类比法在物理教学中的应用.doc

类比法在物理教学中的应用摘要：类比是一种重要的物理思维方法。充分运用类比方法，可帮助学生融会贯通所学知识，加深对物理规律和概念的理解,提高分析解决问题的能力，特别是用已有知识去探索未知领域的能力，从而达到触类旁通、以点带面、事半功倍的学习效果。本文同时指出使用类比方法应注意其局限性，并防止出现知识的负迁移现象。关键词： 类比方法 物理教学正文：在教学实践中，我认识到，物理教学中传授知识固然重要，然而掌握方法更可让学生受益终身。因此在教学中有意地渗透、传授物理学的研究、学习方法，使学生受到物理学研究、学习方法的熏陶和训练，让他们自觉不自觉地逐步掌握和运用这些方法。其中“类比法”在物理教学中就有着重要的意义：类比方法符合人们认识事物的规律和当代教育学、心理学规律。应用类比方法，不仅可把抽象的新知识纳入到已有知识系统中来，变抽象为形象、变难为易、变繁为简，同时又可激发学生联想，具有启发思路、举一反三、触类旁通的作用。从物理学的角度看，不同的研究对象之间有许多相同或相似的特征，他们遵守着相同或相似的物理规律，对他们的研究所采用的物理方法也受其特征的制约，三者之间有着必然的内在联系。若抓住研究对象的特征，应用类比，则既可进行传授知识的教学和应用知识的教学，又可进行物理方法的教学。在特定的教学中运用此种方法会达到事半功倍的作用。下面谈谈本人在教学中应用类比法的体会。一、类比可让物理知识 “生活化”生活中的许多事例由于学生的经验而变得形象。而物理学中有许多抽象的概念对于初学物理的学生来说是难以理解的，例如电动势的概念、场的概念、加速度的概念等。即使有些学生能正确解答相关习题，可事实上他们对于概念的真正意义却仍然有可能只是一知半解。比方说，有许多学生在学习电动势及闭合回路的欧姆定律的相关内容时，他们往往简单地认为电动势E就是内电压和外电压的总和，更严重的是，学生在这种错误的理解基础上，在解答闭合回路欧姆定律的习题时，他们总能用这种错误认识得到正确的答案。而有时有些教师仅仅通过批改作业，在没有深入了解学生对电动势的概念的真正掌握情况，就对学生的作业情况予以表扬肯定，这样从强化的角度来说，就更加深了学生对这一概念的根深蒂固的错误认识。那么如何才能让学生真正理解这些概念的物理意义？笔者以为，通过身边一些耳熟能详的事例的类比，或许能让学生真正的理解。案例：欧姆定律在欧姆定律的教学中，为了能让学生真正理解电阻和电动势的意义，笔者实施了这样的类比方式。如图所示，用两只水筒之间的高度差类比导体两端的电势差，用水笼头类比电路中的电键，用两种不同的水管对水流的阻碍能力类比不同的导体对电流的阻碍能力，又用水泵及水泵抽水能力高低不同的例子类比电源及电动势，从而让学生体会电学中的相关概念的物理意义。再比如，LKAB水泵水轮机阀门图2例如在初中学习电源的作用、建立电压概念时，就可用下列两图进行类比： 水流电流，水路电路，阀门电键，水泵电源，水轮机电灯，水位差（水压）电压，水流做功使水轮机转动电流做功使电灯发光，学生就可很形象地理解电源所起的作用就是使电路两端产生电压，电压的作用就是使自由电荷发生定向移动形成电流。二 、物理概念教学中的类比物理学是自然科学中的一门基础科学，它不仅有一定的知识内容，而且这些内容之间存在着必然的内在联系。如在学习静电场一节内容中，“电场”概念的建立是极为重要的，但由于此概念比较抽象，学生往往难以理解。可以用力学中所学重力场与之类比：地球周围存在着重力场，地球上所有物体都处于重力场中，都受到了地球的作用重力。同样，电荷的周围存在着电场，电场对处于其中的电荷有电场力的作用，（如：点电荷间的库仑力的作用）。再由物体在重力场中具有了与地球位置有关的重力势能，引导学生总结出，检验电荷在电场中也应具有与场源电荷位置有关的电势能。如此类比，相当于在新旧知识间架起了一座桥梁，让学生能够从已掌握的旧知识中顺利地接受和理解新知识。又如：场强E和电势U这两个描述电场的物理量，E、U与检验电荷q有无关系呢？而牛顿第二定律M=F/a，当物体受到的合外力为零时，物体产生的加速度也为零，但物体的质量为一定值；再有，欧姆定律中R=U/I，若电阻不接入电路中，U、I均为零，但电阻R却一定。究其原因，盖它们都是事物本身的物质属性。