中学物理“类比思维”教学--以“赤壁赋”为例谈“六步两步”教学_物理论文

中学物理中“类比思想”的教学——以《赤壁赋》为例谈“六步两阶”教学，本文主要内容关键词为：为例论文,思想论文,中学物理论文,赤壁赋论文,六步两阶论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

“类比法”是研究和学习物理的一种极其重要的方法，能启发和开拓思维，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。本文将探讨中学物理教学中的“类比思想”。

一、类比思想及其对中学物理教学的意义

所谓类比，就是由两个对象的某些相同或相似的性质，推断它们在其他性质上也有可能相同或相似的一种推理形式。类比推理是一种或然性的推理，其结论是否正确还有待实践证明。

“类比思想”包括两方面：（1）联想，即由新信息引起的对已有知识的回忆；（2）类比，在新、旧信息间找相似和相异的地方，即异中求同或同中求异。

1.科学史教育

物理学的发展史就是一部反思、怀疑、批判、创新的发展史，通过科学史的教育可鼓励学生学习科学家热爱科学以及追求真理、献身科学的精神。物理学中的类比最有影响的事例是伽利略发现落体定律。亚里士多德认为重的物体下落快，伽利略进行了简单的类比推理，将轻重不同的两物体绑在一起，应是快的物体拉着慢的物体一起下落；按亚里士多德的观点，由于复合体比重的物体更重，下落应该比重的物体更快。这一矛盾结果的得出，否定了亚里士多德的观点。后来经过了著名的比萨斜塔实验的验证和更精确的研究，发现了落体定律。

2.培养学生的思维能力

类比思维是物理思维的一种重要形式。运用类比思维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，让学生从简单模型入手，探究与建构知识体系，激发学生学习兴趣，促进学生充分联想、主动思维，帮助学生形成概念、强化记忆，帮助学生有效地把握物理知识、发展智力、培养能力。

3.突破教学难点

在物理学习中，类比方法具有探索和解释两个功能。解释功能在于唤起学生头脑中已有的知识或经验表象，对将要学习的知识提供一个相近的表象，实现知识或经验的迁移。我们正是利用类比方法的解释功能，来突破教学难点，解决物理难学、物理难教的问题。例如，人教版《物理》选修3-4在讲解偏振现象时，就是用“在不同方向上抖动绳子”讲解偏振（如图1），然后用图形和类比来讲解光能否透过偏振片，这样，学生很容易理解有关偏振的基本原理。

二、在中学物理教学中的类比分类

关于类比的分类方法很多，本文根据教学中遇到的情况做如下分类：

1.现象类比

现象类比就是用类比方法从两种物理现象中找出某种联系，找出共同特点，从而找出解决问题的共同方法或相似方法。如在“电流的形成”的教学中，用“水流的形成”类比推出“电流的形成”。甲和乙两容器盛有水（如下页图2所示），甲中水面高为，乙中水面高为。

问题1：打开阀门后会形成什么？（水流）

问题2：水是怎样流动的？（甲到乙）

问题3：水为什么会流动？（高度差）

这也就自然地想到：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）。用水流跟电流类比，就能推出电流形成的条件。

对于一些极为陌生、抽象的物理概念，如果用熟悉的、形象化的事物去类比，往往会产生“一语道破天机”的作用，帮助学生加速认识过程。比如将电容器和水杯等容器类比，得出电容器的电容类似容器的容积，由其本身的结构决定，促使学生形成并理解“电容”的概念。

2.形式类比

对教材中有许多相同形式的知识点，可以寻找它们的相似性和联系进行教学。比如，物理量x对时间的变化率即物理量的变化量Δx与所用时间Δt的比值。通过类比理解“变化率”的含义，从而抓住问题的实质。这些概念时间跨度较大，这要求我们在高一的时候就要花时间讲清“变化率”这个概念，因为数学学科到了高二才讲授《平均变化率》，而物理教材只是在物理1《加速度》一节的“科学漫步”栏目中简要地对“变化率”作了介绍。在这里多花点时间，对学生理解概念的内涵、增加获取知识的途径和举一反三都是有利的，学生在后面再遇到类似的内容时，通过类比很容易理解。

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。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。再如，在研究两电荷之间的作用力规律时科学家就用了类比的思想。

3.图象类比

物理图象是展现物理规律的重要手段，能直观反映因变量和自变量之间的变化关系、变化快慢（斜率），因变量对自变量的累积变化情况（面积）等。学生学会图象类比后，很多问题都能迎刃而解。

例1 （2010年江苏第5题）空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随x变化的图象如图3所示。下列说法正确的是（

）

A.O点的电势最低

B.点的电势最高

C.和-两点的电势相等

D.和两点的电势相等

解析可画出的如图4的电场线，沿电场线电势降落（最快），所以A点电势最高，类比图4所示图象，可知A错误，B错误；C选项是难点，如果类比v-t图象中的面积意义，根据U=Ed，电场强度是变量，可用E-x图象面积表示，利用图象的面积就可找到电势的关系，所以C正确；、两点电场强度大小相等，电势不相等，D错误。

4.模型类比

如果从两个物理问题所对应的物理模型中所具有的一些明显相同的特性出发，经过类比，可以推断出它们具有更多的相同的特性，这就是模型类比。模型类比是将事物的本质属性进行类比，是更高层次的类比。如弹簧的连接体问题，虽然外形不同，表述不同，但模型是相似的，物理本质和两个小球的弹性碰撞模型相似，外力不做功，内力是保守力，系统水平动量守恒，系统中能量相互转化，没有热损失。有了模型类比，会解一道题，就会解答一类题目，模型的类比起到了“以一当十”的作用。

例2 一条长为l的细线上端固定在O点，下端系一个质量为m的小球，将它置于一个很大的匀强电场中，电场强度为E，方向水平向右。已知小球在B点时平衡，细线与竖直线的夹角为α，如图5所示。求：

（1）当悬线与竖直线的夹角为多大时，才能使小球由静止释放后，细线到竖直位置时，小球速度恰好为零？

（2）当细线与竖直线的夹角为α时，至少要给小球一个多大的冲量，才能使小球在竖直面内做完整的圆周运动？

解析本题是一个带电粒子在匀强电场和重力场中的综合问题。由于电场力和重力都是恒定的，所以可以将这个匀强电场和重力场看成一个场（复合场）。对小球在B点时受力分析如图6所示，由于小球在匀强电场和重力场的复合场中运动，其等效重力加速度（复合场场强），小球的运动类比为一单摆，B点为振动的平衡位置，竖直位置为最大位移处，由对称性即可得出结论：悬线与竖直线的夹角φ=2α。