類比法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：授人魚，不如授人以漁，科學(xué)方法教育遠(yuǎn)比傳授科學(xué)知識(shí)重要.本文以類比法為例，探討類比法在初中物理概念教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和解題過(guò)程中的應(yīng)用，充分說(shuō)明類比法作為一種科學(xué)方法在初中物理教學(xué)中起到的效果，以期在初中物理教學(xué)中更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí).

關(guān)鍵詞：類比法；初中物理；應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：曾新基（1977-），男，廣東，碩士，中學(xué)物理一級(jí)教師，研究方向物理教學(xué).

1 前言

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》將過(guò)去的一維目標(biāo)改成現(xiàn)在的知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三維目標(biāo)，從中可以看出新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)程與方法的重視程度.因此，改變教學(xué)理念，進(jìn)行“科學(xué)方法教育”是在新教改中必須重視的一個(gè)方面.諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，俄國(guó)的巴甫洛夫認(rèn)為：“重要的是科學(xué)方法，科學(xué)是思想的總結(jié)，認(rèn)識(shí)一個(gè)科學(xué)家的方法遠(yuǎn)比認(rèn)識(shí)他的成果價(jià)值要大.[1]”為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，幫助學(xué)生提高物理素養(yǎng)，在初中物理教學(xué)中教師必須要加強(qiáng)科學(xué)方法的培養(yǎng).怎樣去培養(yǎng)呢？我們?cè)谕瓿蓚魇谥R(shí)的同時(shí)，如果有意識(shí)、有目的地進(jìn)行科學(xué)方法教育和指導(dǎo)，就會(huì)有利于促進(jìn)學(xué)生智能的發(fā)展，培養(yǎng)其科學(xué)的態(tài)度，以及探索物理奧秘的精神.

在所有科學(xué)方法中，“類比法”在初中物理教學(xué)中有著重要的意義：利用“類比”可以幫助學(xué)生把感到陌生的問(wèn)題與自己熟悉的事物進(jìn)行比較，從而找出它們的相似或相近之處，達(dá)到認(rèn)識(shí)事物的規(guī)律.而運(yùn)用類比的方法進(jìn)行初中物理教學(xué)，能以舊帶新，可以引導(dǎo)學(xué)生的思維從形象提升到抽象，幫助學(xué)生有效地把握物理知識(shí)、發(fā)展智力、培養(yǎng)能力.本文以類比法為例，談?wù)効茖W(xué)方法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用.

2 類比法的概念

類比法是人類思維活動(dòng)中一種特有的方法， 在認(rèn)識(shí)客觀事物的思維活動(dòng)中，在探索新的事物發(fā)展規(guī)律，建立事物之間的聯(lián)系過(guò)程中，發(fā)揮著極其特殊的作用， 它的創(chuàng)造性是歸納法、演繹法所無(wú)法比擬的，因而是古今中外的科學(xué)家最常用的一種思維方法.[2]由這種方法所得出的結(jié)論，雖然不一定可靠、可信，但在邏輯思維中卻富有創(chuàng)造性.如：庫(kù)侖定律中把靜電相互作用力與萬(wàn)有引力進(jìn)行類比；盧瑟福將原子結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)系進(jìn)行類比；薛定諤將物質(zhì)波與機(jī)械波進(jìn)行類比……等等，這些由類比而使物理學(xué)獲得重大突破的例子不勝枚舉.德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒曾說(shuō)過(guò)：“我珍視類比勝于任何別的東西，它是我最可信賴的老師，它能揭示自然的秘密.”

通過(guò)類比，可以從已知的熟悉的對(duì)象所具有的某種性質(zhì)，推出未知的生疏的對(duì)象應(yīng)具有的相似性質(zhì)，起到由此及彼、既把握了對(duì)象的共性又有所鑒別的作用，從而在不同知識(shí)領(lǐng)域之間實(shí)現(xiàn)知識(shí)的過(guò)渡，溝通知識(shí)間的橫向聯(lián)系，具有提供解決問(wèn)題的線索、觸類旁通、舉一反三等啟迪思維的作用.因此類比法是一種非常有效的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法.

3 類比法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 在概念教學(xué)中的應(yīng)用

概念，尤其是基本概念的學(xué)習(xí)至關(guān)重要， 學(xué)生也感到最難學(xué)，因?yàn)樗鼈兌际菍?duì)自然現(xiàn)象的概括和間接的反映.而類比則能為教師提供一種有效的概念教學(xué)策略.因?yàn)橥ㄟ^(guò)類比，能使學(xué)生在已知基礎(chǔ)上由熟悉到陌生、由淺入深、由直觀到抽象地進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí).即有聯(lián)系地掌握概念，而不是死記硬背.

