在类比中探究，在探究中深入——几种常见类比教学案例赏析，本文主要内容关键词为：几种论文,教学案例论文,常见论文，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”是人们惯用的探索式思维方法，是人们找出事物之间的差异点和共同点的思维方法，通过事物间相同特征或相异特征的类比，提示事物的本质和区别。而事物之间在现象和本质上都存在着同一性和差异性。现象上的同一性和差异性一般来说是容易识别的，但本质上的同一性和差异性就不那么容易识别。我们的教学同样存在着这样的问题（新旧知识在概念、规律、方法上的同一性和差异性），有人认为：新知识的学习必须以学习者头脑中原有的知识为基础，没有一定知识基础的学习是不存在的。因此，在学习中必然存在着原有知识对当前知识学习的影响，即知识学习中新旧知识的类比是必然存在的。
物理学中有许多物理思维和物理规律具有可比性，运用类比可帮助我们接受新概念并加深对概念的理解，能使知识融会贯通，开拓学生的思维，并培养学生的知识迁移能力。这样不仅可以使我们以最少的时间，更有效的落实教学任务，而且可以使学生也能以更短的时间，更深刻、更透彻地理解这个新知识。下面我们通过案例来赏析几种常见类比教学。
一、类比应用于知识教学
一般来说，一个研究对象从不同角度看有不同的特征。应用类比来进行课堂教学，其关键就是引导学生根据所探究问题的性质来恰当地选取作为类比依据的两个对象之间的对应特征。这就相当于一位建筑师在设计一座大楼时，可以把以前造过的一座类似的大楼的图纸作为蓝本，稍加改动后就可以“依样而建”，这样便可节省大量的时间和精力，且对我们的教学也会有一种“事半功倍”之功效。
案例1 电势能增减问题
不少同学在分析正负电荷在电场中运动，电势能的增减问题时，不自觉地作了如下的类比：因为有：重力势能——电势能、高度——电势、高度降低（升高）——重力势能减少（增加），所以应有：电势降低（升高）——电势能减少（增加）。显然，错误在于类比的依据不恰当。我们在教学中进行了如下的引导：
师：重力对物体做功和电场力对电荷做功的特点是什么？
生：与路径无关。
师：功与能量有什么关系？
生：功是能量转化的量度。
师：单单考虑势能的变化，它由什么决定？
生：由做功决定。
至此，已找到了功与势能变化的关系，即类比的依据。
师：重力对物体做正（负）功，重力势能怎样变化？
生：重力势能降低（升高）。
师：那么，电场力对电荷做正（负）功，电势能又该怎样变化？
问题的答案很自然就出来了。再通过举例说明，绝大部分学生应该不会再受正负电荷这一因素的干扰，这样不仅轻松地掌握了这一内容，且对如何应用类比有了较深的印象。这个案例似乎也说明了这样一点，类比是一把“双刃剑”，用得好对我们的教学有积极的作用，但同时用的不好的话，对我们教学的阻碍也是比较大的，所以在教学过程中要加强引导，用好这把“双刃剑”。
二、类比应用于方法教学
物理方法实际上是研究和处理物理问题的思路、方式，也即物理思想。加强物理方法的教育是提高学生科学素养的必要手段，是当代物理教育的发展趋势。物理方法与物理知识一样，需要经过多次的在不同方面的应用才能掌握。一般来说，一个物理方法处理的是一类（或几类）具有相同或相似特征的物理问题。若教学中抓住研究问题的特征，通过类比，在不同领域内（或不同内容上）使用同一方法，则可达到加深理解物理方法的目的。
案例2 用比值法来定义某些物理量
比值法应用的一个例子是：对一类描述物体运动状态特征的物理量的定义，如速度、加速度、角速度等。这些物理量是通过简单运动引入的：匀速（匀变速）直线运动、匀速圆周运动。它们具有的共同特征是：相等时间内，某物理量的变化量相等，用变化量与所用时间之比就可表示变化快慢的特征。如速度就是用位置的变化量与所用时间的比值来定义的。笔者在教学中用速度的定义过程作类比的根据，对加速度、角速度等进行类比，许多学生都掌握了如何用比值法来定义这类物理量的方法。
比值法应用的另一例子是对量度物质本身属性的物理量的定义，如电场强度、磁感应强度、电容、电阻等。它们的共同特征是：属性由本身所决定。由于它们能在与外界作用时显示出一些性质，这就给我们提供了用外界因素来表示其特征的间接方式。
电场的特征就是通过研究处于其中的电荷受力的作用的性质，而用电荷所受力与电荷量之比即电场强度来表示的。类似地，电容的特征可用其带上电荷后，两板间会产生电势差的性质定义之。笔者以场强定义作为根据，应用类比的，对磁感应强度、电容、电阻等进行教学，强调如何根据其性质来表示其特征。其效果是：学生不仅对这类概念的理解有融会贯通之感，且在不同方面的应用中，对比值法的内涵和外延有了更深刻、更透彻的理解。
三、类比应用于物理解题
解题，就是解决物理问题，是物理方法和知识的应用过程。解物理题时，有时会出现题述的物理情景比较陌生、复杂和模糊，从而导致解题思路不清和受阻中断的情形。此时切忌死钻牛角尖，应灵活运用所学的知识和方法，巧妙处理，把题述物理情景等效转换为我们熟悉的、简单的、清晰的情景再求解。这是实现知识“迁移”的重要一环，是物理教学的重要组成部分。应用类比于物理解题，其根据即是物理原型的特征。教学中通过分析待求问题的特征，把它与已知的物理原型进行类比，从而找到方法，解出习题。
图1
案例3 如图1所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m，带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，珠子所受的静电力是其重力的
倍，将珠子从环上最低位置A点静止释放。求珠子所能获得的最大动能
