【摘 要】本文結(jié)合物理學(xué)科特點(diǎn)，論述類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用，從共存類比、因果類比、對稱類比、性質(zhì)類比、關(guān)系類比及協(xié)變類比等六方面進(jìn)行具體闡述，以提升學(xué)生的物理學(xué)科能力和學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】類比法 高中物理 教學(xué)策略 核心素養(yǎng)

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0105-02

物理學(xué)是一門建立在基礎(chǔ)科學(xué)之上的具有較強(qiáng)實(shí)用價(jià)值的學(xué)科，它以技術(shù)科學(xué)和自然科學(xué)這兩大基礎(chǔ)學(xué)科為基礎(chǔ)，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會各方面發(fā)展起到極大的推動作用。物理學(xué)的基礎(chǔ)研究方法對探究自然的發(fā)展規(guī)律具有普遍的借鑒意義，而類比法就是其中一個(gè)典型的研究方法。所謂類比法，即通過將相似內(nèi)容進(jìn)行對比分析和總結(jié)使一些抽象復(fù)雜的知識變得條理化、清晰化和簡單化。在這個(gè)過程中學(xué)生的類比思維能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力都能得到全面的培養(yǎng)和鍛煉。在高中物理學(xué)科中，類比法的應(yīng)用隨處可見，其可有效運(yùn)用于概念教學(xué)、模型教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方方面面。本文結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)例探討共存類比、因果類比、對稱類比、性質(zhì)類比、關(guān)系類比及協(xié)同類比的具體應(yīng)用。

一、推理簡單關(guān)系，共存類比

共存類比是一種最基礎(chǔ)的類比方法，其以簡單特性為媒介，通過對比的方法來有效推理兩種或者多種相似概念之間的聯(lián)系，并將部分特性進(jìn)行遷移。其主要用于新課導(dǎo)入，通過這種方式進(jìn)行課程導(dǎo)入更容易被學(xué)生接受，有助于學(xué)生建構(gòu)新舊知識之間的橋梁，以此加深學(xué)生對新知識的理解。

例如，在教學(xué)“電場強(qiáng)度”內(nèi)容時(shí)，為了加深學(xué)生對場強(qiáng)公式的理解，筆者借助之前學(xué)過的“歐姆定律”內(nèi)容進(jìn)行講解。根據(jù)歐姆定律的表達(dá)式可推導(dǎo)出，而根據(jù)之前學(xué)過的知識可知，此時(shí)的電阻R是導(dǎo)體本身的一種特性，其與電壓和電流并無關(guān)系，更不能說電阻R與電壓U成正比、與電流I成反比。以此類似，電場強(qiáng)度E與檢驗(yàn)電荷的受力大小和電荷量大小也并無關(guān)系，其只與產(chǎn)生這個(gè)電場的電荷有關(guān)。通過簡單的類比，學(xué)生很容易就能理解“場強(qiáng)”這個(gè)概念的物理意義，之前在學(xué)習(xí)“歐姆定律”這部分內(nèi)容時(shí)走過的彎路此時(shí)就能夠避免，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得到了極大的提升。

由此可見，教師在教學(xué)一個(gè)新的概念或者內(nèi)容時(shí)，應(yīng)盡可能地挖掘其與之前學(xué)過的舊知識的相似之處，再將這二者結(jié)合起來進(jìn)行類比講解，這樣學(xué)生就能夠?qū)⒅皩W(xué)習(xí)過的內(nèi)容代入新內(nèi)容之中，有效降低新內(nèi)容的理解難度，優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。

二、觸及各自屬性，因果類比

因果類比是基于兩個(gè)相似對象的共同屬性之間可能具有的因果關(guān)系而形成的一種類比研究方法。在使用因果類比法進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候，教師應(yīng)找出兩種研究對象之間的共有屬性，再通過因果關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，這樣學(xué)生才能夠依照現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)體系建構(gòu)其他高級知識體系，提升學(xué)科能力。

