類比法在物理教學(xué)中的運(yùn)用

1、類比法在物理教學(xué)中的運(yùn)用物理學(xué)發(fā)展史告訴我們：很多關(guān)鍵時(shí)刻，科學(xué)家巧妙地運(yùn)用了類比推理，提出科學(xué)假說(shuō)，從而 獲得了巨大的成功?？档略f(shuō)過(guò)：“每當(dāng)理解缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往指引著我們 前進(jìn)。”類比一一是指在新事實(shí)同已知事物間具有類似的方面作比較。類比法是人們所熟知的兒種邏輯 推理中最富冇創(chuàng)造性的?？茖W(xué)史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明，往往發(fā)端于類比，類比被譽(yù)為科學(xué)活動(dòng)中 “偉大的引路人”，是它首先推動(dòng)了假說(shuō)的產(chǎn)生。盡管類比不能代替論證，但可以為理解新知識(shí)、概 念和規(guī)律提供依托。因此，作為一種“從特殊推到特殊的科學(xué)方法”，類比法在物理教學(xué)中冇著廣泛 的應(yīng)用。一、新、舊知識(shí)類比物理學(xué)是自然科學(xué)

2、屮的一門基礎(chǔ)科學(xué)，它不僅有一定的知識(shí)內(nèi)容，而且這些內(nèi)容z間存在著必 然的內(nèi)在聯(lián)系。將新、舊知識(shí)進(jìn)行類比，給學(xué)生以啟示，使學(xué)生易于掌握新知識(shí)，同時(shí)也鞏固了|口 知識(shí)。如在學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)一節(jié)內(nèi)容屮，“電場(chǎng)”概念的建立是極為重要的，但由于此概念比較抽象，學(xué)生 往往難以理解?？梢杂昧W(xué)中所學(xué)的重力場(chǎng)與z類比：地球周圍存在著重力場(chǎng)，地球上所有物體都 處于重力場(chǎng)中，都受到了地球的作用重力。同樣，電荷的周圍存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)対處于其中的 電荷有電場(chǎng)力的作用（如：點(diǎn)電荷間的庫(kù)侖力的作用）。再市物體在重力場(chǎng)中具有與地球位置有關(guān)的 重力勢(shì)能，引導(dǎo)學(xué)?？偨Y(jié)出，檢驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中也應(yīng)具有與場(chǎng)源電荷位置有關(guān)的電勢(shì)能。如此類比,

3、 相當(dāng)丁在新舊知識(shí)間架起了一座橋梁，讓學(xué)牛能夠從已掌握的舊知識(shí)中順利地接受和理解新知識(shí)。又如：場(chǎng)強(qiáng)e和電勢(shì)u這兩個(gè)描述電場(chǎng)的物理量，e、u與檢驗(yàn)電荷q有無(wú)關(guān)系呢？而牛頓笫二 定律m二f/a,當(dāng)物體受到的合外力為零時(shí)，物體產(chǎn)生的加速度也為零，但物體的質(zhì)量為一定值；再 有，歐姆定律'i' r=u/i,若電阻不接入電路中，u、i均為零，但電阻r卻一定。究其原因，蓋它們 都是事物本身的物質(zhì)屬性。這種簡(jiǎn)單的類比，使學(xué)生頓悟：e、u是描述電場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量，電 場(chǎng)是客觀存在的，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，而處義式e二f/q、u=e/q只是左義e、u和計(jì)算e、u大小的。二、生活經(jīng)驗(yàn)與物理規(guī)律的類比學(xué)牛

