中學(xué)物理中的類比思想

1、中學(xué)物理中“類比思想”的教學(xué)西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué)（特級教師） 徐衛(wèi)兵“類比法”是研究和學(xué)習(xí)物理的一種極其重要的方法，能啟發(fā)和開拓我們的思維，給我們提供解決問題的線索，是提出科學(xué)假設(shè)和探索新理論的重要途徑，正如前蘇聯(lián)學(xué)者瓦赫羅夫所說：“類比像閃電一樣，可以照亮學(xué)生所學(xué)學(xué)科的黑暗角落?！彼鼘ξ锢韺W(xué)的發(fā)展建立了不可磨滅的功勞，對學(xué)生學(xué)習(xí)物理發(fā)揮著巨大的作用，對于解決一些教學(xué)難點也有很大的作用。本文將探討中學(xué)物理教學(xué)中的“類比思想”。1類比思想“類比思想”包括兩方面的含義：（1）聯(lián)想，即由新信息引起的對已有知識的回憶；（）類比，在新、舊信息間找相似和相異的地方，即異中求同或同中求異通過類比思想，在

2、類比中聯(lián)想，從而升華思維，既有模仿又有創(chuàng)新英國的培根有一句名言：“類比聯(lián)想支配發(fā)明”。他把類比思維和聯(lián)想緊密相聯(lián)，只有有了聯(lián)想才能有類比思維，不論是尋找創(chuàng)造目標(biāo)，還是尋找解決問題的辦法部離不開聯(lián)想的作用。2類比思想的意義2.1科學(xué)史教育物理學(xué)中的類比最有影響的事例是伽利略發(fā)現(xiàn)落體定律：亞里士多德認為重的物體下落快，伽利略進行了簡單的類比推理：將輕重不同的兩物體綁在一起，按常識應(yīng)是快的物體拉著慢的物體一起下落，按亞里士多德的觀點，由于復(fù)合體比重的物體更重，下落應(yīng)該比重的物體更快，這一矛盾結(jié)果的得出，輕易否定了亞里士多德的命題，后來經(jīng)過了著名的比薩斜塔實驗的驗證和更精確的研究，發(fā)現(xiàn)了落體定律。法拉

3、第了解到奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能產(chǎn)生磁場后，就自然地進行了逆向思考和類比推理：既然磁鐵能使附近的鐵塊感應(yīng)磁化，靜止電荷可以使附近導(dǎo)體感應(yīng)出電荷，那么電流也應(yīng)該使附近的線圈中感應(yīng)出電流。于是他在日記中寫下一個光輝的思想：“轉(zhuǎn)磁為電?！彼ㄟ^10年的探索、研究、實驗，終于發(fā)現(xiàn)磁場中獲得電流的方法，使電磁學(xué)得到突飛猛進的發(fā)展。22培養(yǎng)學(xué)生的思維能力物理類比思維是物理思維的一種重要形式。開普勒說：“我重視類比勝于任何別的東西，它是我最可信賴的老師，它能揭示自然界的秘密?！笨档略f：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往能指引我們前進?！边\用物理類比思維可以把陌生的對象和熟悉的對象進行對比，把未知的東

4、西和已知的東西相對比。特別是在還不足以進行歸納推理和演繹思維的情況下，類比更是得天獨厚，它可以啟發(fā)思路、提供線索，使學(xué)生進一步認識物理世界。運用類比方法教學(xué)能夠給抽象的事物賦予間接的直觀形象，把研究對象具體化，幫助學(xué)生有效地把握物理知識、發(fā)展智力、培養(yǎng)能力。 2.3突破教學(xué)難點在物理學(xué)習(xí)中，類比方法具有探索和解釋兩個功能。解釋功能在于喚起學(xué)生頭腦中已有的知識或經(jīng)驗表象，對將要學(xué)習(xí)的知識提供一個相近的表象，實現(xiàn)知識或經(jīng)驗的遷移。我們正是想利用類比方法的解釋功能，來突破教學(xué)難點，解決物理難學(xué)、物理難教的問題。3類比教學(xué)法在高中物理教學(xué)的理論依據(jù) 類比教學(xué)法是通過與教學(xué)內(nèi)容相似或相通并且為

5、學(xué)生較熟悉的事物作類比，以建立知識模型，化抽象為具體，促使復(fù)雜為簡單，進而幫助學(xué)生實現(xiàn)新知識的深化理解，并以促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維為目標(biāo)的教學(xué)方法。類比教學(xué)法以“建構(gòu)主義”理論為理論支撐，建構(gòu)主義理論從認識論的高度揭示了認識的建構(gòu)性原則，強調(diào)了認識的能動性，在舊知識的基礎(chǔ)上探究構(gòu)建新的知識，建立知識間的聯(lián)系的紐帶，促進知識的遷移。 4類比思想在中學(xué)物理學(xué)中的分類關(guān)于類比的分類方法很多，本文根據(jù)教學(xué)中遇到的情況作如下分類：41現(xiàn)象類比現(xiàn)象類比是用類比法研究物理問題的第一步，就是用類比方法從兩種物理現(xiàn)象中找出某種聯(lián)系，找出共同特點，從而找出解決問題的共同方法或相似的方法。牛頓在導(dǎo)出萬有引

6、力定律時就是用的類比，他們都遵循開普勒三定律，又將地球表面物體的重力加速度和月球軌道上的加速度進行類比，經(jīng)過計算，才導(dǎo)出了萬有引力定律公式，現(xiàn)象類比就是要從不同物理現(xiàn)象中找出相同的原理和共同的規(guī)律。42知識點類比。教材中有許多相同形式的知識點，如A=B/C形式有：速度=位移/時間，電阻=電壓/電流，電場強度=力/電量等，這些知識點在復(fù)習(xí)時如果分散教學(xué)則會浪費大量時間。如果能集中在一起學(xué)習(xí)，找出它們的共同點，設(shè)置相同的問題，如在B一定時，A與C的關(guān)系，則會起到以點帶面、舉一反三的效果，從而系統(tǒng)化地掌握概念，也有助于培養(yǎng)學(xué)生分析、比較的能力。43概念類比。對于一些極為陌生、抽象的物理概念，如果用熟

