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类比法在中学物理教学中的应用

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所谓类比法,就是根据两个对象或两个事物的一些属性相同或相似,猜测另一些属性也可能相同或相似的思维方法.也可以说,类比法是用已获得知识去推导出新的知识.

一、类比方法的基本模式

类比的具体过程是:通过对两个不同的对象进行比较,找出他们的相似点 ,然后以此为依据,把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去.其基本模式是:

对象A具有属性a,b,c,d.

对象B具有属性 a,b,c.

所以B对象也具有属性 d.

从哲学角度来看,任何两个事物之间都存在着某种程度的相似性 ,故而类比法可以把两个不同事物联系起来,不仅可以用于同类事物之间,也可以用于同一事物的不同发展阶段之间.从原则上讲,世界上一切事物都存在用类比方法的可能性.作为一种创造性的思维方法,类比法在物理中起着非常重要的作用.

二、类比法在物理学发展上的应用

根据已有的知识,对比与新的知识,从而产生新的信息,提出假说,新的概念.物理史上汤姆生的原子结构理论就是类比了枣糕的内部结构,卢瑟福的原子核式结构模型是将原子和行星的运动做了类比.就是靠这样的一个一个物理假说,最终使得物理最终成为一门自然科学.

运用类比法,还可以提出新的物理规律.法国科学家库仑,发现了静电力与万有引力间有着许许多多的相似,参照万有引力的规律提出了静电力的规律F=kQqr2.

翻开物理学史,我们就会发现类比法贯穿在物理学发展的始终.参照流体力学的方程,提出电磁场理论的麦克斯韦这样论述类比法:“为了不运用物理理论而得到物理思想,就应当熟悉物理类比的存在.所谓物理类比,是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性,它使得这两种科学可以互相说明.这样,所有数学的科学都是建立在物理定律和数的定律的关系上,因而,精密科学的目的就是要把自然问题简化为通过数的运算来确定各个量.”

三、类比法在物理教学中的应用

前文已经说过,类比法贯穿在物理学发展的始终,同样类比法也可应用在物理教学的始终.

比如,我们在讲述磁场时,首先可以列出电场和磁场的相似性,如表1所示.

表1电场磁场产生原因电荷之间有相互作用磁极与磁极之间也有相互作用性质同性相斥而异性相吸同名磁极相斥而异名磁极相吸由此产生一系列推导:电荷间力的作用是通过电荷周围存在的电场来进行的,那么可以推出磁极周围可能存在着一种场(磁场),磁极间的作用力也是通过这种场来进行的;同时,电场是一种物质,那么这种场(磁场)也是一种物质.

又如,在电容器这章节的内容时,讲述电容的电容量 C与电压和电荷量的关系(C=q/U)时,可以与欧姆定律(R=U/I)进行类比.一个固定的电阻它的阻值R的值是固定的,与电压U和电流I的大小无关.同样一个固定的电容器它的电容 C的值也是固定的,与电容器两板间电压U和板上的电荷量q无关.因为阻值R和电容 C都是物质的一种固有属性.同样公式 R=U/I和 C=q/U只是用来计算它们的大小,阻值R和电容 C的大小与公式中的其他物理量无关.这样类比使学生很容易就领悟到电容 C是描述电容器本身性质的物理量,它与电容器的外界因素无关.

类比法不仅可以使用在新课程的教学,还可以使用在内容的复习上.在系统复习时,将具有相似性质几类物理知识放到一起进行比较,发现它们间的共性和不同点,即加强了知识点的记忆,又能是知识形成一个体系.

比如,这样一道题:有一半径为R的光滑圆弧轨道放在竖直平面内,今有a、b二个小球,分别置于轨道圆心O点处和离轨道底A点很近的B点处,如下图所示,将它们同时由静止释放,忽略空气阻力,问谁先到达A点?

图1a球的运动比较容易分析,其做自由落体运动.b球的运动情况相对较难分析.分析b球的受力可以发现b球的受力情况跟单摆小球的受力情况完全相同,那么,就可以知道b球的运动是单摆运动.于是这道题目就可以很轻松的解决了:a球运动的时间就是自由落体R所需要的时间,b球运动的时间是摆长为R的单摆四分之一个周期的时间.

四、结语

采用类比法的教学模式,学生不是灌输式的接受现成的知识,而是经过自己的类比之后,归纳总结获得知识,这样得到的知识更有效、更牢固、学生理解得也更为透彻.同时,采用类比法可以将抽象问题直观化,研究对象具体化,有助于学生理解一些物理概念和物理规律.教学中采用类比法,让学生形成类比的思维,甚至做到触类旁通、举一反三,.那么,学生在解决新颖或复杂物理问题时就不会束手无策.

类比法不是万能的,也不能随意的使用.因为类比法具有自身的缺陷.从前文中提到的类比法的基本模式可以知道,是由A、B的三个共性,推出的B具有A的第四个特性,这本身就是一个不确定的,或者说只是一种假设.所以在教学中采用类比法时,所选择的对象一定要恰当,类比对象尽可能通俗、易懂、形象,或者是学生身边或是学生比较熟悉的.类比法只是众多物理方法中的一种,所谓教学有法,教无定法,贵在得法,尽管类比法有着无与伦比的优点,但实际教学中还要根据教材和学生的情况合理的安排教学方法.