“类比思想”与“转化思想”例说

王世旺

“类比思想”与“转化思想”是物理学习的很重要的思想，它几乎渗透在物理教学每一个过程之中。“类比”是由已有知識向新知识过渡的一种很有效的方法，所谓“转化”，它是指将一些隐性的或不易直接测量的物理量、物理概念或物理规律，转化为显性的或可以间接测量的一种间接的思想方法，从而实现化繁为简、化难为易的目的。

类比思想与转化思想主要体现在以下几个方面：

1. 化抽象为具象

物理概念体现的是一种思维形式，人们借助这种思维形式来认识各种客观事物和现象的本质特征，因而物理概念具有一定的抽象性，学生往往由于缺乏相应的感性认识，容易形成学习时的障碍。因此，重视运用“转化思想”将物理概念所反映的一些现象、一些效应直观地显现出来，引导学生去认识、去感知、去领悟她们的本质特征，达到化抽象为直观的教学效果。

案例：温度与温度计

温度是物体的冷热程度，它是一个可以感知但是看不见摸不着的物理量，那么我们怎么把温度直观地显现出来？普通液体温度计就是利用液体热胀冷缩的性质，把温度的变化转化成可以看得见的液体的体积的变化、更直观的是液柱在温度计的毛细管中的长度变化而显现出来。简言之，就是把温度的变化转化为长度的变化。

电阻是导体对电流的阻碍作用，也是看不见摸不着的，是一个抽象的概念。要理解这一概念，可以先做一个类比：路面对车的阻碍作用，可以从车流量的大小来判断，路不好走，对车辆的阻碍作用就大，车走的慢，车流量就小，所以车流量小可以说明路面对车的阻碍作用大。与此类似，导体对电流的阻碍作用，可以从它产生的效应入手，将一个灯泡接入电路，通过灯泡的亮度来判断电流的大小，进一步判断电阻的大小。

实际上，很多仪表都是利用转化的思想把看不到的物理量转换为可视的直观的物理量制成的：电流表把电流的大小转化为指针的摆幅；电压表是把电压的大小转化为指针的摆幅直观可见，可以从表盘上直接读取我们所需要的物理量。弹簧测力计把力的大小转化为弹簧伸长的长度；杆秤把质量转化为在秤杆上可以看得见的长度；水银压强计把压强转化为水银柱的高度，等等。

2. 化隐性为显性

物理是一门以观察和实验为基础的科学，实验是整个初中物理教学的坚实基础，它不仅能够提供学习的感性材料，还能引导学生思维发展，是提高学生学习能力、培养学生科学素养的重要途径。但在实验中，有一些物理性质和物理量，由于其自身属性的关系，很难用仪器仪表直接显示出来，或因条件所限，无法提高测量的准确度，此时就需要灵活运用转化的办法，在等效的前提下，把这些隐性的物理性质转化为方便测量的物理量。

案例：探究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关

学生猜想：电磁铁是也通电之后才有磁性的，磁性的强弱可能与电流大小有关；可能与线圈的匝数有关；可能与线圈的形状有关；等等…

猜想依据：磁性是物质的一种隐性的物理属性，磁性的有无、磁性的强弱都是不能直接看出来的，如何直观地显示这种性质，如何比较电磁铁磁性的强弱？从磁性的定义出发，直接看他能否吸引大头针可以判断（磁性的有无——能否吸引大头针），而磁性的强弱指的是电磁铁吸引铁、钴、镍等物质的能力的大小，这样，就需要将这一隐性的性质转化为可以直接看到的它吸引大头针的数量来显示它的磁性的强弱（磁性的强弱——吸引大头针的多少）。

磁性看不见也摸不着，这种以能否吸引大头针以及吸引大头针的多少来判断电磁铁磁性的有无以及磁性的强弱的方法，就是转换法。思想已经明确，就可以大胆地设计实验了。

3.化直接为间接

学习物理的目的是为了应用，综合实践活动是物理课堂教学的延伸与拓展，学生讲课堂上所学的知识到实际生活中进行检验和运用，可以有效地培养学生学以致用。解决实际问题的能力，实际活动过程中，重视“转化思想”的应用，能够将复杂的制作及测量环节，变得更简便与直接。

案例： 制作密度计

活动目的：利用物体漂浮条件制作一个密度计

所需器材：直径为8.0cm的圆柱形空饮料瓶，细砂（配重）简单制作工具等等

制作方法：准备空饮料瓶一个，打开瓶盖，在饮料瓶里倒入质量适当的细砂，保证饮料瓶能够直立与水中适当深度处，根据事先测量好的瓶底的半径和瓶子与细砂的总质量计算出不同密度对于的高度，在饮料瓶外壁标上刻度线，一个简易的液体密度计就做成了

确定刻度：事先测出饮料瓶与细砂的总质量m，，用刻度尺测出饮料瓶的外半径r，根据漂浮条件和阿基米德原理计算出不同液体的密度对应的浸入深度，然后在饮料瓶的外壁标出刻度（刻度是不均匀的）。

本案例中，活动小组的学生们巧妙且恰当地运用了转化的思想，将待测的物体质量转化为可以直接标记在瓶身上的长度刻度值，非常简单适用。

4.习题教学中应用 化数字为图形

习题教学贯穿于物理教学的全过程，是促进和完善学生对新知识认识、培养学生分析和解决问题能力的重要途径，物理习题一般都给出了一些已知条件和物理量，通常这些物理量的题设条件下存在着内在联系，如果学生仅文字和数字的角度去思考，很难把握这种内在联系，往往因此陷入解题困境，不知如何下手，而灵活运用“转化思想”将题目中条件和物理量“数”的信息转化为“形”的信息，便能是所需要解决的物体一目了然，从而顺利完成解题。

案例：机械运动中的路程——时间图象、速度——时间图象、固体熔化凝固图象（此处不展开分析）。

5.化复杂为简单

物理学史是一座人类科学思想方法的宝库，蕴含着及其丰富的教育价值，在物理学史教育过程中，通过深入剖析若干物理学重大发现、重大突破的典型案例，了解科学大师们的科学发现与创造思路，品味其非凡的想象力和独特的科学上思想方法，可以使学生接受科学精神和科学思想的熏陶，发展思维能力，培养创新意识，转化思想精神其中一种常见的、具有重要意义与价值的科学思想。

案例 托里拆利实验

初中学生学习了液体压强规律后，了解到液体内部压强公式，一般会习惯地用类比的方法想到一个新问题——大气压强有多大？如何计算？能否用液体压强公式来计算呢？显然，因为空气的密度是不均匀的，随着海拔高度的增多而减小，不是一个定量，所以不能通过测量高度借用液体的压强公式来间接测量大气压强，液体压强公式不再适用。

意大利物理学家和数学家托里拆利首先解决了这个难题。托里拆利根据大气压强与它所能够支持的水银柱的压强存在着相等的关系，把测量大气压强转化为测量水银柱的压强。而只要测出了大气压能够支持的水银柱的高度，就可以利用液体压强公式快速计算出水银柱的压强， 进而得到大气压强。就这样巧妙地化解了一个复杂问题。由此可见，转化思想在科学研究中有着重大价值和无穷魅力。同时告诉我们：物理学史教育对培养学生科学素养有着无可替代的作用。