浅谈类比法在“磁感应强度”教学中的应用

贺敬新 顾 健 周延怀

（南京师范大学教师教育学院 江苏 南京 210097）

新课程实施以来，在物理教学目标中注重对学生进行过程与方法的培养.相应的，物理教师不仅仅关注学生学习知识的程度，还关注学生接受与应用这些知识的有效程度，以及在获取知识过程中素质的提高.因此各种教学方法越来越受到教师的关注，类比法作为物理学中常见的方法，经常被教师应用于课堂教学中.然而在教学中，类比法有其局限性，在教学中需要引起注意.

本文以“磁感应强度”这节课为例，阐述在使用类比法需要注意的事项.

1 “电磁感应强度”的地位与作用

高中物理“磁感应强度”这节课是人教版教材中第三章磁场中的第2节，其中第一章是“静电场”，第二章是“恒定电流”，第四章（选修3－2）是“电磁感应”［1］；所以是在学生学过电场内容后所安排的，又为下面的电磁感应做铺垫.在第三章中，第1节是“磁现象和磁场”，第3节是“几种常见的磁场”，这节课是对磁现象的加深，又是为了几种常见的磁场准备必要的知识.这节课重点是磁感应强度的方向和大小，难点是磁感应强度的定义.

2 比赛分析

2011年，两年一次的江苏省高中物理优课评比于10月19～21日在连云港海州中学（海州中学是江苏省四星级高中）举行，这次评比活动选择的课题其中之一是“磁感应强度”.参加这节课的教师共有7位，笔者对这7位教师的讲课视频进行了分析和部分转录.为了尊重各位教师的隐私，此文没有出现各位教师的姓名，仅以师甲、师乙形式代替.由于这节课是典型的概念课.

下面将从课堂导入，建立物理概念，运用物理概念，课堂小结这4部分对这节课的7位教师的类比法的应用进行分析.其中师甲和师丁由于时间的问题，未能进行到运用物理概念环节.

在课堂导入环节，师丁在引入磁场概念后，提问：那怎么样去研究磁场呢？学生：类比电场中的电场强度来引入.

在建立概念环节，为了更为清楚地表述，将此环节分为3个阶段，分别为磁场方向的建立、磁感应强度大小的建立和磁感应强度的定义.在磁感应方向的建立阶段，师乙：同学生一起回顾了电场方向的定义，即与正电荷所受静电力方向一致，得出磁场方向为小磁针N极所受力方向.师戊：回顾电场中电场强度的定义、强弱描述、方向确定，采用相似的方法研究磁感应强度.

在磁感应强度的大小探究阶段，师乙：多媒体回顾电场中电场强度的定义方法、方向判断、对检验电荷的要求.师丙：通过理论分析得出不能用小磁针来探究磁感应强度的大小.类似电场中对检验电荷的要求，引入电流元的概念.师己：类比电场中电场强度的定义，提问能用小磁针充当试探的作用吗？学生回答：可以大概表示力.师庚：在电场中引入检验电荷，建立电场强度的概念，类比电场强度的建立过程，研究描述磁场方向和强度的物理量.

在磁感应强度的定义阶段，师乙：借助于电场中定义电场强度，定义磁感应强度，给出表达式和单位特斯拉.

在运用概念环节，提到了类比法.

在课堂总结环节，师乙：强调利用类比的思想的好处.师戊：对比电场强度和磁感应强度研究过程的相同点和不同点.再次列出学习目标，让学生根据自己情况看有没有完成本节课的学习任务.师己：从定义式、方向和意义三个方面对比电场强度和磁感应强度两个知识点.师庚：对比电场强度和磁感应强度研究内容，如图1所示.

图1 类比

通过分析，可以知道7位教师中，5位教师（除了师甲和师丁）在不同程度上使用了类比法，特别是师乙在整节课中都在贯穿着类比法.那么类比法是什么？类比法使用过程需要注意哪些因素？

3 类比法的含义［2～3］

类比是从两个或两类对象有某些共有的、相同或相似的属性，推出一个对象可能具有另一个或另一类对象已经具有的属性.类比方法是一种从已知求未知的逻辑方法，也是逻辑学中的一种推理形式.它是借助于事物之间的相似性，通过比较将一种已经掌握的特殊对象的知识推移到另一种新的特殊对象中去的研究方法；沟通了知识之间的横向联系，具有触类旁通、举一反三等启迪思维的作用.在物理学中，类比法不仅仅局限于此，还包括研究方法和解题方法的类比和数学公式推导的类比.因此在中学物理教学中，类比法是一种很重要的方法，下面在论述中将学生将要学习的现象、概念、规律和原理称为本体，将作为类比的对象作为喻体.

4 使用类比法注意因素

在“磁感应强度”这节课，学生已经系统地学习过电场的相关知识，在上一节学习了“磁现象和磁场”.这样教师在做类比时，是抓住了“场”这一相似点，以此为基础，将电场中的性质推理到磁场中，将研究电场强度的方法推广到磁感应强度上，这是本节课利用类比法的基础.