例如，在教學(xué)“電流的形成”內(nèi)容時(shí)，由于電流和水流在某種程度上具有一定的相似性，故可使用水流進(jìn)行因果類比教學(xué)。筆者先用一句俗語“人往高處走”，學(xué)生很快接出后一句“水往低處流”，從而引出水流的概念。接著，筆者總結(jié)形成水流的兩個(gè)必要條件，即形成水流需要水和高度差△h。而對電流來說也同樣如此，在形成電流時(shí)，一個(gè)必要的條件是電荷，更準(zhǔn)確地說是自由電荷。除此之外，因?yàn)樵谛纬伤鲿r(shí)需要有高度差，所以在形成電流時(shí)也應(yīng)有電勢差△U。即當(dāng)導(dǎo)體的兩端與電池的兩級相接通時(shí)，導(dǎo)體周圍會形成電場，自由電荷在電場的電勢差作用下會發(fā)生定向移動，由此就形成了電流。

在上述教學(xué)中，教師將電流與水流進(jìn)行因果類比，在類比時(shí)抓住兩者的主要特征，由因推果，由此及彼，促使學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容形成更加深刻的印象并掌握這種類比學(xué)習(xí)的基本方法，進(jìn)而提高學(xué)科學(xué)習(xí)能力。

三、基于屬性關(guān)系，對稱類比

在高中物理學(xué)科中，基于對稱特性的類比也很常見。在自然界中，有很多規(guī)律都是建立在對稱特性的基礎(chǔ)之上的，學(xué)生如果能夠掌握對稱類比法，就能夠解決更多的實(shí)際問題，且能夠從根源上理解問題的本質(zhì)，就此將自身的學(xué)科思維能力提高到一個(gè)全新的高度。

例如，在教學(xué)“正負(fù)電荷”內(nèi)容時(shí)，對稱類比法就能夠很好地發(fā)揮作用。正電荷與負(fù)電荷的一些基本特性很相似，兩者只在一些特殊性質(zhì)上呈現(xiàn)出一種類似于“對稱”的屬性，教師不妨以此為突破口，先引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)正點(diǎn)電荷形成的電場強(qiáng)度的相關(guān)特性：，再讓學(xué)生自己推導(dǎo)負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場強(qiáng)度的相關(guān)特性，即場強(qiáng)大小和正電荷一致，但方向與其相反。這樣學(xué)生就通過對稱類比法了解正負(fù)點(diǎn)電荷場強(qiáng)的特征?；趯傩躁P(guān)系的對稱類比法在高中物理學(xué)中還有很多的應(yīng)用實(shí)例，如N極和S極的對稱性、正粒子與反粒子的對稱性以及電磁感應(yīng)中電和磁的對稱性等。

基于屬性關(guān)系的對稱類比法具有很強(qiáng)的實(shí)用性，教師通過對稱類比法教學(xué)，可以提高學(xué)生的類比性思維能力，增強(qiáng)學(xué)生對已掌握知識的理解應(yīng)用、舉一反三和融會貫通的能力。

四、指向不同對象，性質(zhì)類比

物理學(xué)的研究范疇一般都是在“聲學(xué)”“光學(xué)”“電學(xué)”“力學(xué)”和“熱學(xué)”這幾種之間，而在這些研究對象中，有些對象之間也可進(jìn)行有效類比，即不同的研究對象也可能具有相似的性質(zhì)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對這些性質(zhì)進(jìn)行類比，根據(jù)某種對象的某些特性來推斷出另一種對象的特性。

例如，在教學(xué)“多普勒效應(yīng)”內(nèi)容時(shí)，教師先講解多普勒效應(yīng)的內(nèi)容：波在波源移向接近觀察者時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動時(shí)也能得到同樣的結(jié)論，用公式表示則是：。多普勒效應(yīng)最初是建立在聲音傳播定律的基礎(chǔ)上的，多普勒在將光和聲進(jìn)行類比后，才得到上述結(jié)論。接著，根據(jù)初中物理學(xué)的基本知識分析，聲波具有直線傳播、反射、折射以及干涉等特性，對應(yīng)的，光波也具有直線傳播、反射、折射以及干涉等特性。而在之前，聲波已經(jīng)被證實(shí)具有波動特性，根據(jù)性質(zhì)類比特性，光波很可能也具有波動特性?；谶@樣的假設(shè)，光的波粒二象性被證實(shí)，光學(xué)的基礎(chǔ)理論也因此而更加完善。

通過性質(zhì)類比法分析物理研究對象，學(xué)生能夠從性質(zhì)上根本地認(rèn)識物理研究對象的特征，在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與科學(xué)態(tài)度等方面都能受到啟發(fā)。

