類比法在大學物理教學中的應用探討

孫豐偉　高峰　曹學成

摘 要 隨著高考改革，學生可以選擇3+X的考試組合模式，鑒于物理抽象難懂，并且需要更多的數學知識，導致高考選考物理的學生人數銳減。大學物理作為一門重要的必修公共基礎課程，對于國家所倡導的通識教育和科技強國戰(zhàn)略具有重要的作用。類比法作為一種行之有效的教學方法將在幫助學生深入理解和把握抽象的物理概念及定律方面發(fā)揮獨特的作用，同時學生可以運用類比方法發(fā)現科學問題，鍛煉科研能力，培養(yǎng)科學素養(yǎng)。課堂教學中將類比法與學生思政教育有機結合，收到良好的效果。

關鍵詞 大學物理 類比法 通識教育 思政教育

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.058

Discussion on the Application of Analogy Method in College Physics Teaching

SUN Fengwei， GAO Feng， CAO Xuecheng

（College of Information Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018）

Abstract With the college entrance examination reform， students can choose the 3+X exam combination model. Given the intricacies of physical abstraction and the need for more mathematics， the number of students who choose the physics of the college entrance examination is drastically reduced. As an important compulsory public foundation course， university physics plays an important role in the general education and science and technology power strategy advocated by the state. As an effective teaching method， the analogy method will play a unique role in helping students to understand and grasp the abstract physical concepts and laws. At the same time， students can use analogy methods to discover scientific problems， exercise scientific research ability， and cultivate scientific literacy. Classroom teaching combines analogy with students' ideological and political education and receives good results.

Keywords university physics; analogy; Ideological and political education

大學物理作為重要的公共基礎課，在提高和培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)[1]和通識教育方面具有越來越積極的作用。同時，面對大學生物理基礎薄弱以及高考未選考物理的困境，為解決這一難題，需要教師在物理教學過程中將抽象枯燥的物理知識講解的淺顯易懂，引導學生將物理知識和生活中的現象以及自己的專業(yè)知識相結合并進行類比，既可以正確理解和掌握復雜抽象的物理概念、定律，也可以加深對物理現象和專業(yè)知識的理解。同時為了積極響應黨中央中央關于思政教育進課堂的指示精神，將對學生的思政教育與類比教學法進行有機結合具有非常重要的意義，可以實現教書與育人的有機結合。

1 以具體現象類比物理概念

物理概念作為物理學大廈的基石，理解和掌握好物理的基本概念是學好物理的前提。作為大學物理老師如何將抽象深奧的物理概念講解的深入淺出，讓學生可以把握概念的精髓是一門重要的基本功。對于沒有經過專門的物理科學訓練的非物理專業(yè)大學生來說，在學習物理概念的過程中會遇到很大的困難。為此，就需要物理老師在教學過程中，將物理概念的講解和學生的生活相聯(lián)系，并進行適當的類比，幫助學生真正的理解和掌握物理概念。[2]例如在講解《流體力學》中的層流和湍流的定義及特點時，可以將層流、湍流與生活中的遵守交通規(guī)則和違反交通規(guī)則進行類比（如表1所示），讓學生形成更加清晰直觀的物理圖像。

利用上述層流、湍流與交通規(guī)則的類比法教學，可以讓學生非常深刻的理解和掌握流體力學中層流、湍流的定義和特點，同時教師在課堂上還可以做進一步延伸，教育學生在日常生活中遇到類似火災、水災或者地震等突發(fā)事件需要緊急疏散人群的時候，必須要聽從統(tǒng)一指揮，按照“層流”模式依次疏散才是最安全有效的。通過類比教學，教師可以實現對學生教書育人的有機結合。通過上述類比，教師可以實現對學生教書育人的有機結合。

