类比法在物理教学中的功能初探

王春胜

(江苏省怀仁中学，江苏　无锡　214192)

类比法在物理教学中的功能初探

王春胜

(江苏省怀仁中学，江苏无锡214192)

摘要：新知识与学生熟知的旧知识具有某种内在的联系.但是，新知识所处的具体情境不同，学生不善于辨别各种情景的相似性，不能分析、概括出它们的共同本质，因而学习会感到困难.在这过程中，如果将新知识与旧知识进行类比，并指导他们逐步掌握运用类比推理寻找相似性的思维方法，从而达到在传授知识的同时，发展学生智力和培养能力的目的.

关键词：物理教学；类比法；功能

所谓类比，就是根据两种事物在某些特性上的相似，推理出它们在另一些特性上也可能相似的思维形式.类比法是物理教学、学习过程中的重要手段，是学生理解和掌握知识的重要方法，在教学中适当应用类比法，有利于引导学生辨别事物的本质特征和非本质特征[1]，类比法是理解透彻和思维升华的基础.类比促迁移，可由已知推及未知，化抽象为具体，将复杂问题分解为简单问题.将两个赋有内涵和外延类似的概念和规律进行比较，从而建立新的概念，得出新的规律.

1类比法在物理概念教学中的功能

1.1新旧类比，触类旁通

新课标教材特别重视在讲授新概念时联系旧知识，在类比中加深理解，开拓思路.在“电势能和电势”中，将电荷在电场中的电势能类比成物体在重力场中的重力势能，从而定义了电势能的概念.“带电粒子在电场中的运动”中，带电粒子在匀强电场中的运动类比于物体在重力场中的平抛运动.由于学生对重力场知识了解较多，对重力势能容易接受，再用类比法引入电势能的概念，这样的类比很自然，既加深了对新内容的理解，又是对已有知识的巩固.分析它的性质和区别于重力场的特点，在新旧知识间找相似或相异的地方，异中求同或同中求异，使学生对新知识有似曾相识的亲近感，深化了教学内容.学生对物理知识理解得越透彻，就越能起到举一反三的作用.培养学生运用类比推理的方法，有助于培养学生的思维能力.类比可以促进迁移，清楚地揭示了事物本质特征的异同.这样的类比在中学物理中还很多，例如课本中磁场知识的讲解类比了电场知识；光和声都是沿直线传播的，有反射、折射、干涉和衍射等现象；由声具有波动性可推出光也具有波动性等等.运用类比法，可沟通新旧知识的联系，深化、丰富教学内容.

1.2形象类比，事半功倍

许多物理概念都是在大量现象和事实的基础上通过科学的抽象建立起来的，在这一抽象过程中，如果适时地运用类比，将有利于学生对概念的理解[2].教师在引入电流概念之前，往往要以水流导入，从而引入产生电流的条件：导体两端要有电势差，就像要产生水流要有水位差一样.通过形象类比教学，取得了很好的效果.

在人教版高中物理选修3-2第四章《电磁感应》中的洛伦兹力与动生电动势的思考与讨论中提出很有针对性的四个问题，可以说是对前面学过知识的延续.

图1

如图1所示，导体棒CD在匀强磁场中运动，则：

(1) 自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力.导体中自由电荷的合运动在空间大致沿什么方向？为了方便，可以认为导体中的自由电荷是正电荷.

(2) 导体棒一直运动下去，自由电荷是否也会沿着导体棒一直运动下去？为什么？

(3) 导体棒的哪端电势比较高？

(4) 如果用导线把C、D两端连到磁场外的一个用电器上，导体棒中的电流是沿什么方向？

此题中的第(1) 问可以与运动的合成与分解的知识点进行形象类比(如图2).

图2

因此CD导体棒中的正电荷运动情况大致与玻璃管中的红蜡块一样，只不过蜡块在玻璃管中是匀速上升，而正电荷在先是加速运动最终稳定时是匀速运动，正电荷的合速度在空间就很容易画出了.综上所述，这样的类比不但让学生复习了前面所学过的知识，而且更形象地接受了新知识，增强了学生学好物理的信心.

1.3等效类比，简化难度

关于第(2) 、(3) 、(4) 问，在教学中可等效类比磁流体发电机的知识点，导体中的正电荷随导体棒一起以速度v运动，因此每个正电荷受到的洛伦兹力为F=evB，根据左手电则，F的方向竖直向上，在力F的作用下，正电荷沿导体棒向上运动，使导体棒上端出现过剩的正电荷，导体下端出现过剩的负电荷，结果使导体上端C的电势高于下端D的电势，出现由C指向D的静电场，此电场对正电荷的作用力F1是向下的，与洛伦兹力方向相反.随着导体两端正、负电荷的积累，场强不断增强，当作用在正电荷上的静电力F1与洛伦兹力F平衡时，CD两端就出现了稳定的电势差，如果用另外的导线把CD两端连接起来，由于C端电势比D端高，正电荷在静电力的作用下将流动，形成感应电流，电荷的流动使CD两端积累的电荷减少，洛伦兹力又不断使正电荷从D端运动到C端，从而在CD两端维持一个稳定的电动势.运用等效类比教学，既能激发兴趣，又降低了难度，同时进行了科学思维和科学方法的锻炼，这使学生遇到新的概念和问题时也能模仿等效，得出较为满意的结果.

2类比法在物理问题求解中的功能[3]

2.1面积类比，以一敌十

物理选修3-1教材第八节做一做栏目里有这样一个问题:现有一位同学测得I-t图像如图3所示，他测得的电源电动势为8V.则

图3

(1) 图2中画一个竖立的狭长矩形(在图2的最左边),它的面积的物理意义是什么?

(2) 怎样根据图2估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算.

(3) 根据以上数据的估算的电容是多少?

要解决上述问题,应先知道v-t图线下所围的面积表示位移,通过物理定义式及图像意义进行类比，可得出此图线所围面积表示电荷量，问题就迎刃而解.学生们对图线的物理意义有了深刻的认识，对P-V、F-x等一系列图像所围成的面积就会有新的认识，这将有助于学生思维的开发，遇到此类问题立即想到应用所围面积的物理意义来求解.

2.2模型类比，化虚为实

虚无飘渺的东西人们不易接受，只有我们身边实实在在的东西才容易接受.因此在物理教学中教师常常要将较难接受的抽象问题变成学生容易接受的具体的问题.

物理选修3-4相对论教学中有这样一道题:设地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.6c的速率向东飞行,一颗以0.8c的速率向西飞行的彗星，问：飞船上的人测得彗星以多大的速率向他运动?

综上所述，类比法在教学方面确实具有严格的逻辑推理特点和难以取代的功效.但在使用类比方法时，要注意各种不同事物之间的差异和区别，在引进新概念、新规律时，应当进一步把它们的本质讲清楚.只有这样，才能使学生更好地理解所学习的内容，启发学生的思维和加深对学习内容的理解，在教学及应用中起到举一反三的好效果.

参考文献：

[1] 王溢然等.中学物理思维方法丛书——类比[M].郑州:河南教育出版社，1989.

[2] 杜维.类比法在高中物理教学中应用[J].高中数理化，2012，(4下).

[3] 付爱明.类比法在物理解题中的应用[J].物理教师，2011，(9).