jìn)行了類比舉例。學(xué)生在高中三年的物理學(xué)習(xí)，對(duì)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的物理量和定理、定律都掌握的很熟悉。通過(guò)將這些物理量的類比，使得學(xué)生更清楚也更容易記憶關(guān)于剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)里的這些物理量，它們的表達(dá)式，定義及物理意義等等。這樣既清楚易懂，又便于理解記憶。節(jié)約了教學(xué)時(shí)間，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2 類比法在電磁學(xué)部分教學(xué)中的應(yīng)用[4]

電磁學(xué)主要電學(xué)和磁學(xué)所組成，主要由靜電場(chǎng)、靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、磁介質(zhì)以及電磁感應(yīng)等幾大部分所組成。通過(guò)多年的教學(xué)，本人發(fā)現(xiàn)在靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)中存在很多的概念、物理量、定律以及一些典型的結(jié)論都存在著相似。在此，我將它們的相似的地方進(jìn)行一下類比。

2.1 概念的類比

靜電場(chǎng)是由靜電荷激發(fā)產(chǎn)生的，只要空間范圍內(nèi)有靜電荷，就會(huì)在靜電荷周圍激發(fā)出靜電場(chǎng)。而人們?yōu)榱烁有蜗蟮拿枥L靜電場(chǎng)，又人為添加了電場(chǎng)線。電場(chǎng)線的特點(diǎn)是始于正電荷止于負(fù)電荷的不相交、不相切、不中斷的不閉合曲線。對(duì)于穩(wěn)恒磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)就可以與靜電場(chǎng)相類比。穩(wěn)恒磁場(chǎng)則是由電流激發(fā)產(chǎn)生的。

電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)的根源，只要空間范圍內(nèi)有電流，就會(huì)在電流周圍激發(fā)磁場(chǎng)。同樣，人們?yōu)榱烁有蜗蟮拿枥L穩(wěn)恒磁場(chǎng)，又人為添加了磁感線。磁感線的特點(diǎn)是無(wú)頭無(wú)尾、不相交、不相切、不中斷的閉合曲線。所以，在靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)的起源以及描繪上可以進(jìn)行類比學(xué)習(xí)。

2.2 物理量的類比

當(dāng)然，在靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，存在著很多的物理量的相似，如電場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電通量與磁通量等等。對(duì)它們的學(xué)習(xí)也可以用類比法。

2.3 物理定律及典型結(jié)論的類比

除了概念和物理量以外，在靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，還存在著很多的物理定律的相似，以下簡(jiǎn)單的列舉了幾個(gè)。

當(dāng)然，在這里只是將靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的一些重要典型的物理量、公式進(jìn)行了類比，除此之外，還有很多物理量也滿足上述類比性。比如：點(diǎn)電荷的電場(chǎng)力與運(yùn)動(dòng)電荷收到的磁場(chǎng)力（即洛倫茲力）；電荷元受到的電場(chǎng)力與電流元受磁場(chǎng)的作用力（即安培力）等。

在電磁學(xué)部分除了在靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)進(jìn)行類比教學(xué)以外，對(duì)靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)以及對(duì)電荷的流動(dòng)與水的流動(dòng)也可以進(jìn)行類比。這樣，對(duì)于一些抽象的學(xué)生難以理解的概念、定律等就可以形象、簡(jiǎn)單的表述出來(lái)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在力學(xué)和電磁學(xué)部分利用類比教學(xué)法，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)大有改觀。學(xué)生通過(guò)類比法學(xué)習(xí)后，也反映記憶的內(nèi)容和所花的時(shí)間成倍的減少，起到了事半功倍的效果。當(dāng)然，在此教學(xué)過(guò)程中還需要教師由淺入深，有具體到抽象的講授，在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，不能強(qiáng)行將規(guī)律進(jìn)行填鴨式教學(xué)，否則事倍功半。類比法教學(xué)也達(dá)不到應(yīng)有的效果。

運(yùn)用類比法可啟發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生從一事物聯(lián)想到另一事物，善于開(kāi)動(dòng)腦筋，通過(guò)設(shè)想、猜想、邏輯推理、分析探索得出結(jié)論。在類比聯(lián)想過(guò)程中，學(xué)生的聯(lián)想思維、抽象邏輯思維、靈感思維和創(chuàng)造思維可得到進(jìn)一步的培養(yǎng)。實(shí)踐表明，把類比法應(yīng)用于教學(xué)，不僅可以增強(qiáng)教學(xué)效果，有效地提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，更重要的意義在于可以使學(xué)生逐漸掌握類比聯(lián)想的科學(xué)思維方法。

參考文獻(xiàn)

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