巧用类比法实现物理课堂有效教学途径探讨

【摘要】提高课堂教学效率是当前课程改革深化的首要问题，本文从运用类比法加强物理新旧知识的衔接、运用类比法深化物理概念、物理规律的理解以及运用类比法培养学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力等途径对实现物理课堂有效教学进行了探讨。

【关键词】类比法；实现；物理课堂；有效教学；途径探讨

新课程实施以来，课堂教学改革正朝着素质教育的方向稳步推进，并取得实质性的进展。但由于对新课程理念理解领会不到位以及实施者缺乏必要的经验和能力，课堂教学改革也出现了形式化、低效化的现象，因此提高课堂教学的效率是当前课程改革深化的首要问题。

而有效教学是指教师遵循教学活动的客观规律，以尽可能少的时间、精力和物力投入，取得尽可能多的教学效果，从而实现特定的教学目标，满足社会和个人的教育价值需求??[1]。

所谓类比法，就是根据两个对象之间在某些方面具有的相同或相似性，推论它们在其它方面也可能相同或相似的方法。

类比法是科学思维中常用的一种重要的方法，也是物理学中经常采用的一种研究方法，它贯穿在物理学的全部发展过程中。“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进。”[2]开普勒说过“我重视类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然界的秘密。”[3]

新课程强调以教师为主导以学生为主体，让学生成为知识的主宰者和探索者。物理课堂巧妙运用类比法组织教学，激发学生探索的欲望，引导学生进行探索，使物理学习成为学生积极主动的活动。基于类比法我们对实现物理课堂有效教学的途径进行了下面的探讨。

1.巧用类比法加强物理新旧知识的衔接 -----实现物理课堂有效教学

巧妙运用新旧知识类比学习物理，能起到事半功倍的效果。例如光和声都是沿直线传播的，有反射、折射、干涉和衍射等现象。由声具有波动性可推出光也具有波动性的结论。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。

还如，分子势能的理解和掌握对学生来说有一定的难度，分子势能中主要难点问题：分子势能与分子距离之间的变化规律，可以巧用类比的方法进行分析：

分子势能是指分子间存在相互作用力，分子间具有由他们的相对位置决定的势能。可以用弹性势能的变化规律与分子势能的变化规律进行类比分析，首先弹簧有一个平衡位置（F=0），势能为最小。同样两个分子间也有分子力为零的平衡位置（r=r0），分子势能为最小（如图1）。其次从平衡位置压缩弹簧它的弹性势能将增加。同样从平衡位置压缩两分子间距离分子势能将增加（如图2）。另外从平衡位置拉伸弹簧，它的弹性势能将增加。同样从平衡位置增加分子间距离分子势能将增加（如图3）。最后我们总结一下分子势能与分子距离之间的变化规律是：平衡位置处分子势能最小，从平衡位置起分子间距离无论增大还是减小分子势能都变大。我们也可以用一个图来反映这个变化规律（如图4）。从这个图中我们可以清楚地看出分子势能随分子间的距离变化而变化的规律。由上面类比分析总结出分子势能的变化规律如下：

①当r>r0时，分子力表现为引力，随r的增加，分子引力做负功，分子势能增加。

②当r

③当r=r0时，分子力为零，分子势能为最小。[4]

新旧知识类比可以把难以理解的知识变得容易理解，把容易混淆的知识变得清晰，从而加强了新旧知识的衔接，起到了事半功倍的学习效果，提高了物理课堂效率。

2.巧用类比法深化物理概念、物理规律的理解-----实现物理课堂有效教学

在物理的教学中，巧用类比法可以帮助学生理解较复杂的物理概念和物理规律，还可以加深学生的记忆。类比方法具有探索和解释两个功能，解释功能在于唤起学生头脑中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，实现知识或经验的迁移。我们正是想利用类比方法的解释功能，来突破教学难点，解决物理难学、物理难教的问题。

（1）巧用类比深化概念理解

物理概念是组成物理知识的基本元素，是物理定律、公式和学说的基础，是一类物理现象的共同特征和本质属性在人脑中的概括和抽象的反映。许多物理概念都是在大量事实和实验的基础上通过科学的抽象建立起来的，在这一抽象过程中，巧妙地运用类比，有助于学生对概念的形成和建立。例如高中物理中两个抽象的概念：电场强度E=F/q和电势U=ε/q，是分别从力和能量角度描述电场的两个性质的重要物理量，那么E、U与检验电荷q、电场力F、电动势有关系吗？我们可以与密度类比，密度ρ=M/V与体积V的大小无关，物体体积增大或减小几倍时，它的质量也增大或减小相同的倍数，对于同种物质组成的物体质量与体积的比值保持不变，即密度ρ是不变的。通过类比，使学生领悟到，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=ε/q只是E、U的定义式，可以计算E、U大小。又如变化率的概念是物理教学的一个难点，是指某一物理量的变化与发生这一变化所用时间的比值，叫该物理量的变化率。学习感应电动势时，我们就可以把感应电动势与加速度类比：加速度是描述速度变化快慢的物理量，是速度的变化率，感应电动势是描述磁通量变化快慢的物理量，是磁通量的变化率。通过对两个概念的比较，两者归为一类，从而加深记忆，深化概念理解。