如：電流的形成、電壓的作用通過(guò)以熟悉的水流的形成，水壓使水管中形成了水流進(jìn)行類比，從而得出電壓是形成電流的原因的結(jié)論.學(xué)生在學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí)，在老師的引導(dǎo)下，聯(lián)想到：水壓迫使水沿著一定的方向流動(dòng)，使水管中形成了水流；類似的，電壓迫使自由電荷做定向移動(dòng)使電路中形成了電流.抽水機(jī)是提供水壓的裝置；類似的，電源是提供電壓的裝置.水流通過(guò)渦輪時(shí)，消耗水能轉(zhuǎn)化為渦輪的動(dòng)能；類似的，電流通過(guò)電燈時(shí)，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

又如：影響電阻大小的因素是材料、長(zhǎng)度和橫截面積.可以用水在管道中流動(dòng)時(shí)阻力大小來(lái)類比.首先是材料，不同材料制成的管道，如竹管、塑料管、鐵管、PVC管、橡皮管等等，水流受到的阻力不同；類似于不同材料的電阻不同.其次是長(zhǎng)度，管道越長(zhǎng)，阻力越大，水越難通過(guò)；類似于導(dǎo)體的長(zhǎng)度越長(zhǎng)電阻越大.最后是橫截面積，管道直徑越大，水流越容易通過(guò)，說(shuō)明水流的阻力越??；類似于導(dǎo)體的橫截面積越大電阻越小.

再如：學(xué)習(xí)功率時(shí)可以通過(guò)類比速度來(lái)理解，速度是表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量；功率是表示做功快慢的物理量.速度等于路程和時(shí)間的比值；功率等于功和完成這些功所用的時(shí)間的比值.速度的大小由運(yùn)動(dòng)的物體來(lái)決定，與路程、時(shí)間無(wú)關(guān)，數(shù)值上等于路程與時(shí)間的比值；功率的大小由做功的物體來(lái)決定，與做功多少、時(shí)間無(wú)關(guān)，數(shù)值上等于所做的功與時(shí)間的比值.

從以上實(shí)例中，我們可以得知：在初中物理教學(xué)中，一些概念或規(guī)律的教學(xué)均可采用類比法，即與已掌握的知識(shí)或者與生活中的常識(shí)進(jìn)行類比的方法.采用這種方法進(jìn)行新課教學(xué)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)實(shí)踐中取得很好的效果.

3.2 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

類比法是否有效，關(guān)鍵要看其是否能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的理解.類比法教學(xué)是通過(guò)已知認(rèn)識(shí)未知， 因而類比的有效性取決于本體（所學(xué)知識(shí)）與喻體（已有知識(shí)）、喻體與學(xué)生之間的關(guān)系.根據(jù)有意義學(xué)習(xí)理論和激活理論， 本體與喻體相似程度越大，有意義學(xué)習(xí)的可能性越高；喻體越為學(xué)生所熟悉，就越容易被激活.[3]同時(shí)遷移理論表明： 本體與喻體相似程度越大，遷移越容易發(fā)生；相似特征越多，遷移量越大.[4]所以在我們學(xué)習(xí)一些十分抽象的，看不見(jiàn)、摸不著的物理量時(shí)，可以拿出一個(gè)大家容易理解、生活中常見(jiàn)的、與之很相似的量來(lái)進(jìn)行類比學(xué)習(xí).

如：在“探究分子間的作用力”實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以用彈簧作類比：壓縮彈簧時(shí)，彈簧兩端受到斥力的作用；類似于壓縮物體，使分子間的距離較小時(shí)，分子間表現(xiàn)為斥力.將彈簧拉開(kāi)一定的距離，彈簧兩端受到引力的作用；類似于當(dāng)分子間的距離大于某一距離γ0時(shí)，分子間表現(xiàn)為引力的作用.將彈簧拉得太開(kāi)，無(wú)法恢復(fù)時(shí)，彈簧兩端既不受引力也不受斥力；類似于分子間的距離太大，大于分子直徑的10倍時(shí)，分子間既不存在引力也不存在斥力.學(xué)生對(duì)微觀的分子的理解，需要較強(qiáng)的想象力和抽象能力，但通過(guò)與彈簧作類比，便大大減輕了學(xué)生的壓力.

又如：在“探究物質(zhì)的比熱容”實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于課本中的兩種結(jié)論經(jīng)常搞混，不易理解.這里可以將比熱容與酒量作類比，比熱容表示物體的吸熱能力；酒量代表一個(gè)人的喝酒能力.吸收的熱量與所喝的酒進(jìn)行類比；升高的溫度與人喝醉的程度進(jìn)行類比.從而可以舉例：大家都喝到醉，甲所喝的酒較多，甲的酒量較大；類似于升高相同的溫度時(shí)，水加熱時(shí)間較長(zhǎng)，水的比熱容較大.大家都喝了一樣多的酒，乙已經(jīng)醉了，乙的酒量較?。活愃朴谠谖障嗤瑹崃繒r(shí)，沙子升高的溫度較高，沙子的比熱容較小.

再如：探究“聲波”時(shí)可與水波類比.探究“物質(zhì)的三種狀態(tài)”時(shí)，可以把學(xué)生比作分子：固態(tài)物質(zhì)的分子就如同正在上課中的學(xué)生，相對(duì)比較穩(wěn)定；液體物質(zhì)的分子如同課間活動(dòng)中的學(xué)生，可以在一定范圍內(nèi)自由活動(dòng)；氣態(tài)物質(zhì)的分子如同放學(xué)后的學(xué)生，可以自由活動(dòng).

