类比法在物理教学中的应用
摘要:类比――是指在新事实同已知事物间具有类似方面作比较。类比法是人们所熟知几种逻辑推理中最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明,往往发端于类比,类比被誉为科学活动中的“伟大的引路人”,是它首先推动了假说的产生。尽管类比不能代替论证,但可以为理解新知识、概念和规律提供依托。因此,作为一种“从特殊推到特殊的科学方法”,类比法在物理教学中有着广泛的应用。
关键词:高中物理教学类比法应用
在教学中经常发现这样现象:学生在课堂上听的都懂,但自己一做就容易错。分析原因是学生没有掌握学习方法。“授人以鱼,不如授人以渔”。所以传授给学生学习方法更重要。类比法即是一种重要方法。
一、新、旧知识类比
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。将新、旧知识进行类比,给学生以启示,使学生易于掌握新知识,同时也巩固了旧知识。
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,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=ε/q只是定义E、U 和计算E、U大小的。
二、生活经验与物理规律的类比
学生在日常学习生活中积累了一定的生活经验。用学生身边的事例进行类比,可启发学生的思维,调动学生学习的积极性,培养学生在生活中观察和分析事物的能力。
如讲电势差时,可用瀑布来作为例子,瀑布的水量越大,落到底部的动能越大;而瀑布落差越大,落到底部的动能也越大,动能是由重力势能转化获得的,即瀑布的重力势能与瀑布的水量、落差有关。让学生自己类比得出:电势能与电荷量和电势差有关:ε=qu 介绍弹簧振子的振动时,振子向平衡位置方向运动为变加速运动,学生不能理解加速度减小而物体速度增加这一现象,可用人的身高增长作类比:人从出生到成人,其身高逐渐增高。当人的年龄接近成人阶段,其身高增长速度将逐渐减慢,但人的身高却仍在继续增高,只是增高变缓了,而并非人越长越短。当身高停止增长,人的身高达到了他一生中的最大身高。学生从这一简单的类比中高很易理解:加速度在减小,只意味着速度的增量在逐渐的减少,但物体的速度值却在增加,为变加速运动。
三、相关学科知识与物理知识的类比
自然科学分科庞杂,物理只是众多学科之一,可以用其它学科的一些学生已学过的知识进行类比,帮
助他们理解一些物理现象和物理过程。
如讲解饱和汽,学生往往认为达到饱和状态时,液体不再蒸发。这可与生物学中“根对水的吸收”类比:当根细胞内的细胞液的浓度与土壤溶液的浓度相等时,相同时间内进出细胞膜的水分子数相等,为一动态平衡。学生可从类比中得出结论:密闭在容器中的液体达到饱和汽状态时,单位时间内液体蒸发产生的汽分子数和回到液体内的汽分子数相等,也是一个动态平衡。故宏观上液体分子总数不再减少,汽分子数不再增加。
四、类比实物模型
把物理知识与实物模型相类比,把抽象事物赋予间接的直观形象,把研究对象具体化,可使学生抓住知识的本质特征,对知识有更全面、更深刻的理解和把握。如在学习“电磁感应现象”时,由于学生的空间想象能力不强,对导体是否做切割磁感线运动感到难以判断,教学中把磁感线与一根根拉紧的棉线相类比,导体类比于一把刀,导体在磁场中运动就相当于刀子在棉线中运动,只要刀子的运动中能切断棉线,导体就在做切割磁感线运动,这样学生就容易理解和掌握了。再如把分子间作用力与距离的关系与弹簧分子模型类比;影响电阻大小的因素长度、横截面积和
与人走路的道路长、宽、路面结构材料类比;把气体、液体、固体分子结构和体积、形状与学生放学、课间、上课的三种形态相类比等;这样用具体的、有形的、学生熟知的事物和模型来类比说明哪些抽象、无形的、陌生的事物,通过借助于比较熟悉的事物特征,去理解和掌握另一个有相似性的对象某一特征,为学生知识建构提供支持条件和认知工具与策略,使学生学得轻松愉快、理解更深刻,利于学生逐步形成自己的思维模式,增强学生自主学习物理的意识和能力。
五、类比法在新概念教学中的应用
在物理中有许多概念是用比值定义法来定义。但学生由于受数学思维定势影响往往对这种定义法理解不透彻,如在电场强度教学时许多学生从
公式
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E=F/q 得出E∝F?pE∝1/q的错误结论。此时可以用学生已熟知的密度概念来类比。两者的共同特征是:属性由本身决定。密度=m/v,体积相同的两种物质,质量大的密度大,用单位体积的质量来表示物质的这种性质,但密度由物质本身决定,与质量和体积无关。同样,对于电场中的两点,如果同样的点电荷在某点受力大,就说明这点的电场越强。我们用单位电荷量的电荷受到的电场力,即电场力与电荷量的比值表示电场的这种性质,E=F/q但与F和q无关,由电场本身决定。
类比法还有发现功能,可使知识条理化,能分清概念和规律之间的相似和差异,从而发现新问
题
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,发展新知识。法拉第就是通过了解奥斯特发现电流能产生磁场、磁铁能磁化铁性物质、电和能使导体感应电流,进行逆向思维、类比推理和探索研究,发现了电感应现象。在物理教学中运用类比法,既增强了知识间的横向联系,又激发了学生学习的兴趣,增强了学生学好物理的信心,调动了学生主动探求新知的积极性,同时,对培养学生理解能力、思维能力和创新意识大有裨益。
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