7、悉的、形象化的事物去類比，那么往往會產(chǎn)生“一語道破天機”的驚人作用，幫助學(xué)生加速認識過程。如在電學(xué)中電阻的定義式R = U/I和電容的定義式C=Q/U，進行類比之后，學(xué)生很自然地就能領(lǐng)會電容的定義式的合理性，并能初步理解電容、電量Q、電勢差U之間的關(guān)系。再將電容器和水杯等容器類比得出電容器的電容類似容器的容積一樣由本身結(jié)構(gòu)決定，加深“電容”概念的形成。利用類比法使抽象、陌生的概念變?yōu)榫唧w、熟悉的知識，降低知識理解的難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。44圖象類比圖1物理圖象是展現(xiàn)物理規(guī)律的重要手段，能直觀反映自變量和因變量之間的變化關(guān)系、變化快慢（斜率）、因變量對自變量的累積變化情況、物體運動過程等

8、。如在探究彈性勢能表達式的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生通過與勻變速直線運動位移公式的推導(dǎo)過程進行類比，讓學(xué)生利用圖象法自主探究彈性勢能的關(guān)系式。學(xué)生學(xué)會類比后，很多問題都能迎刃而解，如近幾比較頻繁的對非勻強電場的圖象的考查，學(xué)生普遍感覺比較難。如果學(xué)生平時對圖象掌握得比較好，類比到這兩輻圖象中就不會感覺到難，如2009年江蘇第8題（圖1）利用圖象的斜率可以找到電場強度的關(guān)系、2010年江蘇第5題（圖2）利用圖象的面積就可找到電勢的關(guān)系。圖245模型類比如果能從兩個物理問題所對應(yīng)的物理模型中所具有的一些明顯相同的特性出發(fā)，經(jīng)過類比，由此可以推斷出它們具有更多的相同的特性，這就是模型類比。模型類比是將事物

9、的本質(zhì)屬性進行類比，是更高層次的類比。在類比時要注意：有的物理模型形異而質(zhì)同，而有的物理模型是形同而質(zhì)異，切忌不加分析濫用類比，引起知識的負遷移。如彈簧的連接體問題，雖然外形不同，表述不同，但模型是相似的，物理本質(zhì)和兩個小球的彈性碰撞模型相似，外力不做功，內(nèi)力是保守力，系統(tǒng)水平動量守恒，系統(tǒng)中能量相互轉(zhuǎn)化，沒有熱損失，有了模型類比，會解一道題，就會解答一類題目。模型的類比起到了“以一當(dāng)十”的作用。46因果類比 因果類比是根據(jù)相類比的兩個對象各自屬性之間可能具有相同的因果關(guān)系而進行的類比推理。如在“電流的形成”的教學(xué)中，用“水流的形成”相類比，推出“電流的形成”。學(xué)生知道“人往高處走，水往低處流

10、?！币簿妥匀坏叵氲剑涸鯓硬拍苄纬伤髂?？經(jīng)過學(xué)生的思考和討論，得出：水流的形成是由于水有高度差（水往低處流）。用水流跟電流類比，就能推出電流形成的條件。47規(guī)律類比 兩個對象有若干屬性相同或相似，并且在兩者數(shù)學(xué)方程式相同或相似的情況下，推論在其他方面的屬性也相同或相似。如萬有引力定律與庫侖定律的數(shù)學(xué)表達式在形式上十分類似，都符合平方反比率。5類比思想的培養(yǎng)策略51善于創(chuàng)設(shè)類比的問題情境物理課堂教學(xué)中，我們不妨恰如其分地創(chuàng)設(shè)類比聯(lián)想的問題情境，暴露其思維過程，把每一個環(huán)節(jié)展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生嘗試觀察和類比。在教學(xué)過程中巧設(shè)類比，并結(jié)合其它教學(xué)方法，創(chuàng)設(shè)類比教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極

11、探究，讓學(xué)生愉快地自主學(xué)習(xí)。通過學(xué)生的熟悉事物類比聯(lián)想啟發(fā)，實現(xiàn)對抽象知識的意義建構(gòu)，加深學(xué)生對抽象概念的理解，促使學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。 52教學(xué)過程中展現(xiàn)知識點的形成過程學(xué)生對已學(xué)知識掌握的水平，直接影響到類比能否順利實施開展。只有相關(guān)知識作為基礎(chǔ)，才有進行類比探究的可能。展現(xiàn)知識點的形成過程，有利于學(xué)生在自主的學(xué)習(xí)活動中感悟到其中的思想方法和內(nèi)在聯(lián)系，學(xué)生在遇到新問題時才能利用這些思想方法進行類比思維。教學(xué)中傳授知識固然重要，而掌握方法可受益終身，因此在教學(xué)中挖掘教材中的類比思想，逐步滲透于教學(xué)過程中，使學(xué)生受到科學(xué)研究方法的熏陶和訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，使學(xué)生自覺不自覺地逐步掌握和運用這些方法。附：工作經(jīng)歷起止時間在何地、何學(xué)校（單位）何崗位任何職90、8-91、7如東縣苴鎮(zhèn)中學(xué)、班主任、高一物理、中學(xué)初級91、8-97、7江蘇省栟茶高級中學(xué)、班主任、高二物理、備課組長、中學(xué)二級