利用類比教學(xué)提升學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)

黃文輝

【摘 要】本文以例論述運(yùn)用類比法進(jìn)行物理概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題四個(gè)部分內(nèi)容教學(xué)的方法，以使學(xué)生更好地理解和掌握物理知識(shí)，并能做到舉一反三，以取得更好的學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】高中物理? 類比法? 科學(xué)素養(yǎng)

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）09B-0149-02

類比法是物理學(xué)常用的研究方法，這種方法是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的一種基本思維方法。這種思維方法與比較法有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，它不同于比較法的地方為類比法是將一種特殊對(duì)象的知識(shí)推移到另一特殊對(duì)象的思維方式。在高中物理中，主要有物理概念、物理規(guī)律、物理實(shí)驗(yàn)和物理習(xí)題類比幾種。讓學(xué)生了解類比法是一種理解高中物理中蘊(yùn)含的科學(xué)的方法，以便更好地解決遇到的物理問(wèn)題。下面就從概念類比、規(guī)律類比、實(shí)驗(yàn)類比、習(xí)題類比四個(gè)方面依次展開(kāi)論述。

一、概念類比，抓住本質(zhì)特征

物理概念是組成高中物理課程的一部分，學(xué)生理解和掌握物理概念是學(xué)好高中物理必不可少的一部分。但是從實(shí)際教學(xué)中可以看出，學(xué)生普遍反應(yīng)物理概念抽象難懂，不能深層次地理解，因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生使用類比法對(duì)物理概念進(jìn)行理解記憶。

比如，在教學(xué)選修 3-1 《電場(chǎng)強(qiáng)度》時(shí)，為了能夠讓學(xué)生更好地理解和掌握電場(chǎng)強(qiáng)度的概念，筆者采用概念類比的方法來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該部分的概念進(jìn)行掌握。因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度 E（E=F/q）是用某一點(diǎn)電荷所受的力 F 和其電荷量 q 兩個(gè)物理量相除來(lái)計(jì)算的，所以在對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的概念進(jìn)行類比教學(xué)時(shí)，筆者就采用和電場(chǎng)強(qiáng)度一樣由其他兩個(gè)物理量相除來(lái)衡量的物理量，如功（W）、速度（v）、加速度（a）等，這些物理量的共性就是由其他物理量通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算而來(lái)。筆者首先選取物理量速度（v）作為類比的對(duì)象，速度 v 是由位移 x 與所用時(shí)間 t 相除得來(lái)的，即 v=x/t;推理物理量速度的方式也同樣適用于推理電場(chǎng)強(qiáng)度（E），因此用這樣的概念進(jìn)行類比，能夠幫助學(xué)生更為直觀地理解抽象的物理概念。類比法在物理教學(xué)中還可以被應(yīng)用于一些比較抽象的物理概念，在進(jìn)行這類物理概念教學(xué)時(shí)，教師可以采用模型類比法來(lái)讓學(xué)生更為直觀地感受這類物理概念。如在教學(xué)《電荷及其守恒定律》時(shí)，為了能夠讓學(xué)生更容易地理解電子與原子的關(guān)系，筆者采用模型類比的方法來(lái)讓學(xué)生直觀地感受這一概念。筆者選取的模型為太陽(yáng)系模型，這個(gè)模型是大多數(shù)學(xué)生比較熟悉的模型，用這個(gè)模型進(jìn)行類比可以為學(xué)生呈現(xiàn)較為直觀的“情境”。在對(duì)諸如此類的概念進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師可靈活選取類比的模型，爭(zhēng)取在學(xué)生能更容易理解物理概念的基礎(chǔ)之上選取一些常見(jiàn)的模型來(lái)輔助講解。

教師使用類比法對(duì)高中物理概念進(jìn)行教學(xué)時(shí)，要根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，選取適合學(xué)情的類比方法，以幫助學(xué)生對(duì)物理概念的深刻認(rèn)識(shí)和理解。但教師在選取類比對(duì)象時(shí)，不要拘于課本，要多和生活中的自然現(xiàn)象多聯(lián)系，只有這樣才能更好地幫助學(xué)生理解物理概念。

二、規(guī)律類比，引導(dǎo)分析概括

物理規(guī)律是物理教學(xué)中的另一個(gè)比較重要的模塊，這個(gè)模塊的教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理這門(mén)課程有直接的影響，因此教師對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行教學(xué)時(shí)，應(yīng)該首先讓學(xué)生明白物理規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系，然后通過(guò)有效的類比方法來(lái)引導(dǎo)學(xué)生去熟練各個(gè)物理規(guī)律。

比如，在教學(xué) 3-1《電荷及其守恒定律》時(shí)，為了能夠幫助學(xué)生理解電荷守恒的定律，筆者采用類比法對(duì)該節(jié)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。筆者選取的類比對(duì)象為前面所學(xué)過(guò)的能量守恒定律。在講解能量守恒定律時(shí)講到，能量是不會(huì)憑空產(chǎn)生的，也不會(huì)憑空消失，能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在能量轉(zhuǎn)移或者轉(zhuǎn)化的總過(guò)程中，它的總量是保持不變的。能量守恒定律是學(xué)生熟悉的一個(gè)概念，用它來(lái)類比電荷守恒定律是最合適的。在類比時(shí)可以依照能量守恒定律給出電荷守恒的定律，即電荷不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。同樣地，可以依照能量守恒定律知道，電荷在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是不會(huì)減少或者增多的，即其總量是保持不變的，這樣用能量守恒定律幫助學(xué)生直觀地理解電荷守恒定律。又如，在教學(xué)后面的物理規(guī)律“安培定則”時(shí)，筆者同樣采用類比法進(jìn)行這一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。筆者選取的類比知識(shí)點(diǎn)為“左手定則”，選取這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)是因?yàn)樗鼈兒汀鞍才喽▌t”有相同的判定方法，用這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行類比教學(xué)，能較好地幫助學(xué)生有效地區(qū)分這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，同時(shí)加深對(duì)這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。