五、驗(yàn)證可能聯(lián)系，關(guān)系類比

在物理學(xué)中，不同的運(yùn)動可能會遵循各種各樣的運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動關(guān)系，教師有效引導(dǎo)學(xué)生對相似的運(yùn)動關(guān)系進(jìn)行類比，通過實(shí)驗(yàn)研究或者理論探究的方式驗(yàn)證類比結(jié)論，既能有效加深學(xué)生對這些物理關(guān)系和規(guī)律的認(rèn)知，又能使學(xué)生掌握探究學(xué)習(xí)的基本思路和方法，一舉兩得。

例如，在教學(xué)“平拋運(yùn)動”和“豎直上拋運(yùn)動”內(nèi)容時(shí)，平拋運(yùn)動這部分知識相對來說較為基礎(chǔ)，教師可以先讓學(xué)生掌握平拋運(yùn)動的基本規(guī)律，如水平運(yùn)動規(guī)律S水平=V0t、豎直運(yùn)動規(guī)律S豎直。而針對豎直上拋運(yùn)動，可將它與平拋運(yùn)動進(jìn)行類比，將其看作是一個(gè)平拋運(yùn)動的逆過程與一個(gè)平拋運(yùn)動的結(jié)合;相應(yīng)的，路程和時(shí)間的關(guān)系也與基本的平拋運(yùn)動相似，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證這二者之間的聯(lián)系。如計(jì)算出實(shí)際的豎直上拋過程的時(shí)間，將其與理論時(shí)間進(jìn)行對比，在考慮阻力等影響因素后，比較這二者結(jié)果是否在誤差允許的范圍內(nèi)。這樣學(xué)生不但能夠深入理解豎直上拋運(yùn)動的基本規(guī)律，而且今后在遇到一些復(fù)雜的問題時(shí)也能夠從本質(zhì)上對問題進(jìn)行分析和解決。

六、根據(jù)定量函數(shù)，協(xié)變類比

協(xié)變類比簡單來說就是基于數(shù)學(xué)相似性的類比，在物理學(xué)中如果兩個(gè)研究對象可能具備某種固定的定量函數(shù)關(guān)系，便可將兩個(gè)研究對象的其他屬性進(jìn)行類比。即在研究對象具有某些相似性質(zhì)和具有相似數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系的前提下，研究對象在其他方面具有的屬性也可能相同。

例如，在教學(xué)“光的波粒二象性”內(nèi)容時(shí)，筆者為學(xué)生引入1924年德布羅意推理物質(zhì)波的過程。先由光具有波動性和粒子性，推測實(shí)物粒子可能也會具有這兩種特征，再進(jìn)行深度探究推測其也有可能遵循光的基本規(guī)律，即：E=hv以及。果然如推測所料，該結(jié)論于1927年通過電子衍射實(shí)驗(yàn)得以證實(shí)。除此之外，物理學(xué)中還有很多其他的結(jié)論也遵循上述規(guī)律，如在萬有引力定律中，萬有引力F正比于兩物體的質(zhì)量乘積與半徑平方的商，據(jù)此推斷，電荷之間的相互作用力也可按此規(guī)律得到，即電荷之間的相互作用力F正比于兩電荷所帶電量的乘積與兩個(gè)電荷之間的距離的平方的商，這樣庫侖定律也就因此被解釋清楚了。

高中階段是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科思維能力和學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，教師應(yīng)采用多種類比教學(xué)方法，為學(xué)生搭建連接新舊知識的橋梁，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析和總結(jié)，懂得透過問題現(xiàn)象的表面深抓問題本質(zhì)，促使學(xué)生更好地掌握物理學(xué)科知識和物理研究方法，全面提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宗德君.高中物理教學(xué)課堂中的類比法的運(yùn)用解析[J].中學(xué)物理，2016（34）.

[2]靖汝俊.引入類比教學(xué)法，提升高中物理教學(xué)有效性[J].考試周刊，2013（95）.

注：本文系甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題研究成果“基于深度學(xué)習(xí)理念的以物理模型群方式培養(yǎng)高階思維在高中物理力學(xué)中的應(yīng)用探究”（編號：GS〔2020〕GHB2275）研究成果。

【作者簡介】帥永兵（1978— ），男，甘肅玉門人，大學(xué)本科學(xué)歷，中學(xué)高級教師，研究方向?yàn)楦咧形锢斫逃c教學(xué)。

（責(zé)編 羅汝君）