類比推理在物理概念教學中的應用

錢榮根

摘 要：類比推理把抽象的知識形象化，把復雜的問題簡單化，使學生利用已掌握的知識去建立和理解新概念。根據教學主線，采用把重力場、靜電場的相同或相似特征左右呈現的方式，非常形象、直觀地引導學生得出兩場中概念的相似性。

關鍵詞：類比物理; 概念教學

中圖分類號：G633.7? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2019）11-015-001

康德說：“每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往指引我們前進。”邏輯學的傳統看法認為，類比推理是根據兩個或兩類對象在某些方面是相同或相似的，推出它們在其他方面相同或相似的一種推理方法。對象間的相同或相似點越多，兩者關聯度就越高，結論也就可能越可靠。

物理概念是物理基礎知識的重要組成部分，是學生學習物理的基礎和臺階，常被人們稱為物理學的精髓。在某種程度上，物理概念是構成物理規律、建立物理公式和完善物理理論的基本要素。如果把物理概念看成是中學物理的基本“元素”“基石”，那么物理規律就是中學物理殿堂的“支柱”。物理概念的抽象性及高中生認知結構中的一些缺陷，構成了學生學習物理概念的障礙。所以，使學生弄清概念、掌握規律，明晰概念、規律的來龍去脈，是一個十分復雜的過程。

奧斯特發現“電生磁”，法拉第等一批科學家就繼續找尋“磁生電”;光既有粒子性又有波動性，德布羅意推斷實物粒子也具有粒子性和波動性;盧瑟福借助于原子核與電子、太陽與行星在某些地方的相似進行類比，提出原子結構的行星模型。不僅物理學家喜歡用類比的方法，我們的物理教材也用形象的抽水機類比抽象的電源，用宏觀的彈簧彈性勢能類比微觀的分子勢能，用學生學習過的重力勢能來類比新學的電勢能等。類比可以喚起學生已有的知識或經驗表象，對將要學習的知識提供一個相近的表象，實現知識的遷移。中學物理中采用類比教學來突破重點難點，希望解決物理難學、物理難教的問題。下面我結合《電勢能與電勢》的課堂教學談一談類比法在中學物理概念教學中的應用。

1.教材分析

人民教育出版社教材突出科學思想，滲透“功是能量轉換的量度”：師生分析了靜電力做的功之后馬上就會自然地得到電勢能的概念，隨后，由于電勢能與檢驗電荷成正比，于是又得到了電勢和電勢差。編者考慮對于現代的高中學生，能量已經是熟知的概念，電勢和電勢差則相對抽象，先學電勢能再學電勢差也符合從具體到抽象的原則。電勢能作為能量家族的新成員，不僅豐富了對能量概念的認識，而且為電現象與其他現象之間的聯系提供了溝通的渠道。后面講到的非靜電力對電荷做功與電勢能的轉化就是一例。

2.學情分析

對中學生來說，建立電勢能和電勢的概念是一個比較困難的過程。雖然采用了將電場力做功、電勢能分別跟重力做功、重力勢能進行類比，讓學生在一定程度上能理解電場力做功的特點與建立電勢能概念，但由于學習重力勢能時沒有學習與電勢相對應的物理量，如“重力勢”，所以在進行“電勢”教學時還需要將它和“電場強度”進行類比。

3.類比教學片段

教學片段一：電場力做功與電勢能變化關系

筆者選擇問題情境導入：試探電荷+q在電場強度為E的勻強電場中沿不同路徑從A點移動到B點，分別計算幾種情況下電場力做的功。（1）沿直線AB。（2）沿折線AMB。（3）沿任意曲線AMB。

通過做功的計算，發現電場力和重力做功相似，與路徑無關。接下來進行類比教學，電場力做功與電勢能關系。

運用類比方法教學，以舊帶新，能引導學生的思維從形象提高到抽象，把陌生的、未知的物理對象和熟悉的、已知的物理對象進行對比。

教學片段二：電勢能的相對性

通過利用知識的類比和遷移，把抽象的知識形象化，把復雜的問題簡單化，使學生利用已掌握的知識去建立和理解新概念;同時，通過體驗類比的思維過程，較好地培養了學生的邏輯思維能力;最后，激發學生學習興趣，培養學生靈活運用知識的能力和對科學的求知欲望。