对于一些特别抽象概念，如果难以直接用实验来加强感性认识的教学难点，则可以用类比的方法来解释，这样既有利于接受知识，又利于培养思维能力。

（2）巧用类比获得规律性认识

例如学习库仑定律可以与万有定律类比，在它们的应用中，尽管人造卫星的运动属于宏观现象，氢原子中电子的运动属于微观现象，但支配卫星和电子运动的力遵循平方反比律，即，故它们在物理模型上和运动规律的描述上有相似之处，我们可以把氢原子中电子的运动同人造卫星的运动也进行类比。

表1是库仑定律与万有定律类比表。

让学生领略“类比”这一重要的认识问题的方法，既加强了知识间的横向联系，又降低了物理新知识的教学难度，同时还增强学生学好物理的信心。

3.巧用类比法培养学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力-----实现物理课堂有效教学

学生往往不懂得灵活运用所学物理知识解决实际问题，原因是不善于辨认各种情境的相似性并分析概括出它们的共同本质，从而建立物理模型。巧妙类比，为学生提供辨认多种情境的相似性的机会，并指导他们逐步形成运用类比推理寻找相似性的思维，从而培养学生运用物理知识灵活解决实际问题的能力。

（1）公式运用的类比：力学中的弹簧串联有1/K=1/K1+1/K2，静电场中串联电容器有1/C=1/C1+1/C2，稳恒电路中串联电阻有1/R=1/R1+1/R2，它们具有相同的数学形式和运算规律。通过类比，帮助学生理解并牢记公式，同时便于使和运算。

（2）图象法解决问题类比：V–t图线下的面积表示位移，F–t图线下的面积表示冲量，I–t图线下的面积表示电量，P–V图线下的面积表示功，F–S图线下的面积表示功。通过这些图象的类比，学生们对图象的物理意义有了深刻的认识。恒定电流这部分有两个U–I图，一个是对定值电阻两端电压随流经它的电流的变化规律的描述，遵循部分电路欧姆定律，导体电阻不同则图线斜率不同；另一个是全电路中，路端电压随整个电路的总电流变化的规律。它们的研究对象不同，变化规律不同，物理意义也不同。通过类比能较好地弄清它们的使用条件和变化规律，解决问题就不容易出现差错。

（3）解决问题类比：例如：人教版8年级《物理》（上册）第一章、第三节《声音的特性》在探讨响度与什么因素有关，做了如图5所示的实验，将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，观察乒乓球被弹开的幅度。

研究表明：声音的响度（音量）和振幅有关，物体的振幅越大，产生声音的响度（音量）越大，音调的高低由频率决定。

我们利用上面的单摆再做一个实验。分别选不同的摆长，如图6、图7所示。

实验发现：摆长越短，振动越快，频率越大，摆长越长，振动越慢，频率越小。

如果我们将空气柱的长短类比摆长的长短，可知空气柱越短，振动越快，频率越高，音调越高；空气柱越长，振动越慢，频率越低，音调也越低。

这样我们很容易的解决下类题型：

（1）往保温瓶里灌开水的过程中，听声音就能判断壶里水位的高低，这是因为（ ）。

A、随着水位升高，音调逐渐升高；B、随着水位升高，音调逐渐降低；C、灌水过程中音调保持不变，响度越来越大；D、灌水过程中音调保持不变，响度越来越小。

分析：往保温瓶里灌开水的过程中，发出的声音是水面上方的空气柱振动产生的。空气柱振动发出的声音的频率与空气柱的长度有关，长度越小，频率越大，因而音调越高。故选A。

（2）如图8示，四个相同的玻璃瓶里装水，水面高度不同，用嘴贴着瓶口吹气，如果能分别吹出“dou（1）”“ruai（2）”“mi（3）”“fa（4）”四个音阶，则与这四个音阶相对应的瓶子的序号是 、 、 、 。

分析：同一音阶中1、2、3、4、5、6、7音调逐个增高。观察瓶子中空气柱的长短，就可判断出哪个空气柱的频率大，哪个的音调高。

答案：丁、甲、乙、丙。

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。

综上所述，无论是物理概念的建立、规律的形成，还是物理知识的灵活应用，类比法在教学方面具有严格的逻辑推理难以取代的功效，它可以使抽象的概念具体化，深奥的规律形象化，复杂的问题简单化。帮助学生有效地理解和掌握物理知识，既省时、省力，又达到了提高物理课堂教学效率的目的，使我们的新课程改革落到实处。

参考文献

[1]姚利民.论有效教学的特征[J].当代教育论坛，2004，2.

[2]康德.宇宙发展史概论[M].上海：上海人民出版社， 1972， 147.

[3]朱鋐雄.物理学方法概论[M].北京：清华大学出版社， 2009.

[4]陈刚.物理教学设计[M].上海：华东师大出版社，2009.

[5]阎金铎，郭玉英.中学物理教学概论[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6]普通高中物理课程标准（实验稿）[M].北京：人民教育出版，2003.

课题项目：湖北省教育科学“十一五”规划2010年度重点课题《湖北省农村中学物理课堂有效教学模式研究》（课题编号：2010A052）；2012年湖北省高等学校省级教学研究项目《基于“物理模型”的构建培养学生的创新能力研究》（课题编号：2012377）；2012年湖北省软科学研究项目《改革教师教育课程体系服务农村基础教育研究》（课题编号：2012GDAO2301）。

作者简介：王小兰（1965—），女，湖北黄冈人，黄冈师范学院副教授，主要从事大学、中学物理教育教学研究。