高中物理中的物理規(guī)律大都是由不同的物理概念通過(guò)一些關(guān)系表達(dá)出來(lái)的，因此教師在對(duì)高中物理規(guī)律教學(xué)時(shí)，要靈活運(yùn)用各種有效的教學(xué)方法，利用各種有效的教學(xué)資源，使學(xué)生能夠輕松地理解物理規(guī)律，提升高中物理的教學(xué)效率。

三、實(shí)驗(yàn)類比，嘗試假設(shè)探究

物理實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證物理規(guī)律的重要途徑，因此在高中物理教學(xué)中一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有足夠的重視。物理教師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí)也要講究方法，盡量避免采用過(guò)時(shí)的教學(xué)方法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

比如，在教學(xué)《探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式》時(shí)，為了能夠讓學(xué)生更容易地探究與彈性勢(shì)能相關(guān)的因素，以及彈性勢(shì)能的表達(dá)式。筆者采用類比的方法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。筆者選取的類比對(duì)象是前面學(xué)過(guò)的“探究重力勢(shì)能表達(dá)式”，因?yàn)橹亓?shì)能（E_G）與彈性勢(shì)能（E_p）有相類似的地方，即他們都是勢(shì)能，與所選用的實(shí)驗(yàn)器材沒(méi)有關(guān)系，所以將“重力勢(shì)能”作為類比對(duì)象是非常合適的。通過(guò)重力勢(shì)能的探究發(fā)現(xiàn)，重力勢(shì)能 E_G 與高度 h 有關(guān)（E_G=mgh），因此在對(duì)彈性勢(shì)能進(jìn)行探究時(shí)可以針對(duì)重力勢(shì)能的特性做出大膽的猜想，即“彈性勢(shì)能是不是也與距離有關(guān)系？”在此假設(shè)之上，學(xué)生就可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模心繕?biāo)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究就會(huì)發(fā)現(xiàn)，彈性勢(shì)能確實(shí)與距離有關(guān)，即與彈簧的伸長(zhǎng)量有關(guān)，這樣就基本確定了與彈性勢(shì)能有關(guān)的因素了。可見(jiàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)用類比的方法可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)更為明確，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的也更為清楚，對(duì)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程有非常大的幫助。

教師在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用類比法時(shí)應(yīng)該靈活地運(yùn)用各種信息，如可以利用相似知識(shí)的圖像、關(guān)系式的推導(dǎo)等信息。這樣的信息可以對(duì)學(xué)生探究的實(shí)驗(yàn)起到啟迪的作用，極大提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的效率。

四、習(xí)題類比，強(qiáng)化應(yīng)用能力

物理習(xí)題是學(xué)生接觸較多的一部分，學(xué)生也是通過(guò)物理習(xí)題來(lái)加強(qiáng)高中物理學(xué)習(xí)的。物理習(xí)題同樣也是連接物理概念和物理規(guī)律的橋梁，因此教師在教學(xué)這一部分時(shí)，應(yīng)該選擇合適的教學(xué)方法進(jìn)行高效的習(xí)題教學(xué)。

如，在教學(xué)《帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)》時(shí)，為了能夠幫助學(xué)生攻克“帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)”這一難題，筆者在對(duì)該部分習(xí)題教學(xué)時(shí)選取類比的方法進(jìn)行教學(xué)。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題大都是將一粒子給予一水平速度 v₀ 進(jìn)入磁場(chǎng)，求該粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。這類問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，但是里面有很多的干擾因素，如果在解題的過(guò)程中能夠避開(kāi)那些干擾因素，那么就能夠很容易地解決此類問(wèn)題。筆者選取前面學(xué)過(guò)的“平拋運(yùn)動(dòng)”的知識(shí)作為類比對(duì)象。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡相類似，所以可以用平拋運(yùn)動(dòng)的公式 v_x=v₀，v_y=gt 求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中不同方向的速度，用平拋運(yùn)動(dòng)的距離公式 x=v₀t，y=1/2gt² 求出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。另外，在習(xí)題教學(xué)中使用類比的方法可以幫助學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行建模，幫助學(xué)生找到解決問(wèn)題的突破口。

在物理習(xí)題教學(xué)時(shí)采用類比法，可以讓學(xué)生在深層次理解物理習(xí)題的基礎(chǔ)上加深對(duì)類比法的認(rèn)識(shí)，從而在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)會(huì)運(yùn)用這種科學(xué)的思維方法。

綜上所述，類比法可以運(yùn)用于高中物理教學(xué)的每一個(gè)部分，并能取得較好的教學(xué)效果，使學(xué)生學(xué)會(huì)好的思維方式，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。

【參考文獻(xiàn)】

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