类比及其在高中物理教学中的应用，本文主要内容关键词为：高中物理论文,教学中论文，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。
一、类比及其在物理发展史中的地位和意义
类比是一种既古老朴素而又极富有生命力的科学研究方法。在希腊语中类比具有比例的意思，后来类比的意义又逐渐引申为类似、相似、相符、具有同样的关系、形式或结构，在近代逻辑中，类比则是类比推理的简称，其具体过程是：通过对两个不同对象进行比较，找出它们的相似点，然后以此为依据，把其中某一对象的相关属性投射到另一个对象中去。
类比是建立科学假说的基础，进行科学研究的手段，是通往科学发现的阶梯，在物理学发展史上扮演着重要的角色，许多重要的科学假说的提出都得益于类比推理方法的应用。如卡诺的理想热机（类比了水车）、麦克斯韦的电磁波假说（类比了沿法拉第力线方向的管子中运动的不可压缩的流体场）、卢瑟福的原子模型（类比了太阳系）、核力的介子假说（类比了电磁力）等等。正因为如此，它一直受到科学家的青睐和推崇，英国著名病理学家贝弗里奇说：“类比法在提出线索或假说，以及帮助理解无法看到的现象和情况方面有着十分可贵的作用”。德国哲学家康德也曾说“每当理性缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往会指导我们前进。”
二、类比在高中物理知识教学中的应用
类比也是人类认知活动过程中十分有用的工具，根据认知心理学原理和建构主义理论，在学习一个新的知识，尤其是没有生活体验背景或比较抽象的知识时，学习者往往不由自主地在已有的知识背景中寻找一种表象的联系，让它们之间产生互相沟通。类比是建立新旧知识联系的一座桥梁，它能促进旧知识向新知识的正向迁移，并使新的知识通过同化和顺应顺畅地纳入已有的认知图式中。
类比在物理教学中往往涉及三种具体的形式，即模型类比、等效类比和数学类比。对类比法在高中物理知识教学中的运用现分别举例如下：
1.运用模型类比，化抽象为具体
在高中学习阶段，有些知识比较抽象，学生缺乏意义建构的基础，迫切需要老师对过去的知识适当的加以呈现来进行铺垫，并通过对新、旧知识的联系加以点拨，以唤起学生的思考并激活学生的思维——
例如，在电磁振荡的教学中，将LC电路中的振荡电场E(q)及磁场B(i)的周期性变化情况与弹簧振子的动能
及势能
，的周期性变化特点相类比，这样既可以使学生轻松愉快地得出规律，又使以前的知识得到了有效复习和巩固。
再如，我们还可以把宏观宇宙中的天体运动与微观世界的原子核外电子绕原子核的圆周运动作宏观和微观的类比，其依据是天体的圆周运动是万有引力充当向心力，而电子的圆周运动是原子核对它的库仑引力充当向心力，万有引力与库仑引力都遵从平方反比规律，所以这两种轨道运动具有相似的特点，都有轨道半径越大，速度和动能就越小，对应的重力势能越大，总能量越大，转速或角速度越小，周期越大等规律。
2.运用等效类比，化生疏为熟悉
有一些知识学生虽然对其有所体会和理解，但这些知识却以一种独立的方式存在着，使得某些学生的学习“只见树木，不见森林”，不能举一反三，若将它与以往的某些知识有着一定的联系和相似，可以将生疏的知识变得熟悉，使得未知的世界与已知的世界形成融通状态，形成知识的良性结构。
例如，分子动理论中关于分子力的知识，可借助于弹簧模型来帮助理解：当两个分子的间距
时相当于连接两小球的弹簧处于自然长度状态，分子力相当于弹簧弹力，应等于零，分子势能相当于弹性势能，应是最小；当
时，相当于弹簧处于伸长状态，分子力表现为引力，分子势能随着距离的增大而增大；当
时，相当于弹簧处于压缩状态，分子力表现为斥力，分子势能随着分子间的距离的减小而增大。
3.运用数学类比，化模糊为清晰
数学语言具有定量且表述精准的特点，物理量的物理意义往往需要通过一定的数学形式来反映、表征其特定的内涵，这样使得其物理意义变得非常的鲜明。
三、类比在物理问题解决教学中的应用
类比在问题解决中也具有极其重要的意义。美国数学家G·玻利亚十分重视类比方法，他指出：“我们所有的思维，包括日常的言论，还有艺术的表达方式和科学上极高的成就，都渗透着类比。”对解题而言，“在简单的情形，我们几乎可以照抄一个明显的相似问题的解。在复杂一点的情形，一个巧妙的类比也许不能立即给我们以具体内容上的帮助，但是它可以给我们指出一个工作的方向。”
认知心理学的研究表明，人在解决问题时，会引用贮存在长时记忆中相似问题为基准参照题（简称为基题），他们在解题时会根据贮存在短时记忆中的目标题来提取基题与之类比，一旦类比关系确定，基题的解决思路就可以相应的移植到目标题上。现对类比法在解题中的应用，现分别举例说明如下：
1.运用模型类比，将问题化隐为显
例如，在求如图1甲所示装置的光斑在墙上移动的速度时，若将其与小船渡河模型相类比，则问题可以迎刃而解：
图1
此解的类比机制可以表示为图2。
图2
由此可求得
2.运用等效类比，将问题化难为易
例如，在已知地球的半径R和大气压强
的条件下，求地球周围的大气总质量。
解本题时，看起来无从下手，用图3（下页）来进行等效类比求解则显得比较容易：
图3
此题的类比机制可表示为图4
用上法求得
例如，在讨论一般情况下恒定电路电源输出功率的极值时，若用数学类比的方法，学生则更容易接受，避免了运用二次函数等方法推演的繁杂。
电源输出功率
此问题解决过程的类比机制为图5
图4
图5
总之，类比既是一种思想，也是一种方法，既是教法，也是学法，是启发式教学原则在教学过程的具体体现。若教师在物理教学中自觉地、娴熟地运用类比法，就能启迪学生的思维，调动学生学习的积极性，使学生通过类比能学一知二，举一反三，触类旁通；就能减少学生认知上的困难，延缓知识的生成过程，并固化已有的知识结构；就能减轻学生负担，帮助学生跳出题海，真正地实现“为了迁移而教，为了理解而学”。