联想类比思维在物理教学中的应用

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摘要：在物理教学中采用联想类比思维能化抽象为具体，举一反三，融会贯通，有利于学生理解掌握物理知识，灵活应用知识。本文从物理基础知识教学和习题教学两个环节总结了联想类比思维的应用。

关键词：联想类比思维；物理教学

联想类比思维是指对事物由此及彼的创造性想象，遇到问题联系与之相近相关的事物进行深思熟虑的分析比较，从而产生认识，找到答案的心理过程。联想类比思维方法在科学发明创造中有时能起到某种主要的开路作用。例如阿基米德洗澡时候见到水面上升，就联想类比发现了浮力定律；牛顿在自己家农场看见苹果落地，联想类比发现了万有引力定律；伽利略在教堂看到添完油的吊灯左右来回摆动，测出了吊灯左右摆动时间，发现了左右摆动的等时性，联想类比提出摆钟的制作原理；安培从环形电流的磁现象类比提出分子环形电流的假说；用于解析磁铁的磁性；麦克斯韦依照流体力学建立起电磁场理论；德布罗意从光的波粒二象性类比得出实物粒子的波粒二象性假说。类似的例子不仅在物理学史里还有很多，在其他领域里也是不胜枚举。

在物理基础知识点教学中采用联想类比思维有以下作用：

一、可以举一反三，化抽象为具体，使学生很快掌握物理概念和规律

（1）教材中阐述物质分子间相互作用的引力和斥力以及分子势能的概念时，分子引力和分子斥力同时存在；分子间距离不同时，分子引力和分子斥力大小都发生变化，使分子间有时表现引力，有时表现斥力。学生对何时表现引力、何时表现斥力容易混乱，同时对分子势能的变化不理解。这时可以分别与弹簧弹力、弹性势能进行类比：分子在平衡位置时分子引力和分子斥力相等，类比弹簧处在自由状态。当分子热运动离开平衡位置使分子间的距离增大时，分子间表现出相互引力，这好比拉伸的弹簧对两端连着的小球表现拉力一样。由于分子热运动使分子间的距离变小时，分子间表现出斥力，这好比压缩的弹簧对两端连着的小球表现推力一样。不论分子之距是变大或变小，分子势能都变大，这好比发生形变的弹簧不论压缩或伸长，弹性势能随着形变量增大而增大一样。

（2）在电场教学中有几个概念很抽象，利用类比教学可使这些概念形象具体。如电荷在电场中的电势类比物体所处的高度，电势差类比高度差，电势能类比重力势能，等势线类比等高线，等势面类比等高面，电量类比质量，点电荷类比质点，电容类比水杯容器，大口杯与小口杯盛水高度相同，大口杯盛水多。类比理解电容大小由自身构造决定，电容C是表示电容器储存电荷本领大小的物理量。

（3）在机械振动中，有关简谐运动公式的教学用到联想类比。固定在竖直圆盘上的小球P随着圆盘以角速度ω做圆周运动，一束平行光自上而下照射小球，在圆盘下方的屏上可以观察到小球的投影。以圆盘圆心在屏上的投影为平衡位置，以小球到圆心的距离为振幅，小球在屏上投影的运动可以联想类比为弹簧振子的简谐运动，若以圆盘圆心为坐标、原点小球投影位置为X轴建立坐标系，由数学关系可得出P在X轴上投影随时间变化关系为x=Asinωt、其中T=2π/ω，该函数式就是简谐运动公式。

（4）为了加深理解纯电阻电路中电功和电热相等的关系，可类比物体在粘滞性较大的液体中匀速下落时，重力势能通过克服液体阻力做功而全部转化为内能。为了加深理解非纯电阻电路中电功和电热不相等的关系，可类比物体在阻力不可忽略的空气中加速下落，重力势能少量转化为内能，大部分转化为物体的动能。理解闭合回路的电源电动势及各部分电压时，可类比小孩玩滑滑梯，滑滑梯上下两端有升降机，可使小孩从地面通过升降机直接到达滑梯顶端，电源的电动势就像升降机攀升的高度，小孩在滑梯过程中各节高度就好比电路中各电阻的两端电压。电流在外电路总是从高电势流向低电势，这好比水总是从高处往低处流一样。电荷的运动速度很慢，而电路一闭合马上有电流，这就好比是一支长长的队伍排在门口，一声向前走就有人进门一样。