從以上實(shí)例中，可以得知：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果遇到一些概念比較抽象，結(jié)論容易混淆的情況時(shí)，教師可以采用類比法，利用生活中的經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生將抽象的概念和具體的事例聯(lián)系起來(lái)，從而達(dá)到理解抽象概念的目的，正確的記住、理解實(shí)驗(yàn)結(jié)論.所以， 平時(shí)教學(xué)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究本體和學(xué)生， 積累并選擇形象、具體、為學(xué)生所熟知并與所教知識(shí)有較多相似點(diǎn)的喻體.

3.3 在解題過(guò)程中的應(yīng)用

解題，就是解決物理問(wèn)題，是物理方法和知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程.它是實(shí)現(xiàn)知識(shí)“遷移”的重要一環(huán)，是物理教學(xué)的重要組成部分.應(yīng)用類比法解題，其根據(jù)是物理原型的特征.教學(xué)中，通過(guò)分析問(wèn)題的特征，把它與已知的物理原型進(jìn)行類比，從而找到方法，解出習(xí)題.

如：“某同學(xué)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)裝置圖（如圖1），下列操作中，不能在導(dǎo)體ab中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（ ）

A.閉合開(kāi)關(guān)，導(dǎo)體ab豎直向上運(yùn)動(dòng)

B.閉合開(kāi)關(guān)，導(dǎo)體ab水平向左運(yùn)動(dòng)

C.閉合開(kāi)關(guān)，U形磁鐵水平向右運(yùn)動(dòng)

D.閉合開(kāi)關(guān)，導(dǎo)體ab斜向上運(yùn)動(dòng)”

在學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”時(shí)，由于學(xué)生的空間想象能力不強(qiáng)，對(duì)導(dǎo)體是否做切割磁感線運(yùn)動(dòng)感到難以判斷.教學(xué)中若能把磁感線與一根根拉緊的棉線相類比，導(dǎo)體類比于一把刀，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于刀子在棉線中運(yùn)動(dòng)，只要刀子在運(yùn)動(dòng)中能切斷棉線，導(dǎo)體就在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，這樣學(xué)生就容易理解和掌握了，對(duì)上面的題目也就迎刃而解了.

又如圖2：“向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)將（變大、變小、不變）.”

再如圖3：“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中：把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開(kāi)關(guān)后，下一步的操作是：向（左、右）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，保持電壓表示數(shù)不變.”

兩題都不容易理解，若按照動(dòng)態(tài)電路、歐姆定律等來(lái)推導(dǎo)，學(xué)生還沒(méi)聽(tīng)完就已經(jīng)暈了一大半了，怎么辦呢？這里可以根據(jù)串聯(lián)分壓的思想來(lái)作類比，把總電壓比做總家產(chǎn)，把電阻的大小比作武力值，武力越大，分到的家產(chǎn)就越多；類似于電阻越大，分到的電壓越多.將定值電阻換成10Ω后，所分到的電壓會(huì)變大，而此實(shí)驗(yàn)要求電壓表示數(shù)不變，所以R′ 也要變大，才夠武力把原來(lái)屬于自己的家產(chǎn)搶回來(lái)，使定值電阻分到的家產(chǎn)保持不變，所以R′ 要向右調(diào)，才能保持電壓表的示數(shù)不變.

從以上實(shí)例中，我們可以得知：許多形式不同的物理習(xí)題具有相同或相似的特征，只要理解、掌握了一個(gè)問(wèn)題的特征和解法，應(yīng)用類比，這類問(wèn)題就迎刃而解了.從某中意義上講，這是把學(xué)生從題海戰(zhàn)術(shù)中解放出來(lái)的有效方法.

4 結(jié)語(yǔ)

正如康德所說(shuō)：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往能指引我們前進(jìn)[5].在物理教學(xué)中運(yùn)用類比方法可以引導(dǎo)學(xué)生自己獲取知識(shí)，同時(shí)，又可以激發(fā)學(xué)生聯(lián)想，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生自覺(jué)積極的活動(dòng)，有利于發(fā)展學(xué)生的思維能力.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)中起到舉一反三的好效果.但是，類比法本身也是一種科學(xué)猜測(cè)，具有局限性，它不能取代理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，一旦類比不恰當(dāng)會(huì)使人誤入迷途或者導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論.同時(shí)，類比法也是一種邏輯推理方法，邏輯推理的結(jié)論都離不開(kāi)實(shí)踐的檢驗(yàn).實(shí)踐才是檢驗(yàn)類比結(jié)論真實(shí)與否的最終標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).

參考文獻(xiàn)：

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[3]徐學(xué)福 .論類比教學(xué)模式[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，第34卷第二期第27頁(yè)，1998（6）.

[4]徐學(xué)福 .論類比教學(xué)模式[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)，第34卷第二期第28頁(yè)，1998（6）.

[5]康德（德）.宇宙發(fā)展史概論[M].上海外國(guó)自然科學(xué)哲學(xué)著作編譯組譯.上海：上海人民出版社，1972：147.