在教学中选择类比法，首先需要注意学生的实际情况，这往往也是容易忽视的一点.在物理学史中，一些物理学家利用了类比的方法从一个结论推理出另一个结论，例如库仑定律的成功，物质波的证实，和“火神星”的失败.这都是物理学家自己在使用类比法得出结论，在探究得出结论的过程中，要求的是物理学家本人的知识水平，理解能力达到一个高度，而不是所有人.但具体到教学过程中，教学应面向大多数学生，使教学的深度为大多数学生经过努力所能接受.此时需要从大多数学生的实际出发，考虑他们整体的现有水平和潜在水平，正确选择在教学中采用什么教学方法.具体到视频中的这些学生，比赛所选学校为江苏海州中学，学生的整体水平是比较好的.即便如此，学生的现有知识存储中，对电场的了解还不到位，若以电场为基础来学习磁场，学生难以在现有的知识机构的基础上建构新的知识体系，并非高效地提高学生的学习的接受程度.因此教师是在教学生知识、方法时，应该分清学生处于什么阶段.

需要注意本体的特点.物理教学中有许多教学方法，不一定使用具体哪一种，在不同情景下使用不同的方法.类比法不是万能的，不能无限制地扩大它的使用范围，不需要每讲一个知识点，就努力寻找它是否可以通过类比法来讲解，不能为了讲解方法而使用类比法.一些容易理解的知识，在教学中就没有必要寻找类比的东西进行讲解，可以直接使用直观教学法或者讲授法进行讲解.在“磁感应强度”这节课中，磁场的方向就是比较简单的知识点.在教学中，可以使用一小磁针放在磁铁周围，学生可以清楚明了地看到小磁针的指向.引导学生分析小磁针N极所受力的方向，告诉学生N极所受力的方向就是这一点磁场的方向.这样做的好处比较明了、直接、具体，而类比法比较抽象，需要的是推理、迁移.因此需要注意本体自身的特点.在给出磁感应定义时，前提条件是电流与磁场方向垂直时，此时磁感应强度的定义与电场强度的定义类似.然而在这里，教师应该强调的是两个物理量成不同夹角时的情况，使用类比法，学生容易忽略方向这一重要前提.

需要注意喻体的选择.如果喻体不能被大部分学生充分的认识，或者学生对喻体的认识仍是模棱两可、模糊不清，在这种情况下不适合类比法.此时可能导致学生更加不清楚以前学过的知识点，无法理解现在的知识.奥苏伯尔认为，学生的学习是否为有意义学习，关键在于所要掌握的新概念与原理能否与他们认知结构中的原有知识观念建立“实质性”的和“非人为”的联系［4］.在教学中利用类比的目的是为了使学生达到有意义的学习，将学生的水平达到对应的最近发展区.在这里喻体就充当的是先行组织者策略的作用.在“磁感应强度”这节课中，利用电场作为喻体，由于电场本身对学生来说较难以理解，学生对喻体不熟悉，想要在脑海中建立“实质性”的、“非人为”的联系就会遇到困难.学生难将这些知识建构到自己的知识体系，这样就失去采用类比法进行教学的意义.因此在探究磁感应强度的大小时，不需要将电场强度与之类比，相反若采用可能会使更多的学生混淆电场与磁场这两个概念.

需要注意指出本体与喻体的不同点.由于喻体和本体是两个不同的知识、概念、现象或者原理，虽然它们之间存在相似的方面，但物体的本质可能不同.在教学中，就需要强调这不相同的地方，消除学生因为类比而产生的对概念或者原理的误解.否则，由于心理定势的影响，学生容易将喻体才具有的属性推广到本体上，这样就容易出现错误.在“电磁感应强度”中，如果使用类比法，在讲解结束后，需跟学生强调磁场的方向与电场的方向的不同，跟学生说明在探究电场强度大小时使用的是点电荷，而在“探究电磁感应强度”中，没有使用“磁单极”而使用“电流元”的原因.这样能够更好地消除学生的误解.

5 结论

总之，在“磁感应强度”这节课的教学过程中，使用探究法还需要教师实际把握学生的真实情况进行考虑，就其本体和喻体而言，笔者认为在探究磁场方向和磁感应强度大小，以及磁感应强度定义时，没有必要使用类比法.在课堂总结时，可以使用对比的方法将这两种“场”进行对比，就像比赛中师庚那样.如果在过程中使用类比法，需要介绍本体和喻体的不同，消除学生由于心理定势带来的误解.以此类推，在物理教学中使用类比法，需要注意学情、本体、喻体以及本体和喻体之间的区别.

1 张大昌，等.物理·选修3－1.北京：人民教育出版社，2010：目录

2 魏凤琴.逻辑学.北京：中国政法大学出版社，2003.219

3 叶桂华.类比方法在物理教学中的运用.物理教师，1998，19（10）：10

4 邵瑞珍.教育心理学.上海：上海教育出版社：1985.25