类比方法在物理教学中的妙用

类比是一种逻辑推理,也是抽象思维中的一种基本形式。许多重大的发现和发明创造常常得益于这种思维方法的高度发挥。通过教学实践归纳几种教学中经常使用的类比方法,让学生在学习物理的过程中,能够有效地掌握物理知识、发展智力、拓宽思路、培养创新意识和能力。

一、基本概念的类比

认识一个新的物理规律,首先要建立相应的物理概念,许多抽象的概念往往是学生认识新的物理知识的“拦路虎”,为帮助学生过好“概念关”,应该充分利用类比法,加强新旧知识的相互渗透,以减小知识的难度,培养学生的思维反应能力。例如,在电场强度的教学中,讲述电场强度E=—这个物理概念与电荷所受电场力和检验电荷有无关系时,将其与密度ρ=—、欧姆定律R=—进行类比。一个确定的物体,它的密度是确定的,与质量m和体积V无关;一个固定的电阻,它的阻值R是固定的,与电压U和电流I无关。同样,电场强度是由电场本身性质决定的,q是放入电场中的一个检验电荷,它所受电场力的比值,对于一确定的电场中某一位置的电场强度的大小与检验电荷q的电量大小及所带的电性无关。这些公式ρ=—、R=—和E=—,它们均为比值定义,公式是用来计算它们的数值大小的。将我们所学习过的基础知识、基本概念类比学习,温故知新,不但学习了新知识,建立了新的概念,同时也复习了旧知识。把新旧知识统一起来,降低了学习难度,大大提高了学生学习的积极性,学生学起来更有成就感!

二、因果类比

因果类比是根据相类比的两个对象各自属性之间可能具有相同的因果关系而进行的类比。例如,借助重力场中的因果关系,可以类比推出静电场的一些性质。如“势能”概念,由于重力势能比较容易讲解,重力做功现象也容易观察,因此,学生容易接受重力势能的概念及它们做功的规律。重力做功与路径无关,所以在重力场中可以引入重力势能的概念。我们把物体在重力场中具有的能叫重力势能,重力势能的大小与物体本身的质量和所处的位置有关,等于质点从该点移至零势能面的过程中重力所做的功,因此确定电势能大小应先选零势能面。重力做正功,物体的重力势能减小;重力做负功,物体的重力势能增大。静电场力做功也与路径无关,所以在静电场中可以引入电势能概念,我们把带电体在电场中具有的能叫电势能,电势能的大小与物体的带电量和所处的位置有关,等于物体从该点移至零势能面的过程中静电场力所做的功,因此确定电势能大小也应先选零势能面。电场力做正功,电荷的电势能减小;电场力做负功,电荷的电势能增大。重力势能是重力场和质点所共有的,电势能是电场和电荷所共有的。利用类比法,学生能较快地建立起电势能的概念,加深对势能共性的认识。当然,在比较共同点时,还应该指出它们的差异。通过“类比”既加深了对新概念的理解,也培养了学生求同思维的能力,使知识得到了“升华”。

三、物理现象的类比

随着物理学习的不断深入,所学的知识现象不断增多,类比中最为明显的莫过于电场与磁场的比较。伟大的物理学家麦克斯韦说:“电和磁的实验中最明显的现象是,处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因此,把这些现象化为科学形式的第一步就是,确定物体之间作用力的大小和方向。”法拉第引入了电场线来描述电场,用磁感线来形象地描述磁场。它们的相同点:都是人为假想的曲线,不是客观存在的;疏密表示电场或磁场的强弱,各个点的切线方向为该点的电场或磁场的方向;同一区域内任何两条电场线或磁感线不相交;曲线不是带电粒子的运动轨迹。不同点:电场线是不闭合的曲线,它总是从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处;磁感线是闭合的曲线,在磁体外部从北极出发指向无限远处或南极,在磁体内部又从南极指向北极。通过电场场强与磁感应强度类比、电场线与磁感线类比,进而拓展比较电场力与磁场力(洛伦兹力),层层推进,步步提高,不断激发学生的求知欲。通过以上的类比,我们把电场中的知识和磁场中的知识有机联系起来,把电现象和磁现象进行类比找到共同点、存异点,既巩固了电场的知识,又使学生对磁场知识有似曾相识的亲近感;既深化了教学内容,又使之由难到易,起到桥梁的作用。

类比法是人们认识客观世界的科学思维方法,根据类比的“异中求同”和“同中求异” 两个基本原则,选择相类比对象中适当的方面进行类比。它的运用能有效开拓思维, 提高认识能力、创新能力, 是人类科学发现的重要思想方法之一。教学中应努力渗透这种科学思维方法教育, 提高物理教学水平,起到真正好的教学效果, 培养出21世纪所需的人才。

参考文献:

[1]李春生.物理类比方法浅谈[J].现代物理知识,2003(1).

[2]蒋金山.类比法在物理教学中的应用[J].新课程(教师版),2006(11).

(作者单位:江苏省邳州市宿羊山高级中学)