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1、谈谈类比法在构建物理教学新模式中的应用新丰二中 潘英显 511100普通高中物理课程标准的课程目标对过程与方法有十分明确的要求。作为一名物理教师，如何让学生体验科学研究的过程，培养学生的创新思维方法呢？笔者在教学实践中发现，在物理课堂中恰当地运用类比法，可以激发学生思考，体验物理规律的发现过程，了解物理学的研究方法，培养学生的创新精神，构建物理教学新模式。类比法，就是人们根据两个对象之间在某些方面的相同或相似，推论出它们在其他方面也可能相同或相似的一种认识事物的思维方法。它能帮助我们从已知事物的有关理论建立假说去说明新事物；用某些已知的属性来说明未知的属性，可以增强说服力，使人们容易理解。类比
2、法不是简单的模仿，而是富有创新性的思维方法。其使用过程是选择两个对象或事物（可以是同类或异类），并对它们某些相同或相似的性质进行对比，从异中求同，或同中见异，从而产生新知，或得到创造性成果。因此类比法是实现创新的其中一种方法，在人们认识世界和改造世界的活动中具有重大意义。在研究物理问题时，我们经常会发现某些新问题有一种似曾相识的感觉。这个时候类比法就派上了用场，通过研究这种相似性，利用已知的物理规律去寻找未知的物理规律，从而发现新的结论、新的规律，创造出新的理论。许多物理上的重大科学发现，其中包括许多物理定律、公式和推论，都是运用类比法的硕果。类比法又可以分成很多种，常用的有直接类比法、象征类
3、比法、因果类比法、对称类比法、综合类比法等。下面谈谈几种在教学中应用类比法构建物理教学新模式的例子。1.直接类比法直接类比法是指直接从自然界或者人为成果中直接寻找出与未知事物或理论相关的东西，进行类比，得到新的事物或理论。在物理研究中，利用直接类比法产生的理论随处可见。例如，在光学领域，惠更斯提出的光的波动说，就是与水的波动、声的波动类比而发现的；在电学领域，欧姆将其对电的研究和傅立叶关于热的研究加以类比，建立了欧姆定律；还有库仑定律是通过与万有引力定律类比发现的；现代物理领域，德布罗意从光的波粒二象性类比得出微观粒子的二象性原理，基本粒子学的弦模型、袋模型等也是类比推理结果。在教学中我们需要
4、把这种用直接类比法产生的理论的过程展现在课堂中。在物理教学实践中，利用类比法获取新知识或使知识系统化的例子更是应用广泛。我们可以通过“电压”与“水压”类比来说明电压的作用：抽水机使水管产生水压，于是水管中产生水流；类比得出电源使电路中产生电压，于是电路中产生电流。我们可以通过“柱状容器”与“电容器”类比来说明电容的定义：柱状容器用来装水，电容器可以容纳电荷；柱状容器用横截面积（S）表示容器储水的能力，电容器用电容（C）表示电容器储电的能力；柱状容器的容积表示能容纳水的最大容积V=Sh（h是容器的高度），而电容器则对应有一个能存储的最大电量QMax=CUMax（UMax为电容器的耐压值）。我们还
5、可以通过“重力场”和“匀强电场”进行类比，解决一些比较抽象的问题。如下面这个题目：AOBC如图所示，圆O在匀强电场中，场强方向与圆O所在平面平行，带正电的微粒以相同的初动能沿着各个方向从A点进入圆形区域中，只在电场力作用下运动，从圆周上不同点离开圆形区域，其中从C点离开圆形区域的带电微粒的动能最大，图中O是圆心，AB是圆的直径，AC是与AB成角的弦，则匀强电场的方向为:A.沿AB方向 B.沿AC方向 C.沿OC方向 D.沿BC方向题目分析：由于题目中带正电的微粒的初速度方向不确定，因此这个题目只能从功能关系入手分析，C点的动能最大，说明C点的电势能最小；如果要使C点的电势能最小，结合电势沿电场
6、线方向降低的结论可推出：匀强电场的方向就只能沿OC方向。答案选C。但是通过上述分析，由于电场比较抽象，还是有部分同学不理解为什么？在教学中，通过与重力场的类比，很多同学就会觉得豁然开朗：如果将题目中的匀强电场换成重力场，一个物体以相同的初动沿着各个方向从A点进入圆形区域中，只在重力作用下运动，从圆周上不同点离开圆形区域，其中从C点离开圆形区域的带电微粒的动能最大，通过势能与动能的转化，我们就比较容易判断重力的方向OC方向。通过直接类比既解决了问题，又加深了对电场能的性质方面的理解。2. 因果类比法各种各样的事物之间可能存在着同一种因果关系，因此，我们可根据一个事物的因果关系，推测出另一事物的因
