劉建中

物理學(xué)發(fā)展史告訴我們：很多關(guān)鍵時刻，科學(xué)家巧妙地運用了類比推理，提出科學(xué)假說，從而獲得巨大成功?？档略f過：“每當(dāng)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?！狈ɡ诹私獾綂W斯特發(fā)現(xiàn)電流能產(chǎn)生磁場后，就委自然地進行了逆向思考和類比推理：既然磁鐵能使附近的鐵塊感應(yīng)磁化，靜止電荷可以使附近導(dǎo)體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)該使附近的線圈中感應(yīng)出電流。于是他在日記中寫下一個光輝的思想：“轉(zhuǎn)磁為電?！彼ㄟ^10年的探索、研究、實驗，終于發(fā)現(xiàn)磁場中獲得電流的方法，使電磁學(xué)得到突飛猛進的發(fā)展。麥克斯韋不僅注意到物理現(xiàn)象、定律之間以及物理現(xiàn)象、定律與其他事物之間的局部相似性，而且考慮到數(shù)學(xué)形式的類比，創(chuàng)造性地建立了電磁學(xué)方程，建立了完整的電磁場理論。

在多年的物理教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)類比法在中學(xué)物理教學(xué)中也能起到重大的作用，并對在物理教學(xué)中如何應(yīng)用類比法進行了一定的探索，歸納出利用類比法培養(yǎng)和開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的方法：

一、類比法溝通新舊知識，深化、豐富教學(xué)內(nèi)容

要開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，首先要打好扎實的基礎(chǔ)，豐富學(xué)生的知識庫存。在教學(xué)中，要特別重視在講授新概念時聯(lián)系舊知識，在新舊知識類比中加深理解，開拓思路。例如在講授電勢時，將電場和重力場進行類比，找出共同點——電場力和重力做功都與路徑無關(guān)。為此，首先引入重力勢能的概念，把一個質(zhì)量為m1的物體放在高度為h的地方，它具有重力勢能m1gh，把質(zhì)量為m2、m3……的物體放在高度為h的地方，它們分別具有重力勢能m2gh、m3gh……，其勢能值各不相同，但m1gh/m1=m2gh/m2=m3gh/m3……=gh是一個恒量，我們可以把gh叫做重力勢。其值只決定于重力場中的位置和零點的選擇，與放入重力場中的物體的質(zhì)量無關(guān)。由于學(xué)生對重力場知識了解較多，對重力勢容易接受，再用類比法引入電勢的概念，分析它的性質(zhì)和區(qū)別于重力場的特點，這就化“抽象”為“具體”，使學(xué)生對新知識有似曾相識的親近感，深化了教學(xué)內(nèi)容。這樣的類比在中學(xué)物理中還很多，如水位和電勢、電勢能和重力勢能、熱容和電容，質(zhì)量和電量、重力場中質(zhì)點的運動和勻強電場中帶電粒子的運動等。運用類比教學(xué)法，既能激發(fā)興趣，同時又進行了科學(xué)思維和科學(xué)方法的示范，學(xué)生遇到新的概念和事物也能作類比分析，并得出較為滿意的結(jié)果。

二、類比教學(xué)，建立知識網(wǎng)絡(luò)，使知識條理化

隨著物理教學(xué)的深入、學(xué)生掌握的知識逐漸形成網(wǎng)絡(luò)，這里有知識的橫向式拓寬，也有遞進式的深入，學(xué)生的知識和能力就產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，學(xué)生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展也就寓于其中了。在這過程中，類比法是揭示這些知識內(nèi)在聯(lián)系的好方法。 例如，力學(xué)中的彈簧串聯(lián)有1/K=1/K1+1/K2，靜電場中串聯(lián)電容器有1/C=1/C1+1/C2，穩(wěn)恒電路中串聯(lián)電阻有1/R=1/R1+1/R2，它們具有相同的數(shù)學(xué)形式和運算規(guī)律。通過類比，學(xué)生們對公式記得牢，使用條件清晰，運算起來也就熟練了。

這樣的類比，小的方面有形式上的類比、計算方法上的類比、不同概念和規(guī)律的類比，或者是某些性質(zhì)和實驗的類比，大的方面有規(guī)律和體系上的類比。例如平動和轉(zhuǎn)動規(guī)律的類比，電學(xué)和力學(xué)規(guī)律的類比，有的觀點和論點就是通過類比提出或發(fā)展起來的。例如我在教完電磁場后，曾引導(dǎo)學(xué)生列表比較重力場、靜電場、和磁場的情況。通過列表比較，學(xué)生找到重力場、靜電場、和磁場的相似之處，也明確了它們的區(qū)別，建立起橫向和縱向的聯(lián)系，建立起知識的網(wǎng)絡(luò)，使知識條理化，同時也提出了很多新的問題。例如重力場如何用重力線描述、重力場的勢如何描述、磁場有沒有勢？同學(xué)們考慮得更多更細更深刻了。分析歸納能力的提高，使創(chuàng)造性思維得到調(diào)動和及早的萌發(fā)。

三、通過類比，把創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)和開發(fā)引向科學(xué)的前沿

高中教材在介紹磁單極子的內(nèi)容時，就采用了類比的方法：帶電體周圍有電場；磁體周圍有磁場；同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這是它們的相似之處。但它們又不完全相似，在電現(xiàn)象里有電荷，正負(fù)電荷可以單獨存在，在磁現(xiàn)象里有沒有磁荷？磁單極子是否存在？科學(xué)研究的新課題就是這樣通過類比提出來的，提出來后再通過實驗來尋找，通過實驗來驗證。 類比法可使知識條理化，它能分清概念和規(guī)律之間的相似和差異，從而發(fā)展知識的“空缺”，指引了研究的方向。門捷列夫元素周期表就是通過分析歸納抓住各元素的質(zhì)量排列和電荷數(shù)排列，把它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)作類比，從而發(fā)現(xiàn)了“空缺”，再有目的、有方向地尋找這些“空缺”對應(yīng)的元素，并且獲得了巨大的成功。我們的中學(xué)物理最后介紹了基本粒子，現(xiàn)在基本粒子已達到幾百種，這些基本粒子是不是同一層次，什么是它們排列的主線，它們之間存在著什么規(guī)律，可以建立什么樣的模型和理論，這正是當(dāng)代科學(xué)家進攻的前沿陣地之一，這些問題的解決，類比法自然要發(fā)揮它的巨大作用