江蘇省常熟市周行學(xué)校 周雪夏

中學(xué)物理教學(xué)中的類比

江蘇省常熟市周行學(xué)校 周雪夏

類比是一種科學(xué)的思維方法。在中學(xué)物理教學(xué)中，合理地應(yīng)用類比講解物理現(xiàn)象、模型、概念、規(guī)律、習(xí)題等，不僅可以把抽象的新知識(shí)納入已有的知識(shí)系統(tǒng)中來(lái)，化抽象為形象、化難為易、化繁為簡(jiǎn)，同時(shí)又可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想，具有啟發(fā)思路、舉一反三、觸類旁通的作用，所以不失為一種促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)“遷移”、提高學(xué)生素質(zhì)的有效方法。

類比 物理分析 比較形象

類比是選擇兩個(gè)對(duì)象，對(duì)它們的某些相同或相似性進(jìn)行考查比較。類比法是富有創(chuàng)造性的創(chuàng)意技法，歷史上，許多重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明都是運(yùn)用類比創(chuàng)意技法的結(jié)果。

最初牛頓提出光的微粒說(shuō)，是因?yàn)榭吹焦獾姆瓷洮F(xiàn)象與彈性小球撞到硬壁被反射回來(lái)的現(xiàn)象相似；惠更斯提出的光的波動(dòng)說(shuō)，則是因?yàn)榭吹焦鈴囊环N介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)中發(fā)生折射的現(xiàn)象與水波由深水區(qū)傳到淺水區(qū)發(fā)生折射的現(xiàn)象相似；麥克斯韋提出的光的電磁說(shuō)則是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)電磁波在真空中傳播的速度與光在真空中傳播的速度非常接近。正是在不斷的類比中，人們對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí)得到了逐步的完善與發(fā)展。

雖然物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，給人的感覺(jué)比較具體、形象，但是其理論是對(duì)實(shí)驗(yàn)、事物等經(jīng)過(guò)抽象而形成的，學(xué)生往往覺(jué)得物理理論很抽象，難以理解和接受。而運(yùn)用類比的方法進(jìn)行教學(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)，培養(yǎng)能力。

一、用類比法講物理現(xiàn)象和模型

物理學(xué)的研究是從對(duì)物理現(xiàn)象的感知、物理模型的認(rèn)識(shí)入手的，但是許多物理現(xiàn)象和物理模型往往是微觀的、陌生和抽象的，難以直接進(jìn)行直觀的觀察和解釋。這時(shí)，通過(guò)類比，我們能收到化難為易，化陌生為熟悉，化抽象為形象的效果，深化和強(qiáng)化了對(duì)新知識(shí)的理解和記憶。

例如：月球發(fā)光——月球像鏡子一樣反射太陽(yáng)光；布朗運(yùn)動(dòng)中的顆粒運(yùn)動(dòng)和液體分子運(yùn)動(dòng)關(guān)系——好比是“樹(shù)動(dòng)知風(fēng)”，由樹(shù)葉的搖動(dòng)知道空氣的流動(dòng)；電循環(huán)——好比是水循環(huán)，電流如水流，電壓如水壓，電線如水管，電池如水泵；相鄰兩個(gè)分子間的相互作用力——就像用彈簧連接的兩個(gè)小球間相互作用的彈力；氣體對(duì)器壁的壓力——好比大量密集雨滴撞擊傘面而產(chǎn)生的持續(xù)、均勻的壓力；盧瑟福的原子模型——原子的葡萄干蛋糕或棗糕模型；氫原子的核外電子繞核的圓周運(yùn)動(dòng)——好比是地球繞太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)。

二、用類比法講物理概念

形成正確的物理概念是學(xué)生學(xué)好物理的關(guān)鍵所在，但有些物理概念抽象易混淆，用類比的方法可以使學(xué)生借類比事物為“橋”，從形象思維順利過(guò)渡到抽象思維，從而深刻理解和牢固掌握新概念。

