类比法在物理中的运用

类比法在物理中的运用
类比法在物理中的运用

类比法在物理中的运用
要想上好物理课,使学生比较容易接受教学内容,物理教师除了要有渊博的知识外,还需要许多教学技能和技巧,其中,运用类比方法有时候对于解决一些教学难点有很大的作用.类比法是研究和学习物理的一种极其重要的方法.它能启发和开拓我们的思维,能给我们提供解决问题的线索,是提出科学假设和探索新理论的重要途径,它对物理学的发展建立了不可磨灭的功劳,对学生学习物理来说也发挥着巨大的作用.正如前苏联学者瓦赫罗夫所说：“类比像闪电一样,可以照亮学生所学学科的黑暗角落.”
所谓类比,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理.它根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维.
一、类比在物理教学中的作用
1、 培养学生的思维能力
物理类比思维是物理思维的一种重要形式.在科学探索中,类比思维的价值为世界上许多科学家所称道,开普勒说：“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.”康德曾说：“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.”运用物理类比思维可以把陌生的对象和熟悉的对象进行对比,把未知的东西和已知的东西相对比.这样可使学生能动地认识、理解并掌握知识.让学生在学习知识的同时,提高获取知识的能力,掌握科学的思维方法,发展智力.在这样的学习过程中,学生不是接受现成的知识,而是经过自己的探索之法获得知识,这样得到的知识更有效、更牢固、理解的也更透彻.
2、 化抽象为具体
中学生的思维方法是以形象思维为主,抽象思维相对比较差.虽然物理是以实验为基础,给人的感觉好象是比较实在,但是,物理的理论（概念、定义、定律、规律等）是对实验、事物实体等经过抽象化而形成的,所以有些理论颇费理解.学生对他们缺乏必要的感性认识基础,掌握它们具有一定的困难.而运用类比方法教学能够给这些抽象的事物赋予间接的直观形象,把研究对象具体化,帮助学生有效地把握物理知识、发展智力、培养能力.
二、恰当运用类比方法进行教学
物理世界中的物理现象和物理过程形形色色,事物属性及其相互关系也多种多样,而类比的方法也是有好几种.在教学中,我对有关的知识点用不同的类比方法进行教学,力求让学生容易理解和接受知识.
1、运用简单共存类比
简单共存类比是以简单关系为推理中介的类比思维.这种类比最简单,在引入新课时运用得最多,学生最容易接受.在高中物理教材中,引入磁场概念时便运用了简单共存的类比思维.我在教学中,充分发挥教材的这一方法,结合学生的实际情况进行教学.首先,把电场与磁场有关的相似属性列出：如电荷与电荷之间有相互作用力,磁极与磁极之间也有同名磁极相斥、异名磁极相吸的现象；这样由电荷周围存在电场,可以类比推出磁极周围也应存在磁场；由电荷间作用力不能直接发生,需要电场传递,可以类比推出磁极间相互作用力也不能直接发生,传递磁极间的相互作用也要靠一种场——磁场；由电场是一种物质,可推知磁场也是一种物质.
2、运用因果类比
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推理.
在“电流的形成”的教学中,我用“水流的形成”相类比,推出“电流的形成”.我先说一句俗语的上句：“人往高处走……”学生就很自然地接着说：“水往低处流.”我马上引导学生思考：怎样才能形成水流呢?经过学生的思考和讨论,得出：水流的形成是由于水有高度差（水往低处流）.我笑着说：“别忘了还应该要有水!”于是学生得出结论：形成水流的条件是有水和高度差.接着,我用水流跟电流类比,推出电流形成的条件,过程如下：
教师：水流可以说是水的定向移动,而电流是电荷的定向移动,它们之间很类似.形成水流的第一个条件是要有水,电流呢?
学生：要有电荷.（此处运用了"简单共存类比"）
教师：确切地说,是要有自由电荷.那么,自由电荷在什么情况下会定向运动呢?
学生：受到电场力.
教师：对!自由电荷在什么地方会受到电场力呢?
学生：电场.
教师：在电路中,电池的两极间有电压,即有电势差.当导体的两端与电池的两极接通时,它的两端就有了电压,导体中就有了电场.这样,导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动,形成了电流.所以,跟水流的形成相类比,形成电流的另一个条件是什么?
学生：还要有电势差（电压）.
这样,通过水流的形成跟电流的形成相类比,抓住主要的特征,由此及彼,由因到果,类推出电流形成的条件,学生既容易理解,又不容易遗忘.