4、在fi常學(xué)習(xí)牛活中積累了一定的?；罱?jīng)驗(yàn)，用學(xué)牛身邊的事例進(jìn)行類比，可啟發(fā)學(xué)牛的思 維，調(diào)動(dòng)學(xué)牛學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)牛在?；钪杏^察和分析事物的能力。如講電勢(shì)差時(shí)，可用瀑布來(lái)作為例子：瀑布的水量越大，落到底部的動(dòng)能越人；而瀑布落差越 人，落到底部的動(dòng)能也越人。動(dòng)能是由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化獲得的，即瀑布的重力勢(shì)能與瀑布的水最、落 差有關(guān)。讓學(xué)生自己類比得出：電勢(shì)能與電荷量和電勢(shì)差有關(guān)：“qu介紹彈簧振子的振動(dòng)時(shí)，振子向平衡位置方向運(yùn)動(dòng)為變加速運(yùn)動(dòng)，學(xué)生不能理解加速度減小而 物體速度增加這一現(xiàn)象，可用人的身高增長(zhǎng)作類比：人從出生到成人，其身高逐漸增高。當(dāng)人的年 齡接近成人階段，其身高增長(zhǎng)速度將逐漸減慢，但人的

5、身高卻仍在繼續(xù)增高，只是增高變緩了，而 并非人越長(zhǎng)越短。當(dāng)身高停止增長(zhǎng)，人的身高達(dá)到了他一生中的最大身高。學(xué)生從這一簡(jiǎn)單的類比 中很容易理解：加速度在減小，只意味著速度的增量在逐漸減少，但物體的速度值卻在增加，為變 加速運(yùn)動(dòng)。三、相關(guān)學(xué)科知識(shí)與物理知識(shí)的類比口然科學(xué)分科龐雜，物理只是眾多學(xué)科之一，可以用其它學(xué)科的一些學(xué)生已學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行類 比，幫助他們理解一些物理現(xiàn)彖和物理過(guò)程。如講解飽和汽，學(xué)生往往認(rèn)為達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，液體不再蒸發(fā)。這可與生物學(xué)中“根對(duì)水的吸 收”類比：當(dāng)根細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞液濃度與土壤溶液的濃度相等時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)出細(xì)胞膜的水分子數(shù) 相等，為一動(dòng)態(tài)平衡。學(xué)生可從類比屮得出結(jié)論：密

6、閉在容器屮的液體達(dá)到飽和汽狀態(tài)時(shí)，單位時(shí) 間內(nèi)液體蒸發(fā)產(chǎn)牛的汽分子數(shù)和回到液體內(nèi)的汽分子數(shù)相等，也是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。故宏觀上液體分 子總數(shù)不再減少，汽分子數(shù)不再增加。這樣類比，使學(xué)牛領(lǐng)略了“類比”這一重要的認(rèn)識(shí)問題的方法，既加強(qiáng)了各學(xué)科間的橫向聯(lián)系, 又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；既降低了某些物理新知識(shí)的教學(xué)難度，又增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)好物理的信心。 例如，高中教材在介紹磁單極了的內(nèi)容時(shí)，就采用了類比的方法：帶電體周恫冇電場(chǎng)，磁體周圍冇 磁場(chǎng)，同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這是它們的相似之處。但它們又不完全相似，在電 現(xiàn)象里冇電荷，正負(fù)電荷可以單獨(dú)存在，在磁現(xiàn)彖里冇沒冇磁荷？磁單極了是否存在？科學(xué)研究的

7、 新課題就是這樣通過(guò)類比提出來(lái)的，提出來(lái)后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。類比法可使知 識(shí)條理化，它能分清概念和規(guī)律之間的相似和差異，從而發(fā)展知識(shí)的“空缺”，指引研究的方向。門 捷列夫元索周期表就是通過(guò)分析歸納抓住各元索的質(zhì)量排列和電荷數(shù)排列，把它們的物理性質(zhì)和化 學(xué)性質(zhì)作類比，從而發(fā)現(xiàn)了 “空缺”，再有目的、有方向地尋找這些“空缺”對(duì)應(yīng)的元素，并口.獲得 了巨大的成功。我們的中學(xué)物理最后介紹了基本粒子，現(xiàn)在基本粒子已達(dá)到兒百種，這些基本粒子 是不是同一層次？什么是它們排列的主線？它們之間存在著什么規(guī)律？可以建立什么樣的模型和理 論？這正是當(dāng)代科學(xué)家進(jìn)攻的前沿陣地之一，這些問題的解決，類比法自然要發(fā)揮它的巨人作用。在