（5）原子核外电子运动向心力、速度及能量相关规律可以类比前面学习的天体运动规律。多普勒效应中波源不动，观察者向波源运动，观察者收到波数增加，可类比观察者相对一支正在运动队伍相向运动，从他身边通过的人数增加。机械波干涉中加强点及减弱点是指波叠加质点振动能量最强及最弱，可类比荡秋千不同时刻旁人使力效果不同，同向使力秋千荡得更高，反向使力秋千荡得越低。这里用通俗易懂的事例帮助学生理解 知识。

二、可以使知识条理化、分清概念、规律间区别和联系

带电粒子在匀强电场中偏转和物体平抛运动类比，解题方法一样，只是提供加速度的力不同而已。机械波的反射和折射规律与初中学习的光的反射、折射规律联想类比，发现规律相同，多了个折射规律定量公式。光的干涉与衍射可联想类比前面学的机械波的干涉和衍射。安培力方向判断方法的左手定则与洛伦兹力方向判断方法的左手定则类比，发现洛伦兹力方向判定中四手指指向与负电荷运动方向相反，其实与安培力判定中四手指指向电流方向是一致的，因为只有正电荷的运动方向才与电流方向相同，负电荷则相反。判断直线电流周围的磁场及判断环形电流周围的磁场的手势类比，可以用“直对直，弯对弯”区别它们：判断直线电流的磁场时，伸直的大拇指方向与直电流方向一致，弯曲四指头方向与直导线周围磁感线的环绕方向一致。判断螺线管这种环形电流的磁场时，弯曲的四指与弯曲电流方向一致，四指指向与螺线管内部（最中央）直的磁感线方向一致。磁体类比带电体，磁性类比带电性，磁场类比电场，磁体周围的磁感应线分布与带电体周围电场线分布类比，磁感线的疏密与方向类比电场线的疏密与方向，磁体N极在磁场中受力方向类比正电荷在电场中的受力方向，通过分析比较可发现电与磁相应的概念及规律间区别与联系。电场力做功与重力做功类比：重力做正功，重力势能减少，动能增加，重力做负功，重力势能增加，动能减少，重力做功过程实现重力势能与动能互相转化，只有重力做功机械能不变。类比过来是，电场力做正功，电势能减少，动能增加，电场力做负功，电势能增加，动能减少，电场力做功过程实现电势能与动能互相转化，只有电场力做功电势能与动能的总和不变。这样的类比可以使知识条理化。

在物理习题教学中，我们要引导学生善于进行联想类比思维，使其灵活应用知识。下面举几个例子说明：

（1）学生在学习单摆掌握单摆周期公式时，可出示这样一道题：有一个固定在水平地面上的一段光滑圆弧槽，槽的半径很大，一个光滑的金属小球从槽的一端滑到底端需要多少时间？分析小球的受力情况，发现小球受槽的弹力可类比单摆摆线对小球的拉力，圆弧槽的半径相当单摆的摆长，因此可联想成单摆，利用单摆周期公式求出时间，即所求时间为单摆周期的四分之一。

（2）在学习等势面、电势差与电场强度的关系时，可举这样的例子：一个带负Q电量的点电荷A与一块很大的接地金属板MM相距为d，求A与MM垂线中点C的电场强度。分析A与MM 之间的电场线分布特点，正好与等量异号点电荷之间的电场线分布一样，因此本题可等效为在A与MM对称点B处放一个带正Q电量，去掉MN板求正负等量电荷AB之间距A为d/2处C点电场强度。

（3）小球在有电场与重力场同时存在的圆弧轨道运动，能否通过轨道的问题中，把重力与电场力合成一个力，把这个合力看成一个等效重力，类比找出等效地面，等效最高点及相应过等效最高点的条件。这样问题就变得简单易解了。

总之，教师在教学中应注意传授知识要深入浅出，用通俗易懂的实例类比抽象的物理问题，培养学生用心观察生活、联想类比仔细分析问题的习惯。培养学生的联想类比思维，不仅要善于求同，还要善于求异，这是学生素质教育、创新教育的一部分。