類比法在物理教學(xué)中的功能初探

王春勝

(江蘇省懷仁中學(xué)，江蘇　無(wú)錫　214192)

類比法在物理教學(xué)中的功能初探

王春勝

(江蘇省懷仁中學(xué)，江蘇無(wú)錫214192)

摘要：新知識(shí)與學(xué)生熟知的舊知識(shí)具有某種內(nèi)在的聯(lián)系.但是，新知識(shí)所處的具體情境不同，學(xué)生不善于辨別各種情景的相似性，不能分析、概括出它們的共同本質(zhì)，因而學(xué)習(xí)會(huì)感到困難.在這過程中，如果將新知識(shí)與舊知識(shí)進(jìn)行類比，并指導(dǎo)他們逐步掌握運(yùn)用類比推理尋找相似性的思維方法，從而達(dá)到在傳授知識(shí)的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生智力和培養(yǎng)能力的目的.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；類比法；功能

所謂類比，就是根據(jù)兩種事物在某些特性上的相似，推理出它們?cè)诹硪恍┨匦陨弦部赡芟嗨频乃季S形式.類比法是物理教學(xué)、學(xué)習(xí)過程中的重要手段，是學(xué)生理解和掌握知識(shí)的重要方法，在教學(xué)中適當(dāng)應(yīng)用類比法，有利于引導(dǎo)學(xué)生辨別事物的本質(zhì)特征和非本質(zhì)特征[1]，類比法是理解透徹和思維升華的基礎(chǔ).類比促遷移，可由已知推及未知，化抽象為具體，將復(fù)雜問題分解為簡(jiǎn)單問題.將兩個(gè)賦有內(nèi)涵和外延類似的概念和規(guī)律進(jìn)行比較，從而建立新的概念，得出新的規(guī)律.

1類比法在物理概念教學(xué)中的功能

1.1新舊類比，觸類旁通

新課標(biāo)教材特別重視在講授新概念時(shí)聯(lián)系舊知識(shí)，在類比中加深理解，開拓思路.在“電勢(shì)能和電勢(shì)”中，將電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能類比成物體在重力場(chǎng)中的重力勢(shì)能，從而定義了電勢(shì)能的概念.“帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”中，帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)類比于物體在重力場(chǎng)中的平拋運(yùn)動(dòng).由于學(xué)生對(duì)重力場(chǎng)知識(shí)了解較多，對(duì)重力勢(shì)能容易接受，再用類比法引入電勢(shì)能的概念，這樣的類比很自然，既加深了對(duì)新內(nèi)容的理解，又是對(duì)已有知識(shí)的鞏固.分析它的性質(zhì)和區(qū)別于重力場(chǎng)的特點(diǎn)，在新舊知識(shí)間找相似或相異的地方，異中求同或同中求異，使學(xué)生對(duì)新知識(shí)有似曾相識(shí)的親近感，深化了教學(xué)內(nèi)容.學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解得越透徹，就越能起到舉一反三的作用.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比推理的方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力.類比可以促進(jìn)遷移，清楚地揭示了事物本質(zhì)特征的異同.這樣的類比在中學(xué)物理中還很多，例如課本中磁場(chǎng)知識(shí)的講解類比了電場(chǎng)知識(shí)；光和聲都是沿直線傳播的，有反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象；由聲具有波動(dòng)性可推出光也具有波動(dòng)性等等.運(yùn)用類比法，可溝通新舊知識(shí)的聯(lián)系，深化、豐富教學(xué)內(nèi)容.

1.2形象類比，事半功倍

許多物理概念都是在大量現(xiàn)象和事實(shí)的基礎(chǔ)上通過科學(xué)的抽象建立起來(lái)的，在這一抽象過程中，如果適時(shí)地運(yùn)用類比，將有利于學(xué)生對(duì)概念的理解[2].教師在引入電流概念之前，往往要以水流導(dǎo)入，從而引入產(chǎn)生電流的條件：導(dǎo)體兩端要有電勢(shì)差，就像要產(chǎn)生水流要有水位差一樣.通過形象類比教學(xué)，取得了很好的效果.

在人教版高中物理選修3-2第四章《電磁感應(yīng)》中的洛倫茲力與動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的思考與討論中提出很有針對(duì)性的四個(gè)問題，可以說是對(duì)前面學(xué)過知識(shí)的延續(xù).

圖1

如圖1所示，導(dǎo)體棒CD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則：

(1) 自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，并因此受到洛倫茲力.導(dǎo)體中自由電荷的合運(yùn)動(dòng)在空間大致沿什么方向？為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體中的自由電荷是正電荷.

(2) 導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否也會(huì)沿著導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去？為什么？

(3) 導(dǎo)體棒的哪端電勢(shì)比較高？

(4) 如果用導(dǎo)線把C、D兩端連到磁場(chǎng)外的一個(gè)用電器上，導(dǎo)體棒中的電流是沿什么方向？

此題中的第(1) 問可以與運(yùn)動(dòng)的合成與分解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行形象類比(如圖2).

