类比法在大学物理中的应用
2012-10-27赵长春吴秀文
高 禄 赵长春 吴秀文
中国地质大学（北京）数理学院，北京，100083
类比法在大学物理中的应用
高 禄 赵长春 吴秀文
中国地质大学（北京）数理学院，北京，100083
类比法是物理学中非常重要的一种思维方法，教学中应用这种方法有助于学生更好地理解和掌握物理知识，同时培养他们的创新探索科学素养。本文以工科大学物理教学实践经验为基础，对类比法在教学中的应用进行了论述。
类比法；大学物理；教学
引言
类比法是根据两类对象之间在某些方面的类似或相同， 从而推断它们在其它方面也可能类似或相同的逻辑思维方法[1]。类比法是科学发展中非常重要的一种研究方法，也是探索新知和改进创新的重要途径之一[2]。尤其在物理学的发展中，类比法发挥了不可忽视的作用。物理学中很多重大的研究成果都是在类比法思维模式的启发下取得的。在大学物理教学中适当地应用类比法，可以让学生更好地理解相关的理论知识，并提高他们的创新能力和科学素养。因此，教学中适时地向学生渗透类比法的思维模式是至关重要的。本文以工科大学物理教学实践经验为基础，对类比法在教学中的应用进行探讨。
1 类比法在力学教学中的应用
在大学物理教学中，力学部分是最基础、最重要的内容，学生也是在学习大学物理之初最先接触力学。因此，掌握力学中的基本概念对于学生学好大学物理显得尤为重要。力学部分的前四章[1]包括质点运动学、牛顿三定律、功和能以及动量与角动量，在这四章内容中，除角动量外其余内容都是高中物理中的教学内容，学生学习起来困难并不大。然而在学习第五章刚体部分时，教学中发现学生普遍反应学习起来较为吃力。这是因为刚体是一个全新的物理模型，同时解决刚体定轴转动问题还要涉及到角动量和外力矩的矢量运算，这对于学生来说既是重点又是难点。如何将这部分学习内容深入浅出地进行教学，是一个值得探索的教学法问题！
表1 质点运动和刚体定轴转动规律类比
通过表1所列举的类比规律可见，质点运动和刚体定轴转动规律具有较强的类比性。在力学部分的教学中采用类比法，有助于学生从整体上系统地理解力学定律。
2 类比法在电磁学教学中的应用
爱因斯坦相对论的建立，使人们认识到电场和磁场具有相对论性的统一，电磁场是一个统一的实体。大学物理中的电磁学介绍的是宏观电磁场的基本规律，电场和磁场的描述和规律是分别讲授的[3]。在电磁学的教学内容中，静电场和稳恒磁场是两部分重点教学内容，具有较强的可类比性。例如描述抽象场的电场线和磁场线的类比；描述场强弱的电场强度和磁感应强度的类比；电磁场高斯定理和环路定理的类比等。具体类比详见表2。在教学实践中，对电磁学采用类比法教学，可以让学生加深对物理规律的理解，建立完整统一的知识体系，同时提高学习效率。
3 习题中类比法的应用
由于物理规律具有类比性，因此在一些物理习题中的解题思路和方法也相应地具有类比性。下面列举两个例题，以说明类比法在解决物理习题中的应用。
表2
证明：在电介质内任意取一闭合曲面S，如图1所示。
图1 各向同性均匀电介质
闭合曲面S内的极化电荷为：
各向同性介质的极化强度为：
将（2）式代入（1）式中，并利用电位移的高斯定理，可得：
又由电荷密度的定义式，可得
例2：证明各向同性均匀磁介质内无传导电流处，必无磁化电流。
证明：在磁介质中任取一闭合回路，如图2所示。
图2 各向同性均匀磁介质
对于各向同性均匀磁介质，
闭合回路所包围的束缚电流为：
由于回路L可任取，且可无限缩小，故I0=0处，I'=0。
跟例1的解题过程具有类比性，例2中通过推导得到各向同性磁介质用磁化强度与磁场强度成正比关系，进而由磁场强度的环路定理得到闭合回路内束缚电流与传导电流成正比关系，因此可以证明无传导电流处，必无束缚电流。
上述两个例题解题思路基本相同，运用的物理规律是表2中所列举的类比规律。运用类比法解题，可以达到举一反三的效果。在教学过程中，向学生渗透类比法的解题思维模式，可以提高解决物理问题的能力。
4 类比法的局限性
类比作为一种逻辑思维方法，既不同于归纳方法，也不同于推理方法；由类比法推出的假设并不一定是正确的，甚至有可能是错误的，类比法的推论必须要经过实验证明才能进一步推广[4]。因此，在大学物理教学中，要注意应用类比法教学的正确性和适当性，不能一概而论。
5 结语
物理规律具有类比性是物理知识结构系统性的体现。在大学物理教学过程中，适时采用类比法进行教学可以将零散的知识点通过类比联系起来，帮助学生建立完整的知识框架，提高大学物理课程的教学效果。
[1]徐杏华,高等建筑教育,2004年6月,第13卷,第2期;
[2]邱清剧,中国西部科技,2006年第17期,P86；
[3]张三慧.大学基础物理学[M].北京:清华大学出版社,2003: 321；
[4]陈修芳,科技信息，2010年，21期，P25。
10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.134
高禄.1982年出生.辽宁沈阳人.讲师.长期从事工科大学物理教学工作。
