多元類比在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

喻莉 劉洋 周本元 劉鵬程 程龍

(空軍預(yù)警學(xué)院基礎(chǔ)部 湖北 武漢 430019)

類比是通過聯(lián)想，將未知的事物與熟悉事物進(jìn)行比較，從它們的相似點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)已知事物的性質(zhì)來推斷或假設(shè)未知事物的性質(zhì)[1,2].2 000多年前，圣人孔子就提出了類比思想的重要性，“溫故而知新”就是對類比的最好闡釋.而在近代，偉大的物理學(xué)家愛因斯坦也曾經(jīng)說過，“在物理學(xué)上往往因?yàn)榭闯隽吮砻嫔匣ゲ幌嚓P(guān)的現(xiàn)象之間相互一致之點(diǎn)而加以類比，結(jié)果竟得到很重要的進(jìn)展”.類比的方法在各門學(xué)科教學(xué)中都起到了非常重要的作用[3,4].大學(xué)物理作為理工科院校的公共基礎(chǔ)課程，涉及的很多物理概念和理論都很抽象，采用類比的教學(xué)方法，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對未知事物的認(rèn)識與理解，同時還可以提高學(xué)生獨(dú)立獲得新知識的能力，是授人以漁的過程.目前，大多數(shù)類比教學(xué)采用的都是與生活現(xiàn)象和已學(xué)的知識進(jìn)行類比[1,5].

本文考慮到對學(xué)生傳統(tǒng)文化的滲透和專業(yè)理論的銜接，筆者結(jié)合我院學(xué)生的專業(yè)特征，除生活類比和知識類比之外，還探討了文化類比和軍事類比.多角度拓展學(xué)生的思維，突破知識難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生能力水平.

1 生活類比

2 知識類比

物理學(xué)研究的范圍非常的廣泛，很多知識之間都存在相似之處.以往的知識類比主要考慮的是數(shù)學(xué)形式和物理意義的相似[2,3,6],但實(shí)際上，新舊知識間的相似還包括很多方面，比如物理方法的相似，知識模塊結(jié)構(gòu)的相似等.

表1分別列舉了相關(guān)實(shí)例.

表1 新知識與已學(xué)知識的類比

人們在研究物質(zhì)世界的過程中形成了大量的有效方法，比如類比法、理想模型法、理想實(shí)驗(yàn)法、分類法、對稱法等.教學(xué)中可以從新理論探究過程中所用到的方法出發(fā)，來尋找已學(xué)的類比對象.物理方法的類比有很多，比如，在引入點(diǎn)電荷的概念時，我們是從解決問題抓主要矛盾的角度出發(fā)，構(gòu)建了一個極端的理想化模型.而這一方法實(shí)際上在力學(xué)和氣體動理論中就已經(jīng)接觸過了，所以教學(xué)時可以直接將點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)、理想氣體等概念來進(jìn)行類比.采用物理方法的類比教學(xué)，不僅可以讓學(xué)生理解起來更容易，同時還可以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對此物理方法的掌握.

物理學(xué)中有些不同的知識模塊，從物理概念的提出，到物理現(xiàn)象的描述，再到物理規(guī)律的分析都非常的類似.最典型的就是剛體定軸轉(zhuǎn)動和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)這兩個模塊，以及穩(wěn)恒磁場和靜電場這兩個模塊[3,6].比如穩(wěn)恒磁場的研究思路就與靜電場非常類似：場的描述(引入電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電場線和磁場線)—場的性質(zhì)(電場和磁場的高斯定理、安培環(huán)路定理)—場對介質(zhì)的作用(電場中的電介質(zhì)和磁場中的磁介質(zhì))—場的能量(電場能量和磁場能量).學(xué)習(xí)穩(wěn)恒磁場時可以整體類比靜電場，從而幫助學(xué)生厘清研究思路和各知識點(diǎn)間的相互聯(lián)系，了解每個知識點(diǎn)在整章中的地位和作用，使零散知識系統(tǒng)化.

3 文化類比

習(xí)主席在2016年全國高校思想政治教育大會上指出，要將思想政治教育貫穿于教學(xué)全過程.從物理學(xué)中所蘊(yùn)含的人文知識出發(fā)，我們可以設(shè)計(jì)物理概念、理論與學(xué)生熟知的寓言故事、成語、古詩詞等進(jìn)行類比，從而加強(qiáng)物理知識的理解，增強(qiáng)傳統(tǒng)文化的滲透，提升學(xué)生的民族自信.比如，在講解光的本質(zhì)時，學(xué)生很難理解為什么粒子性和波動性這兩個看似矛盾的對立體會統(tǒng)一在一起，這時我們可以引入宋代詩人蘇軾的詩詞“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同”.從不同的角度看廬山時，會看到廬山不同的外形，這一點(diǎn)非常直觀形象，學(xué)生很容易理解.在此基礎(chǔ)上，通過類比讓學(xué)生體會到，其實(shí)在不同的情況下光也會表現(xiàn)出不同的特性.雖然每次我們只能看到體現(xiàn)一種特性的現(xiàn)象，比如體現(xiàn)波動性的干涉現(xiàn)象和體現(xiàn)粒子性的光電效應(yīng)現(xiàn)象，但光卻是既具有波動性又具有粒子性.表2為物理知識與傳統(tǒng)文化進(jìn)行類比的相關(guān)實(shí)例.將物理知識與傳統(tǒng)文化通過類比進(jìn)行融合，讓學(xué)生感受中華民族傳統(tǒng)文化的博大精深.

表2 物理與傳統(tǒng)文化的類比

4 軍事類比

表3為物理知識與相關(guān)軍事類比的具體實(shí)例.軍事類比是從軍隊(duì)院校教學(xué)對象的特點(diǎn)出發(fā)而設(shè)計(jì)的，對于其他理工科專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)，則可合理地設(shè)計(jì)與其他相關(guān)的專業(yè)類比.通過專業(yè)類比既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對物理知識的理解，又能在一定程度上提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng).

5 結(jié)束語

本文從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象的特征出發(fā)，挖掘了4種具體的類比教學(xué)方法，加強(qiáng)了學(xué)生對新知識的理解和掌握.其中文化類比有助于加強(qiáng)學(xué)生對傳統(tǒng)文化的熏陶，而軍事類比則有助于較好地實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)課程與專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識的銜接，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng).在教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生從多角度展開聯(lián)想，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，讓學(xué)生掌握如何在已有知識的基礎(chǔ)上通過類比去學(xué)習(xí)新的知識，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐勢必會產(chǎn)生積極的影響.只要用心，相信一定還可以找到更多恰當(dāng)?shù)念惐葘?shí)例，總結(jié)更多切實(shí)可行的類比方法，從而助力抽象物理概念與理論的教學(xué)，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的全面提升.

表3 物理與軍事的類比