类比法在高中物理教学中的显性运用

(常州市第二中学，江苏 常州 213003)

在传统的物理教学中，教师比较注重学生基本知识体系的建立，缺少科学方法的教育，使得学生被动的接受知识，而非主动的构建知识体系，尤其是不清楚该用何种方法习得知识，解决实际的物理问题[1].新课程改革要求学生掌握科学方法，自主学习和探究科学，“授人以鱼不如授人以渔”，因此教师也需要把显性的科学方法教育应用到平时的物理教学中，显性方法教育是指在进行科学方法教育时，明确指出这种科学方法的名称，传授有关该方法的知识，揭示方法的形式和应用过程.显性方法教育注重在解决问题的过程中，使学生有意识地掌握科学研究的方法和策略.类比法是一种行之有效的科学方法，可以显性的应用于高中物理教学，帮助学生构建知识体系[2].

类比法是由两个对象具有某些相同或相似的性质，推断它们在其他性质上也可能相同或相似的一种推理形式.为了把要表达的物理问题说清楚，往往用具体的、人们熟知的事物来类比抽象、陌生的事物.通过类比，可以使人们对研究的事物有一个直接、具体、形象的认识，找出类似的规律[3][4].因此，类比法是研究和学习物理学的一种重要方法.如何在高中物理教学中显性的运用类比法？笔者认为可有以下途径.

1 相近或相似的概念之间可以运用类比法

对于相近或相似的概念，学生受惯性思维方式的影响，往往很容易接受并记住相近的概念.教师在教这些相近概念的时候，可以有选择的运用类比法.比如，在讲解点电荷模型的时候，就可以由质点模型类比得到.质点是有质量的点，忽略物体的形状和大小，而点电荷是有电荷的点，忽略带电体的形状和大小.通过这两个概念相似性的类比，学生就可以较为自然的理解点电荷的模型.教师在讲到电场强度这个概念的时候，学生觉得很抽象，不好理解.笔者认为可以把重力加速度和电场强度作类比，来说明电场强度.地球是有质量的物体，处在地面附近的物体会受到力的作用，这就是重力.而重力加速度能够用来衡量重力场的强弱，其中g=G/m；带电荷的物体会在该电荷的周围形成电场，描述电场强弱的量是电场强度，类比得出式子是E=F/q，其中重力和电场力相对应，质量和电荷相对应.通过重力加速度概念来类比电场强度的概念，有助于学生从已有的概念出发，经过类比推理来理解较为抽象的新概念，从而降低了学习物理的难度.笔者认为教师要在课堂上详细的给出类比推理过程，循序渐进地引导学生理解新概念，逐渐培养学生运用类比法来解决问题的能力.

2 来源于生活经验的类比

在平时的生活和学习中，学生积累了大量而丰富的生活经验.这些生活经验可以帮助学生学习物理知识，通过生活经验的类比，可以启发学生的思维，调动学生学习物理的积极性，培养学生观察和分析事物的能力.首先，教师从生活中易于学生理解的现象和经验入手，通过类比法能够较快的达到引入物理知识的目的.比如教师讲电势差概念时，可以举瀑布的例子.如果瀑布的水流量越大，则落到底部水的动能就越大；如果瀑布的落差越大，同样落到底部水的动能也越大.而动能是由水的重力势能转化而来的，我们知道瀑布的重力势能与瀑布的水流量以及高度差有关.那么，学生通过类比重力势能，可以尝试着得出电势能与电荷量和电势差的关系.在这里，电势差和高度差就是一组类比的相关概念，而这两个概念的类比就能借助于生活中的实例了.其次，教师在选择生活经验进行类比时，应该选取来源于学生生活经验的实例.成人的生活经验较为丰富，见多识广，而学生没有这么多的生活经验，因此，教师最好不要举学生不熟悉的实例进行类比.比如，教师讲电容C的定义式时，最好举水桶存水的例子.水桶的存水量V(即水桶的体积)，高度h和横截面积S，可以分别类比于电容器的电荷量Q，电势差U和电容C.最基本的生活经验告诉我们，如果想要使相同高度的水桶存水多，显然水桶的“腰身”越粗，装的水就越多.类比水桶，我们可以得出，对于某个电容器而言，在相同电势差的条件下，电容越大，能储存的电荷量就越大.这个水桶的例子一讲，学生结合自己的切身体会，可以较容易地理解这个概念了.

3 运用物理学史上的事例显性介绍类比法

纵观物理学史，可以发现许多物理学家们使用了类比的科学方法，类比法在物理学的发展进程中功不可没.比如在讲库仑定律的时候，教师就可引用物理学史上的案例来说明.富兰克林曾经设计了空罐实验，用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引.但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力.当富兰克林写信将这一现象告之普利斯特利，后者注意到，1687年牛顿曾证明：万有引力若服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无力的作用.普利斯特利将空罐实验与牛顿推理类比，联想到电力也表现了这种特性，所以也应遵从平方反比定律.库仑接受了平方反比的想法，于1785年制成了扭秤，以测定电力.库仑通过类比，发现万有引力定律和库仑定律在形式上极其相似[5].

正如德国哲学家康德所说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进”.在历史上物理学家运用类比法，找到了解决新问题的思路，教师从物理学史上的真实案例着手，便于说明库仑定律发现的脉络，为后继的把静电场与重力场的进一步类比打下伏笔.

4 通过类比法帮助学生记忆物理公式

高中的物理公式纷繁复杂，学生们普遍反映公式太多，记不住，不会使用.学生在做题的时候老是写错公式.笔者认为除了让学生在理解的基础上记忆公式外，也可以尝试运用类比的方法帮助学生记住大量的公式.教师首先要对公式分类，然后找出这些公式的相似之处，运用类比法帮助学生记忆公式.

把静电场与重力场进行类比，可归纳出具有相似形式的物理公式：

总之，在物理教学中显性地进行类比法的教育，有助于学生理解物理概念和模型，掌握物理学的思维方法，形成严密的物理知识体系.

参考文献：

[1]张宪魁.物理学方法论[M].西安：陕西人民教育出版社,1992.

[2]刘霁华.以方法为主线的物理教学[J].物理教学,2002，(8).

[3]崔晓峰，刘霁华.课堂范式与实施策略[M].南京：江苏教育出版社,2012：6.

[4]夏艳红.类比法在物理教学中的应用[J].山西广播电视大学学报,2004，(2).

[5]郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社,2005.