例如：與重力勢(shì)能類比，引入電勢(shì)能的概念；與滑梯兩端高度差類比，引入電勢(shì)差的概念；與電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立方法類比，引入磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念；與不同橫截面的容器裝水本領(lǐng)大小類比，引入不同電容器容納電荷的本領(lǐng)即電容的概念；與機(jī)械振動(dòng)中的共振現(xiàn)象類比，引入電磁振蕩概念等等。

三、用類比法講物理規(guī)律

物理規(guī)律（包括定律、定理、原理和定則等）是物理現(xiàn)象、過(guò)程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的必然趨勢(shì)及其本質(zhì)聯(lián)系的反映，它是中學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)最重要的內(nèi)容，是物理知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的樞紐。當(dāng)物理規(guī)律抽象得難以直接被揭示和發(fā)現(xiàn)時(shí)，我們可以與已知規(guī)律進(jìn)行類比，通過(guò)比較兩種規(guī)律在某些方面的相似和相同，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)客體系統(tǒng)的知識(shí)向另一個(gè)客體系統(tǒng)知識(shí)的過(guò)渡。

比如，學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律的時(shí)候，可以類比庫(kù)侖定律。庫(kù)侖在研究電荷之間的作用力的規(guī)律時(shí)利用鈕秤實(shí)驗(yàn)得出了電荷之間作用力與兩個(gè)帶電體電荷量及其距離的定量關(guān)系，進(jìn)而建立了庫(kù)侖定律，而卡文迪許在庫(kù)侖的啟發(fā)下，也進(jìn)行了鈕秤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了萬(wàn)有引力的存在并測(cè)得了引力常數(shù)。通過(guò)類比，使學(xué)生挖掘事物的本質(zhì)與相互聯(lián)系的能力，加強(qiáng)掌握新規(guī)律的能力。

四、用類比法講試題

解題，就是物理方法和知識(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)用類比于物理解題，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。

有一類運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，許多學(xué)生感到困惑。如一只小船具有相對(duì)于靜水的恒定速度，小船在逆水中行駛時(shí)，一只木箱從船上落入水中，等船上的人發(fā)現(xiàn)后，立刻掉轉(zhuǎn)船頭追趕，結(jié)果在5min后追上木箱，求從木箱落水到被追上共用了多少時(shí)間。設(shè)水流速度恒定，掉轉(zhuǎn)船頭的時(shí)間不計(jì)。這類問(wèn)題許多學(xué)生都認(rèn)為缺少條件，無(wú)法計(jì)算。在解決這類問(wèn)題時(shí)，本人采用這樣的方法：假設(shè)人在行駛的火車車廂內(nèi)向前行走，不小心掉下一個(gè)錢包，5min后才發(fā)現(xiàn)，立即返回。很明顯人再次走到錢包處仍需5min（假定人相對(duì)車廂的速度不變）。這里若把人與小船類比，火車與水流類比，錢包與木箱類比，則選木箱或水流為參照物時(shí)，小船遠(yuǎn)離和靠近木箱的時(shí)間相等，所以木箱從落水到被追上共用時(shí)10min。這類問(wèn)題，一般選木箱或水流為參照物，這樣有三個(gè)不變量：小船遠(yuǎn)離和靠近木箱的速度、距離、時(shí)間相等。這是理解此類問(wèn)題的關(guān)鍵。

五、應(yīng)用類比的注意事項(xiàng)

應(yīng)用類比法必須以事物間的相同或相似為基礎(chǔ)，但任何物理現(xiàn)象、模型和概念、規(guī)律之間都存在著差異性，也必然具有其他相同的屬性。所以類比是一種或然性的推理，有時(shí)結(jié)論并不可靠（特別是以現(xiàn)象作為類比的根據(jù)時(shí)）。在物理學(xué)的發(fā)展史上，曾有人將電磁波與機(jī)械波類比從而得出電磁波與機(jī)械波一樣也需要媒質(zhì)來(lái)傳播的錯(cuò)誤結(jié)論。

故在物理教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析、比較，透過(guò)現(xiàn)象抓住與所研究問(wèn)題相對(duì)應(yīng)的特征，選擇恰當(dāng)?shù)念惐葘?duì)象，提高其結(jié)論的可靠程度，更好地掌握和應(yīng)用類比的方法。