这种简单的类比，使学生顿悟：E、U是描述电场本身性质的物理量，电场是客观存在的，与检验电荷无关，而定义式：E=F/q、U=/q只是定义E、U和计算E、U大小的。三、物理规律应用中的类比从物理学的角度看，不同的研究对象之间有许多相同或相似的特征，他们遵守着相同或相似的物理规律，对他们的研究所采用的物理方法也受其特征的制约，三者之间有着必然的内在联系。若抓住研究对象的特征，应用类比，则既可进行传授知识的教学和应用知识的教学，又可进行物理方法的教学。在教授带电粒子在匀强电场中的偏转时，因为学生学习过的平抛运动中的物体的运动比较具体，通过实验和对闪光照片的研究，学生对平抛运动中的物体的认识比较深刻，知道处理平抛运动的问题时，一般将其分解水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，其根据是物体只受重力，水平方向不受力作用而做匀速直线，竖直方向没有初速度做自由落体运动。由于带电粒子摸不着看不见，学生难以形成具体的印象。如果我们将带电粒子进入匀强电场时的运动情况（如图）和受力情况与做平抛运动的物体的运动情况和受力情况进行比较，由于带电粒子所受的重力和电场力相比可以忽略，可以认为带电粒子只受电场力，而电场力和带电粒子的初速度也是垂直的，因此带电粒子的运动和平抛物体的运动性质是一样的。我们把这类运动可以称为类平抛运动。因此我们可以用平抛运动的规律来解决此类问题。同时应该让学生懂得：如果我们以后再遇到新的情境、新的问题时，依然可以通过类比，用我们学过的、已掌握的知识和规律来解决新的问题。四、物理习题中的类比“课能听懂，但不会做题”，是学生中存在的普遍现象。究其原因，是因为学生缺乏知识的系统化，所学的知识是零散的，没有融会贯通，所以学习效果并不好。如果能够在物理知识的复习中适时地运用类比方法，促使学生把前后知识联系起来，形成知识体系，学生的学习就会事半功倍。比如各种图像中面积的类比：vt图象的面积为位移、Ft图象的面积为冲量、PV图象的面积为气体做功、 UI图象的面积为电流做功的功率；或将重力场、电场与磁场列表（如下表格）进行比较等等，有利于将相类似的知识纳入同一知识体系中，丰富原有的认知结构。这样使新旧知识取得联系，将新知识建立在旧知识的基础上，一方面可以使学习和保持新知识最为有效，另一方面又可以增强原有的起固定作用的旧知识的稳定性和清晰性。同时，习得的知识以一定的结构贮存，在应用时也更利于提取。磁场、电场、重力场的类比磁场电场重力场磁极与磁极之间有力的作用电荷之间也有力的作用地球与地球上的一切物体也有力的作用同名磁极相互排斥异名磁极相互吸引同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引地球与地球上的一切物体相互吸引磁体周围存在磁场电荷周围也存在电场地球周围存在重力场磁极间的作用需要磁场来传递电荷间的作用也需要电场来传递地球与物体间的作用也通过重力场来传递磁场是一种物质电场也是一种物质重力场也是一种物质用类比的方法求解物理问题，可以用已知模型的物理规律求解不熟悉的物理问题，拓展了思维，也简化了解题过程。许多形式不同的物理习题具有相同或相似的特征，只要理解、掌握了一个问题的特征和解法，应用类比，这类问题就迎刃而解了。从某中意义上讲，这是把学生从题海战术中解放出来的有效方法。五、类比的局限性类比方法能使教学新颖、活跃，又能潜移默化地使学生受到物理方法教育，激发学生的探索精神。但是，类比方法是由个别到个别或一般到一般的不完全归纳推理。因为已知的相似属性和推出的相似属性之间不一定有必然的联系，所以从两个对象之间在某些属性方面的相似或相同，并不能得出它们在某些属性方面必然相似或相同的结论。可见，运用类比方法得出的结论不一定都是可靠的。 类比推理得到的结论的可靠程度是由相比较的两个对象所共有的性质和推出的性质之间的联系决定，只有类比的相同属性多，类比属性与类推属性有本质联系或联系密切，则类比所得结论就比较可靠；否则，可靠程度就小。因此，正确应用类比方法的关键是，既要选择适当的类比对象，又要抓住事物的本质联系作为推理的依据，同时还要在分析、综合的基础上比同比异，方能得到较为可靠的推论。总之，类比方法是一种重要的物理思维方法，它可以使知识条理化，把抽象的知识形象化，把复杂的问题简单化；它能