2 大學物理知識與專業(yè)知識的類比法教學

物理是一門基礎課程，物理概念、定律等在非物理專業(yè)中會有大量的應用。由于學生本身知識水平的限制，很難將物理知識與專業(yè)知識建立聯(lián)系，所以導致學生無法理解物理的重要性，從而降低了學生學習物理的積極性和主動性。物理知識和專業(yè)知識相當于分離的兩岸，教師就是將物理知識與專業(yè)知識建立聯(lián)系的橋梁。為了提高學生學習物理的興趣，需要教師將物理知識和學生的專業(yè)知識有機地結合起來，從學生的專業(yè)知識中選取適當的例子來對所學的物理概念、定律等進行解釋，這樣可以讓物理課程更加生動有趣、有血有肉。在液體表面性質一章的教學中，滲透壓與植物水分輸運部分講到植物氣孔蒸騰作用的物理機理，[3]蒸騰作用是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程，這部分內容是農學類學生專業(yè)基礎課上的內容。在引導學生分析氣孔蒸騰的影響因素時，可以引導學生利用二分法將影響因素分為與氣孔有關的內因和與外界環(huán)境有關的外因。在分析與氣孔有關的內因時，可以引導學生將氣孔類比成教室的門，水蒸汽分子類比成學生自己，水蒸汽從氣孔內散失到氣孔外類比成學生離開教室到達室外（如表2所示）。

通過以上的深入淺出的簡單類比，學生容易理解氣孔對植物蒸騰作用的影響，有助于掌握滲透壓與植物水分輸運教學內容。在講完該類比的例子之后，可以引導學生多利用類比法，幫助自己理解和掌握相對復雜難懂的專業(yè)知識。

3 類比教學下的學生思政教育

在講授卡諾熱機時，[4，5]可以得到卡諾熱機的熱機效率為，其中T2和T1分別代表高溫熱源和低溫熱源的熱力學溫度。在相同的高溫熱源和低溫熱源之間工作的所有熱機，卡諾熱機的熱機效率最高。此時可以提問：“如何理解在相同的熱源之間工作的熱機，以卡諾熱機的熱機效率最高？”引導學生思考熱機效率反映的是熱機中的工作物質吸收的熱量轉化為功的能力，也就是從能量的角度來研究熱機的性質。引導學生將熱機效率和學生的學習效率做類比（如表3所示）。

通過這一類比，學生可以非常簡單清晰的理解卡諾熱機的效率最高，同時可以教育學生在學習過程中向卡諾熱機學習，在課堂聽課過程中，減少各種時間浪費因素，在整個課堂學習中只跟老師和課本有交流，從而提高自己的學習效率。通過類比教學使學生深刻理解和掌握卡諾熱機的效率，同時也對學生進行了有血有肉的思政教育。

4 結論

大學物理是學生科學素養(yǎng)培養(yǎng)和通識教育的必修公共基礎課程，也是國家科技強國戰(zhàn)略的重要一環(huán)，需要教師在授課過程中將抽象復雜的物理知識通過類比法進行深入淺出的講解，以使學生準確理解和把握知識點。我們運用類比法開展課堂教學的實踐表明，學生對大學物理的理解與掌握水平明顯提高，類比法在講授復雜深奧的物理知識方面具有獨特的優(yōu)勢。同時物理作為一門與不同的學科有密切聯(lián)系的學科，可以成為思政教育進課堂這一政策的重要載體，通過將類比法與思政教育有機結合，實現教書育人的完美統(tǒng)一。

*通訊作者：曹學成

基金項目：中華農業(yè)科教基金（NKJ201802010）資助;山東農業(yè)大學教學改革研究項目（X2017119）資助

參考文獻

[1] 王文春，李雪春，鄭殊，等.在大學物理課堂教學中采用類比法教學有利于拓展學生思維[J].物理與工程，2017（27）：48-50.

[2] 章登宏，房毅，張孟.淺談物理學研究和應用中的類比方法[J].物理與工程，2009.19（5）：24-26.

[3] 董澤軍.植物蒸騰作用高速率之原因[J].中國農學通報，2010.26（21）：131-135.

[4] 曹學成，姜永超.大學物理[M].中國農業(yè)出版社，2015：92-120.

[5] A. J.Nicastro.卡諾循環(huán)的動力學模型[J].1987.1（2）：42-42.