3、运用对称类比
对称类比是根据两个对象属性之间的对称关系进行的类比.客观世界中也确实存在着许多的对称关系（例如：物体形状或几何形体的对称性、正负电荷与南北磁极的对称性、粒子与反粒子的对称等）,这也是进行对称类比的基础.
在电磁感应的教学中,我列出电与磁的对应的特征：正负电荷与磁南北磁极相对应；电荷的相互作用与磁极的相互作用相对应；电场与磁场相对应.接着提出一个问题：电流有磁效应,也就是说“电”可以生“磁”,那么,“磁”可不可以生“电”呢?根据电跟磁的对称性,学生很自然地想到：“磁”应该也可以生“电”!
接着,我向学生介绍了科学家法拉第的想法和做法,一步一步地引导学生去总结规律.与此相关的还有：从电动机与发电机的对称去理解和掌握左手定则和右手定则.
4、协变类比
协变类比也称数学相似类比,它根据两个对象可能具有属性之间的某种协变关系（定量的函数关系）进行的类比推理.也就是说：两个对象有若干属性相同或相似,并且在两者数学方程式相同或相似的情况下,推论在其他方面的属性也相同或相似.
例如：根据弹簧振子力的表达式F=-kx与单摆动力学方程的协变关系,有弹簧振子的运动是简谐振动,推知单摆的运动也是简谐振动.
再如：万有引力定律与库仑定律的数学表达式在形式上十分类似,都符合平方反比率.
这种类比常常用在各种物理公式、定理的联系和区别.
三、运用类比法值得注意的几个问题
1.、正确对待类比推理的或然性
“任何比喻都是蹩脚的.”类比方法跟比喻方法很类似,也存在着不足的地方：由类比所得出的结论都具有一定的或然性,有时会出现错误.从两个对象之间在某些方面的相同或相似,并不一定得出它们在其他属性方面也必然相同或相似的结论.我运用类比方法时都注意到这个问题.
2、通俗不俗,科学严谨
选做类比的材料应当通俗,尽可能利用学生已有的知识,熟知的事物.但是,类比的材料不能太庸俗了,要和思想教育协调,取材要适合国情.例如,有的国外教材,以赌场里赌徒们的输赢类比机械能守衡,虽然十分形象,也很贴切.但是这个类比对我国来说是低级庸俗的,不宜采用.
通俗易懂与科学严谨是辨证统一的关系.通俗而不易懂,易懂而不严谨就失去了科学性.这里指得是相对某一层次、学生的某一认识阶段的科学性,这里说的严谨,其中包括类比格式的严谨,要求相类比的两个事物间相似点一一对应,而且要对应得当,类比推理才有说服力.
3、防止机械类比
应用类比的首要问题就是研究两类事物的可比性,即使是两个可以进行类比的事物,也不可能所有属性处处相似,点点对应.它们之所以是两个事物,必存在差异性.在进行类比时,有时要告诉学生两事物间哪些方面可比,哪些方面不可比,避免机械类比的错误.对本身就比较直观,与生活联系较紧的物理概念与物理现象等,没有必要非用类比,用了反倒显啰嗦,冲淡主题,使教学重点得不到突出.
4、要有针对性
教学中类比要用得好、用得巧,必须具有针对性.即：（1）针对不同的学生选用不同的类比材料.例如,教师比喻说：二极管的单向导电性就象自选商厂入口处的门,许进不许出.城市的学生可能明白,可农村的学生却不知道自选商场是怎么回事.（2）要针对物理教学内容和目的.如果教学内容比较抽象,呆板.适于运用一些较轻松活泼的类比.如果教学内容具有较严密的逻辑性,与前面的知识有些必然的联系,运用类比比较合适（如重力场和电场的类比）；在进行单元或总复习时运用系统类比将会收到较好的效果.（3）要针对课堂气氛.在课堂教学中,如果学生的注意力都很集中．他们对教师所授知识能顺利接受,此时用不用无关紧要.用多了,用得不当,反而会产生负作用,影响学习效果.如果教师发现课堂上多数学生精神疲惫,就应当采用一些风趣幽默的类比来活跃气氛,振奋学生的精神.
我运用类比方法主要是为了教给学生一种物理思维的方法和接受、理解知识的一种方式.实践证明,恰当地运用类比,物理课堂会更有气氛,学生的学习的兴趣会很浓,更重要的是学生对所学的知识不容易遗忘,而且学会“举一反三”、“触类旁通”.