类比推理在物理概念教学中的应用

钱荣根

摘 要：类比推理把抽象的知识形象化，把复杂的问题简单化，使学生利用已掌握的知识去建立和理解新概念。根据教学主线，采用把重力场、静电场的相同或相似特征左右呈现的方式，非常形象、直观地引导学生得出两场中概念的相似性。

关键词：类比物理; 概念教学

中图分类号：G633.7       文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2019）11-015-001

康德说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进。”逻辑学的传统看法认为，类比推理是根据两个或两类对象在某些方面是相同或相似的，推出它们在其他方面相同或相似的一种推理方法。对象间的相同或相似点越多，两者关联度就越高，结论也就可能越可靠。

物理概念是物理基础知识的重要组成部分，是学生学习物理的基础和台阶，常被人们称为物理学的精髓。在某种程度上，物理概念是构成物理规律、建立物理公式和完善物理理论的基本要素。如果把物理概念看成是中学物理的基本“元素”“基石”，那么物理规律就是中学物理殿堂的“支柱”。物理概念的抽象性及高中生认知结构中的一些缺陷，构成了学生学习物理概念的障碍。所以，使学生弄清概念、掌握规律，明晰概念、规律的来龙去脉，是一个十分复杂的过程。

奥斯特发现“电生磁”，法拉第等一批科学家就继续找寻“磁生电”;光既有粒子性又有波动性，德布罗意推断实物粒子也具有粒子性和波動性;卢瑟福借助于原子核与电子、太阳与行星在某些地方的相似进行类比，提出原子结构的行星模型。不仅物理学家喜欢用类比的方法，我们的物理教材也用形象的抽水机类比抽象的电源，用宏观的弹簧弹性势能类比微观的分子势能，用学生学习过的重力势能来类比新学的电势能等。类比可以唤起学生已有的知识或经验表象，对将要学习的知识提供一个相近的表象，实现知识的迁移。中学物理中采用类比教学来突破重点难点，希望解决物理难学、物理难教的问题。下面我结合《电势能与电势》的课堂教学谈一谈类比法在中学物理概念教学中的应用。

1.教材分析

人民教育出版社教材突出科学思想，渗透“功是能量转换的量度”：师生分析了静电力做的功之后马上就会自然地得到电势能的概念，随后，由于电势能与检验电荷成正比，于是又得到了电势和电势差。编者考虑对于现代的高中学生，能量已经是熟知的概念，电势和电势差则相对抽象，先学电势能再学电势差也符合从具体到抽象的原则。电势能作为能量家族的新成员，不仅丰富了对能量概念的认识，而且为电现象与其他现象之间的联系提供了沟通的渠道。后面讲到的非静电力对电荷做功与电势能的转化就是一例。

2.学情分析

对中学生来说，建立电势能和电势的概念是一个比较困难的过程。虽然采用了将电场力做功、电势能分别跟重力做功、重力势能进行类比，让学生在一定程度上能理解电场力做功的特点与建立电势能概念，但由于学习重力势能时没有学习与电势相对应的物理量，如“重力势”，所以在进行“电势”教学时还需要将它和“电场强度”进行类比。

3.类比教学片段

教学片段一：电场力做功与电势能变化关系

笔者选择问题情境导入：试探电荷+q在电场强度为E的匀强电场中沿不同路径从A点移动到B点，分别计算几种情况下电场力做的功。（1）沿直线AB。（2）沿折线AMB。（3）沿任意曲线AMB。

通过做功的计算，发现电场力和重力做功相似，与路径无关。接下来进行类比教学，电场力做功与电势能关系。

运用类比方法教学，以旧带新，能引导学生的思维从形象提高到抽象，把陌生的、未知的物理对象和熟悉的、已知的物理对象进行对比。

教学片段二：电势能的相对性

通过利用知识的类比和迁移，把抽象的知识形象化，把复杂的问题简单化，使学生利用已掌握的知识去建立和理解新概念;同时，通过体验类比的思维过程，较好地培养了学生的逻辑思维能力;最后，激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识的能力和对科学的求知欲望。