圖2

因此CD導(dǎo)體棒中的正電荷運(yùn)動(dòng)情況大致與玻璃管中的紅蠟塊一樣，只不過蠟塊在玻璃管中是勻速上升，而正電荷在先是加速運(yùn)動(dòng)最終穩(wěn)定時(shí)是勻速運(yùn)動(dòng)，正電荷的合速度在空間就很容易畫出了.綜上所述，這樣的類比不但讓學(xué)生復(fù)習(xí)了前面所學(xué)過的知識(shí)，而且更形象地接受了新知識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好物理的信心.

1.3等效類比，簡(jiǎn)化難度

關(guān)于第(2) 、(3) 、(4) 問，在教學(xué)中可等效類比磁流體發(fā)電機(jī)的知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)體中的正電荷隨導(dǎo)體棒一起以速度v運(yùn)動(dòng)，因此每個(gè)正電荷受到的洛倫茲力為F=evB，根據(jù)左手電則，F(xiàn)的方向豎直向上，在力F的作用下，正電荷沿導(dǎo)體棒向上運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)體棒上端出現(xiàn)過剩的正電荷，導(dǎo)體下端出現(xiàn)過剩的負(fù)電荷，結(jié)果使導(dǎo)體上端C的電勢(shì)高于下端D的電勢(shì)，出現(xiàn)由C指向D的靜電場(chǎng)，此電場(chǎng)對(duì)正電荷的作用力F1是向下的，與洛倫茲力方向相反.隨著導(dǎo)體兩端正、負(fù)電荷的積累，場(chǎng)強(qiáng)不斷增強(qiáng)，當(dāng)作用在正電荷上的靜電力F1與洛倫茲力F平衡時(shí)，CD兩端就出現(xiàn)了穩(wěn)定的電勢(shì)差，如果用另外的導(dǎo)線把CD兩端連接起來(lái)，由于C端電勢(shì)比D端高，正電荷在靜電力的作用下將流動(dòng)，形成感應(yīng)電流，電荷的流動(dòng)使CD兩端積累的電荷減少，洛倫茲力又不斷使正電荷從D端運(yùn)動(dòng)到C端，從而在CD兩端維持一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì).運(yùn)用等效類比教學(xué)，既能激發(fā)興趣，又降低了難度，同時(shí)進(jìn)行了科學(xué)思維和科學(xué)方法的鍛煉，這使學(xué)生遇到新的概念和問題時(shí)也能模仿等效，得出較為滿意的結(jié)果.

2類比法在物理問題求解中的功能[3]

2.1面積類比，以一敵十

物理選修3-1教材第八節(jié)做一做欄目里有這樣一個(gè)問題:現(xiàn)有一位同學(xué)測(cè)得I-t圖像如圖3所示，他測(cè)得的電源電動(dòng)勢(shì)為8V.則

圖3

(1) 圖2中畫一個(gè)豎立的狹長(zhǎng)矩形(在圖2的最左邊),它的面積的物理意義是什么?

(2) 怎樣根據(jù)圖2估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量?試著算一算.

(3) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)的估算的電容是多少?

要解決上述問題,應(yīng)先知道v-t圖線下所圍的面積表示位移,通過物理定義式及圖像意義進(jìn)行類比，可得出此圖線所圍面積表示電荷量，問題就迎刃而解.學(xué)生們對(duì)圖線的物理意義有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)P-V、F-x等一系列圖像所圍成的面積就會(huì)有新的認(rèn)識(shí)，這將有助于學(xué)生思維的開發(fā)，遇到此類問題立即想到應(yīng)用所圍面積的物理意義來(lái)求解.

2.2模型類比，化虛為實(shí)

虛無(wú)飄渺的東西人們不易接受，只有我們身邊實(shí)實(shí)在在的東西才容易接受.因此在物理教學(xué)中教師常常要將較難接受的抽象問題變成學(xué)生容易接受的具體的問題.

物理選修3-4相對(duì)論教學(xué)中有這樣一道題:設(shè)地球上有一觀察者測(cè)得一宇宙飛船以0.6c的速率向東飛行,一顆以0.8c的速率向西飛行的彗星，問：飛船上的人測(cè)得彗星以多大的速率向他運(yùn)動(dòng)?

綜上所述，類比法在教學(xué)方面確實(shí)具有嚴(yán)格的邏輯推理特點(diǎn)和難以取代的功效.但在使用類比方法時(shí)，要注意各種不同事物之間的差異和區(qū)別，在引進(jìn)新概念、新規(guī)律時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步把它們的本質(zhì)講清楚.只有這樣，才能使學(xué)生更好地理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的思維和加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，在教學(xué)及應(yīng)用中起到舉一反三的好效果.

參考文獻(xiàn)：

[1] 王溢然等.中學(xué)物理思維方法叢書——類比[M].鄭州:河南教育出版社，1989.

[2] 杜維.類比法在高中物理教學(xué)中應(yīng)用[J].高中數(shù)理化，2012，(4下).

[3] 付愛明.類比法在物理解題中的應(yīng)用[J].物理教師，2011，(9).