7、果关系。物理是一门严谨的科学，逻辑性很强，各个物理概念和物理理论之间必然存在大量的因果关系。例如，运动的物体受到阻力的作用越大，运动的速度就会减慢；类似的，在导体中运动的电荷受到阻碍的作用越大，电流就会减小。通过这样的比较，电阻的作用就显得更加容易理解了。又如，每一种力做功总会引起相应的一种能量的变化。物体所受的合外力做功将引起物体动能的变化，重力做功将引起物体重力势能的变化，除重力（或弹力）以外的力做功将引起物体机械能的变化，那么，在电学中，电场力做功也将引起相对应的一种能量的变化，这种能量是什么呢？原来是电势能。同样道理，在热学中也存在类似的分子力做功引起的能量变化问题。3.对称类比法自然
8、界和人造物中有许多事物或东西都有对称的特点，因此，我们可以通过从事物的对称性进行思考，获得新的东西。物理学中类似的对称性也屡见不鲜。例如，从奥斯特实验中，我们可以得出“电”生“磁”的结论。那么，“磁”是否也可以生“电”呢？法拉第通过研究终于得到了肯定的答案，而麦克斯韦又进一步丰富了这种对称的理论。他经过精确的数学推导认为，变化的电场可以产生磁场，而变化的磁场可以产生电场。正是由于他这一对称理论的提出，才导致电磁波的发现。又如，物理学家狄拉克从描述自由电子运动的方程中，得出正负对称的两个能量解。一个能量解对应着电子，那么另一个能量解对应着的是什么呢？人都知道电荷正负的对称性，狄拉克从对称类比中，
9、提出了存在正电子的对称解，后来实践证实：正电子是存在的。4. 拟人类比法拟人类比法就是使研究的对象“拟人化”， 赋予其感情色彩。也称亲身类比、自身类比或人格类比。这种类比就是把自己融入所考虑的问题中，自我进入“角色”，产生共鸣，以获得富有创意的想法。我们虽然不能用拟人这种主观的方法来推导物理定律，但是当拟人类比用于开拓物理思维的时候却可以达到出其不意的效果，尤其是应用在教学实践中的时候可以使学习过程变得更加生动有趣。一位教师给了将液体内部的压强描述得更加形象生动，曾经对一袋子大米进行拟人类比。他提问：“假如你是其中的一粒大米，你会有什么样的感受？”大家展开讨论，充分发展学生的思维，又加深了对液
10、体内部压力的理解。另外，当讲完原子核物理后，我们也可以尝试让学生以原子核的自述为题目写一篇短文，让学生模拟原子核身份，描述它周围的情况，充分发挥学生的想像能力和创新精神。5.幻想类比法幻想类比法是用超现实的理想、梦幻或完美的事物类比研究对象的一种思维方法。幻想类比法在物理中不能直接解决问题，然而，当问题得不到解决的时候，幻想类比却常常可以为解决问题找到突破口，创造一个崭新的思路。爱因斯坦年轻时构思相对论时曾幻想：如果以光速追随一条光线运动，会发生什么情况呢？这条光线就好像一个在空间中振荡着而停滞不前的电磁场。这正是一类幻想类比，打开了“相对论”的大门，用想象力编织完美的理论，体现了人类的无与伦
11、比的超越能力，把物理学家引入了一个神奇的、令人激动人心的时空。还有物理学中的“理想实验”，都包含着许多幻想类比因素，为结论的得出提供了切入点。在上述几种类比中，直接类比是基础，它是生活和学习中常见的类比，在这一基础上，向因果、对称方向发展，就是因果类比、对称类比；向拟人方向发展，就是拟人类比；向理想、幻想、完善方向发展，就是幻想类比。这几种类比各有特点和侧重，在物理研究、学习过程中常常相互依存、补充、渗透和转化。一名著名的物理学家发出感慨：“物理学的类比给我们预示了多少真理的存在啊！”在教学中，我们就必须让学生认识这些通过类比的方法产生新理论和想法的过程，尽量引导学生亲身体验这一奇妙的创新过程
12、，了解物理学的研究方法，使学生发生共鸣、启发思维，才能达到培养学生的创新精神的目的。不将发现规律过程体现出来，学生所接触的物理公式、定律只不过是一堆枯燥的文字而已，并不能深入地理解所学的物理知识。另一方面，类比法是一种由个别到个别的推理形式。其结论具有概然性，没有必然性，必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大，并非所有的类比都能获得成功。因为仅仅看到事物之间的相似性是不够的，事物之间还存在本质的区别，所以，利用类比得出的结论是否正确需要经过实践的验证。我们不能单单满足于类比，要追求从类比中求创新。尽管不能直接得到物理结论，但类比往往在问题难以解决、理论出现缺口时，通过巧妙的形象过渡，使问题取得突破、缺口得到弥补，所以说类比是一种非常有效的探索问题的方法；尽管不能直接代替新的物理知识，但类比往往通过与熟悉知识的比较，揭示新旧知识之间的关系，快速吸收新的知识，化难为易，事半功倍，所以说类比又是一种非常有效的学习手段。在中学教材中可用来类比的素材很多，只要我们让学生掌握类比推理的思想方法，那么他们的创造能力、思维水平一定会得到提高。因此，在物理课堂中通过类比法构建物理教学新模式，可以激发学生的兴趣，增加学生的求知欲，启发学生的思维，体验物理规律的发现过程，了解物理学的研究方法，培养学生的创新精神，推进新课程改革。2006-12用心 爱心 专心