类比推理在物理教学中的应用

　　物理学是研究自然界的一门基础学科，从小到原子、电子，大到整个宇宙，几乎无所不包。物理学的发展历经几千年，融合了历代物理学家的辛勤劳动，也运用了一系列独特的思维方法。物理学的新假说和新理论大多数是在旧理论的框架上或者利用了旧理论的某些名词术语所建立的，完全抛弃旧理论的新理论是稀有的，其中，类比的方法对新假说和新理论的建立起了极为重要的作用。许多物理学的概念、理论、规律都是通过类比的方法产生的，在教学中若能运用类比来还原物理学的研究过程，构建物理知识框架，可以起到培养学生的思维、寻求思想线索、激发学生学习兴趣、提高学习能力的作用。
　　
　　一、 类比推理的涵义
　　
　　类比法是由两个(或两类)对象之间在某些属性上相同或者相似，推出它们在另一个属性也可能相同或者相似的一种逻辑思维方法。类比推理可用下列公式表示：
　　A对象具有属性a，b，c，d，B对象具有属性a'，b'，c'，且分别与a，b，c相似，所以B对象可能有与d相似的d' 属性或关系。类比推理所得的结论是不确定的，即它可能为真，也可能为假。说它可能为真，是因为客观事物的属性之间是互相联系的，既然A对象与B对象都有相同或相似的属性a，b，c，而A对象的a，b，c能与d联系，那么B对象的a'，b'，c'也可能与d'有联系，这是事物同一性的反映；说它可能为假，是因为客观事物属性之间的联系是极其复杂的，在A对象里，属性a，b，c能与属性d联系，而在B对象里，属性a'，b'，c'却表现为不与d'联系，这是事物间差异性的反映，正因为事物的属性间有这种复杂关系，所以通过类推所得的结论就不一定是真实和完全可靠的。
　　
　　二、类比推理在物理教学中的应用
　　
　　1.运用类比，简化知识结构
　　随着物理教学的深入、学生掌握的知识逐渐形成网络，这里有知识的横向式拓宽，也有递进式的深入。在这过程中，类比法是揭示这些知识内在联系的好方法，尤其对于学科内部或跨学科的横向式联系，类比推理有其独到的妙处。合理使用类比推理建立不同知识间的内在联系，可使学生在已有知识框架下，更快接受新知识并纳入自己的知识结构。例如，在静电场与重力场的教学中做如下类比：
　　重力场_______静电场
　　重力_______静电力
　　高度_______电势
　　高度差_______电势差
　　重力势能_______电势能
　　W=-△_______W= -△E 等高线
　　等势线_______
　　平抛运动 _______ 带电粒子在静电场中的偏转
　　这两种场做类比是有科学依据的，即万有引力与电场力的相类似的数学形式，应对学生交代清楚，以培养学生科学的思想方法，注重知识间的内在联系，建立系统的知识结构。
　　与此类似的，如能在此基础上，对重力场、电场和磁场做类比既能让学生复习旧知识，又能帮助他们建立知识间横向联系，趁机诱导更深层次的思考：例如，重力场的势如何描述、磁场有没有势？电现象里有单独存在正负电荷，在磁现象里有没有磁荷？磁单极子是否存在？地球周围有磁场和重力场，是否也有电场呢？如果能让学生展开无限的联想，对培养学生的创造性思维是有益的。
　　2.采用数学类比，使学生技能多元化
　　物理和数学一直是两门相互依存的学科，一方面物理推动了数学的发展，另一方面数学帮助物理建立了严密的逻辑体系。物理习题往往可以从数学和物理两个角度入手。
　　例如，在图象教学中，V-t图象下的面积表示位移，F-t图象下的面积表示冲量，I-t图象下的面积表示电量，F-S图象下的面积表示功。通过这些图象的类比，学生们对图象物理意义有了深刻的认识，更进一步深化物理知识的数学方法。而且有些问题采用图象法也变得简单多了。如果求电容器的带电量，我们可以作电容器的放电电流I随时间t的变化规律图线，再由图线面积求电量Q。同理，许多物理量如加速度a=(V 一Vo)／t，速度v=s／t，电场强度E=F／q，电势Ｕ=w／q，电流I=q／t，电阻R=u／I，电容C=q／u等等。它们这些物理量之间有一个共性，就是大小等于某两个物理量比值，但大小与这两个物理量的情况根本无关，我们称之为比值定义法。它们形式雷同，实质相似，经过类比，学生会便于理解，便于记忆。
　　3.采用模型类比，使抽象的知识具体化
　　高中阶段物理知识学生普遍反映偏难而且过于抽象，有些学生尤其是女同学直到毕业也不知道究竟学了写什么，如能恰当运用类比法进行教学，让学生感到物理真实可信，有血有肉，就会让学生不再面对物理一片茫然，更早接受这一学科。对抽象的与生活联系不太密切的知识可以用类比法建立物理模型，使其容易被学生接受。例如，我在讲原子能量时，将原子能与化学能作了类比：一根只能燃烧几分钟的树枝，若全部利用它的原子能，则可以够一个一百瓦的灯泡点燃一