。
图2
图3
评析 模型类比是根据研究对象与原型事物之间具有相同或相似的关系而进行的一种类比，运用这一方法解题的关键是将关于原型事物的原有知识与结论移植到当前事物上来。从物理角度全过程整体思考，有利于巩固学生所学知识，加强各知识点的联系，培养了学生思维的严密性和逻辑性，尤其是巧妙运用模型类比思想，其思路之清晰，方法之简单，令人拍案叫绝，但对思维能力要求较高。
四、类比应用于相关学科知识与物理知识之间
自然科学分科庞杂，物理只是众多学科之一，可以用其他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、物理过程、物理概念。
案例4 对位移的理解
初中物理中学过路程这个概念，在高中运动学中有一个非常重要的概念是“位移”。这个概念贯穿于力学和运动学，以至电学、电磁学中都经常性地与这个概念有联系。如果不能正确理解这个概念，那将会给后面知识的学习带来不小的麻烦，尤其是它与“路程”这个概念的区别。大家都知道，位移是指物体从初位置到末位置的有向线段，路程是指物体通过的实际轨迹的长度。为了让学生对它们理解透彻，只靠这几个文字是不够的，我们在教学中，画出图形，与数学中的几何知识相类比。联系数学知识和图形，学生理解到：位移是有方向的，从始位置指向末位置，是向量，物理学中叫矢量，而路程无方向；位移的大小是两点间距离，而路程是指两点间任意路径的长度。数学上“两点之间线段最短”，那么我们就可以理解为：位移大小指初位置和末位置这两点间的最短距离，而路程则是指这两点间任意路径的长度。这样，学生不仅理解了位移的概念，而且还注意到了这二者的区别。
数学是解决物理问题的工具，物理与数学之间的类比最为常见。同时，物理同其他学科之间的类比也是比较广泛的，如物理与通用技术，物理信息技术、物理与生物、物理与化学等等，比如学生在化学这门学科中详细学习了物质的内部结构，知道了物质不灭定律，通过类比我们就可以知道物理中的重要守恒定律——电荷守恒定律。
这样的类比，不仅可以使学生领略“类比”这一重要的认识问题、分析问题、处理问题的方法，同时既加强了各学科间的横向联系，又激发了学生学习物理的兴趣。
五、类比应用于生活经验与物理知识之间
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、分析和处理事物的能力。将物理知识与生活知识相类比，可使有些看似深奥难懂的物理知识化难为易。
案例5 用类比法理解电源的作用
如图4，水池A、B水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池A流动到水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中之可能有一个瞬间水流。
问题引导：怎样才能使管中有源源不断的水流呢？
分析 水池A中的水量需要及时补充才行。可将水池B中的水及时抽到水池A中，保持他们之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流流过。
图4 电源与抽水机对比图
温馨提醒 把电源的作用与抽水机类比，学生比较容易理解，尽管两者在工作机理上的差异很大，但在教学的初期这样的类比是很有益的。同时，这部分教学也为后面电动势概念的建立打下一定基础。
在此基础上，教学中可以根据课本图2.1-1，设置恰当的问题引导学生进一步思考。
①用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？
②如何能让导线中保持持续的电流？电源起到了什么作用？
通过以上问题的讨论、探究。使学生理解导体中产生电流的条件是导体两端要有电势差，即能产生驱使电荷定向移动的作用力——静电力。电源的作用就是移送电荷，保持导线两端的电势差，从而保持电路中有持续的电流。
六、类比应用于物理实验
物理是以实验为基础的一门学科，实验的直观性、操作性、探究性有助于学生建立概念，理解规律，突破难点，因此实验教学是我们物理教学的支点、亮点和增长点。实验教学中实验对比与类比在课堂教学中被广泛应用着，大大提高了课堂效益。
案例6 单摆振动的周期的探究
在探究单摆振动的周期时，我们采取以下的实验方法进行探究，这样可以保证在有限的课堂时间内圆满完成教学目标。
1.取两个摆长相同、摆球相同的单摆，同时在不同的偏角下（偏角小于15°）摆动，可看到两个单摆是同步进行的。
2.取两个摆长相同、质量不等的单摆，同时在相同的偏角下（偏角小于15°）摆动，可看到两单摆是同步进行的。
3.取两个摆长不同的单摆。同时开始摆动，可以看到摆长短的单摆摆动得快而且周期小。
我们常见的类比还有——用类比法理解概念（如质点和点电荷）、用类比法运用规律（平抛运动和带电粒子在电场中的偏转）、用类比法记忆公式（如万有引力定律和库仑定律）等等。限于篇幅，我们也就不一一举例了。
类比方法符合当代教育学、心理学规律和人们认识事物的规律。应用类比方法，不仅可把抽象的新知识纳入到已有知识系统中来，变抽象为形象、变难懂为易学、变繁琐为简单，同时又可激发学生联想，具有启发思路、举一反三、触类旁通的作用。所以其不失为一种促进学生知识“迁移”，提高学生科学素养的有效方法。但由于类比是一种推理，有时结论并不可靠，特别是以现象作为类比依据时，而这正是学生常犯的错误。所以在平时教学过程中，应正确引导学生仔细分析、比较，透过现象抓住与所研究的问题相对应的本质，选择恰当的类比对象，提高其结论的可靠程度。自觉地掌握和运用类比这一科学的教学方法，可使我们的物理教学更上一层楼。