淺談類比法在大學(xué)物理課程中的應(yīng)用

張化福

【摘要】大學(xué)物理課程中的物理概念、規(guī)律等知識抽象難懂，使很多學(xué)生產(chǎn)生畏懼感，大大影響了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。利用類比法，巧妙恰當(dāng)?shù)匾肷顚嵗蛞延兄R，能使新的抽象的物理概念或復(fù)雜的規(guī)律變得具體形象，這有利于學(xué)生理解、掌握知識的同時還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 類比法 物理概念

【中圖分類號】O4-4；G652 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）26-0184-02

大學(xué)物理課程是國內(nèi)普通高等院校非物理類專業(yè)理工科大學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神等方面起著不可替代的重要作用。本人通過多年的嘗試發(fā)現(xiàn)，在大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)過程中，利用類比法巧妙恰當(dāng)?shù)匾肷顚嵗蛞延兄R，能使新的抽象的物理概念或復(fù)雜的機理變得具體形象，這有利于學(xué)生理解、掌握知識的同時還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而能有效提高教學(xué)質(zhì)量。

一、巧用類比法，有助于物理概念的理解

類比法是指把相似的兩個或多個物體對象“聯(lián)想”在一起，根據(jù)他們在某些方面的相似或相同之處推出他們在其他方面也可能相似或相同的一種邏輯推理方法。巧妙恰當(dāng)?shù)睦妙惐确?，有助于大學(xué)生對抽象物理概念的理解和掌握。

目前國內(nèi)優(yōu)秀的教學(xué)用參考書對電場的講解都太過于簡單。比如，用量最多的東南大學(xué)等七所工科院校編的《物理學(xué)（第六版）上冊》的描述為：“任何電荷在其周圍都將激發(fā)電場，電荷間的相互作用是通過電場對電荷的作用來實現(xiàn)的”。這樣的描述，學(xué)生很難理解。為此，可以通過類比法，引入學(xué)生熟悉的重力場進行講解。重力場是指地球在其周圍空間所產(chǎn)生的引力場，地球周圍的物體所受的重力作用就是通過地球的引力場實現(xiàn)的。同樣，電荷在其周圍空間也會產(chǎn)生一種引力場-電場，電荷周圍的物體所受的電場力就是通過電荷激發(fā)的電場來實現(xiàn)的。通過類比，學(xué)生理解掌握起來就容易得多。

光程差是波動光學(xué)部分的一個非常重要的概念，求出光束的光程差就能方便的討論干涉和衍射問題。光程差是指光程之差，聽起來很簡單，但應(yīng)用時多數(shù)學(xué)生容易出錯。錯誤的原因在于分不清什么是兩束光的光程差和什么是兩條路徑引起的光程差。此時，可將兩個人的身價之差和今年賺的錢之差與其作類比。今年兩個人賺的錢之差等于今年一年內(nèi)一個人賺的錢減去另外一個人賺的錢，與以前兩個人有多少財產(chǎn)沒有關(guān)系；而兩個人的身價之差除了與今年兩個人賺的錢有關(guān)之外，還與以前兩個人擁有的財產(chǎn)有關(guān)。兩條路徑引起的光程差類似于今年賺的錢之差，等于兩條路徑的光程之差；而兩束光的光程差類似于兩個人的身價之差，除了與兩條路徑引起的光程有關(guān)之外，還與之前兩束光的光程有關(guān)。這樣類比之后，抽象難懂的光程差就形象易懂了，學(xué)生的興趣得到很大提高，從而大部分學(xué)生都能較好地理解并掌握光程差這一重難點知識。

二、巧用類比法，有助于物理規(guī)律的掌握

大學(xué)生對描述物體運動的角量（如角位置、角位移、角速度、角加速度、轉(zhuǎn)動慣量、力矩、角動量、轉(zhuǎn)動定律等）是比較陌生的，而這些知識的學(xué)習(xí)所用學(xué)時并不多，因此，很多學(xué)生沒法在短時間內(nèi)掌握好。為此，可把學(xué)生熟悉的描述運動的線量（如位置矢量、位移、速度、加速度、質(zhì)量、力、動量、牛頓第二定律等）與其類比。定軸轉(zhuǎn)動時剛體的角動量等于剛體的轉(zhuǎn)動慣量與其角速度的乘積，可與質(zhì)點的動量等于質(zhì)點的質(zhì)量與其速度的乘積進行類比；定軸轉(zhuǎn)動時剛體的轉(zhuǎn)動定律-剛體所受的合外力矩等于剛體的轉(zhuǎn)動慣量與角加速度的乘積，可與質(zhì)點的牛頓第二定律-質(zhì)點所受的合外力等于質(zhì)點的質(zhì)量與加速度的乘積進行類比。

機械振動時，動能和勢能相位相反，變化趨勢相反；而波動時介質(zhì)的動能和勢能相位相同，變化趨勢相同。將振動的動能和勢能與波動的動能和勢能的變化趨勢進行類比，有助于各自規(guī)律的理解和掌握。電容器串聯(lián)時，等效電容器總電容的倒數(shù)等于各個電容器的電容的倒數(shù)之和；電容器并聯(lián)時，等效電容器的總電容等于各個電容器的電容之和。這一規(guī)律恰好與電阻串并聯(lián)的規(guī)律相反，將兩者類比有助于規(guī)律的記憶和掌握。

三、巧用類比法，有助于物理知識的遷移

電學(xué)和磁學(xué)有很多相似之處。在學(xué)完了電學(xué)之后，進行磁學(xué)知識學(xué)習(xí)時，通過類比，可實現(xiàn)知識的遷移，大大提高教學(xué)效率。例如，描述磁場的基本物理量-磁感應(yīng)強度，可與描述電場的基本物理量-電場強度進行類比；電流元激發(fā)磁場可與電荷元激發(fā)電場進行類比；電流連續(xù)分布載流體的磁感應(yīng)強度通過電流元激發(fā)磁場疊加的方法求得，可與電荷連續(xù)分布帶電體的電場通過電荷元激發(fā)電場疊加的方法求得進行類比。

恰當(dāng)?shù)睦妙惐确?，能使抽象的物理概念變得形象具體，有助于物理規(guī)律的理解和掌握，有助于物理知識的遷移，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。