类比在技工学校物理教学中的应用

张海梅

类比法既是一种修辞手法,又是一种思维方法。它是指人们在研究和说明问题时借用已经认识熟悉的,了解掌握的相似相近的知识对未知的和生疏的问题进行研究和说明。从而达到由此及彼,触类旁通的作用。从物理学的角度看,不同的研究对象之间有许多相同或相似的特征,它们遵守着相同或相似的物理规律,对它们的研究所采用的物理方法也受其特征所制约,它们之间有着必然的联系。若抓住研究对象的特征作为依据,应用类比,则既可以进行传授知识和知识的应用教学,又可以进行物理方法的教学。物理课堂教学中的类比法是指老师在课堂教学中针对所讲授的新内容,借用学生已有的相似,相近或部分知识,引导学生对新内容首先建立一个直观的印象,然后层层剖析,步步深入,使学生掌握新问题的本质。

一、生活经验与物理规律的类比

学生在日常学习生活中积累了一定的生活经验。用学生身边的事例进行类比,可启发学生的思维,调动学生学习的积极性,培养学生在生活中观察和分析事物的能力。

如讲电势差时,可用瀑布来作为例子,瀑布的水量越大,落到底部的动能越大;而瀑布落差越大,落到底部的动能也越大,动能是由重力势能转化获得的,即瀑布的重力势能与瀑布的水量、落差有关。让学生自己类比得出:电势能与电荷量和电势差有关:ε=qu

介绍弹簧振子的振动时,振子向平衡位置方向运动为变加速运动,学生不能理解加速度减小而物体速度增加这一现象,可用人的身高增长作类比:人从出生到成人,其身高逐渐增高。当人的年龄接近成人阶段,其身高增长速度将逐渐减慢,但人的身高却仍在继续增高,只是增高变缓了,而并非人越长越短。当身高停止增长,人的身高达到了他一生中的最大身高。学生从这一简单的类比中高很易理解:加速度在减小,只意味着速度的增量在逐渐的减少,但物体的速度值却在增加,为变加速运动。

二、类比在知识教学中的应用

应用类比于物理教学中,其关键就是引导学生根据所研究的问题的性质来恰当地选取作为类比根据的两个对象的对应特征。

1.“场”问题

真空中两点电荷之间虽然不接触,却又相互作用是通过电场这种无形的却又客观存在的物质来相互作用的。类比于磁体之间虽然不接触,也存在着一种无形物质,也就是我们说的磁场。这样,通过引导分析,学生对“场”这一抽象概念有了比较具体的认识。

2.“电势差”的问题

物体在重力的作用下从高处向低处运动时,重力做功。对同一物体,高度差越大,重力做功就越多。与此类比,电荷在电场中移动,电场力做功,同一个电荷从一点移动到另一点时,电场力做功越多,说明这两点的电势差就越大。再通过举例说明,绝大部分学生通过对熟悉概念的类比,不仅轻松地掌握了这一内容,且对如何应用类比有了较深刻的印象。

三、类比在物理方法中的应用

物理方法实际上是研究和处理物理问题的思路、方式,也是即物理思想。物理方法和物理知识一样,经过多次在不同方面的应用才能掌握。一般来说,一个物理方法处理的是一类(或几类)具有相同或相似特征的物理问题。若教学中抓住研究问题的特征,通过类比,在不同领域内(或在不同内容上)使用同一中方法,则可以达到加深理解物理方法的目的。

例如,应用比值定义法定义某些物理量,如对速度、加速度、角速度等物理量的定义。这些物理量是通过简单运动引入的:匀速(匀变速)直线运动、匀速圆周运动。它们具有的共同特征是:相等时间内,某物理量的变化量相等,用变化量与所用时间之比就可以表示变化快慢的特征。如速度就是位置的变化量与所用时间的比值来定义的。

比值法应用的另一例子是对量度物质本身属性的物理量的定义,如电场强度、磁感应强度、电容、电阻等。它们的共同特征是:属性由本身决定。由于它们能在与外界作用时显示出一些性质,这就给我们提供了用外界因素来表示其特征的间接方式。以场强作为根据,应用类比,对磁感应强度、电容、电阻等进行教学,强调如何根据其性质来表示其特征。学生不仅对这类概念的理解有融会贯通之感,且在不同方面的应用中,对比值法的内涵有了更深的理解。

四、类比在物理解题中的应用

解题就是解决物理问题,是物理方法和知识的应用过程,应用类比于物理解题,其根据即是物理原型的特征。教学过程中通过分析寻找问题的特征,把它与已知的物理原型进行类比,从而找到方法,解出习题。

下题可作为整体应用牛顿第二定律的一个物理原型。

[原型]一只质量为m的猴子,跳起来抓住悬在天花板上质量为M的竖杆,当猴子抓住木杆的一瞬间,悬木杆的绳子断了。设木杆足够长,由于猴子不断地向上爬,可使猴子离地高度始终不变,求木杆下落的加速度?

[解析]把杆和猴子视为整体,线断后,系统所有的合力为(m+M)g,猴子对地的加速度,a1=0.设杆的加速度为a2,对系统由牛顿第二定律:F合=ma1+Ma2得:(m+M)g=Ma2所以a2=(m+M)g/M,方向竖直向下。

此题的特征是:系统由两物体组成,其中一物理加速度为零,若要求的量是系统所受的外力或系统内物体的加速度,此特征就使我们得以用通常由牛顿第二定律求解单个物体的思路来解决系统问题。

许多形式不同的物理习题具有相同或相似的特征,只要理解、掌握了一个问题的特征和解法,应用类比,这类问题就迎刃而解了。从一定意义上说,这是一个把学生从题海战术中解放出来的较有效的方法。

类比方法符合人们认识事物的规律和当代教育学、心理学规律。应用类比方法,不仅可把抽象的新知识纳入到已有知识系统中来,变抽象为形象、变难为易、变烦为简,同时又可激发学生联想,具有启发思路、举一反三、触类旁通的作用。所以不失为一种促进学生知识“迁移”,提高学生素质的有效方法。但由于类比是一种或多种可能性的推理,有时结论并不可靠,特别是以现象作为类比的根据时,而这正是学生常犯的错误。固物理教学中,应引导学生仔细分析、比较、透过现象抓住与所研究的问题相对应的特征,选择恰当的类比对象,提高其结论的可靠程度,自觉地掌握和应用类比方法。

作者单位:大同市第二技工学校