【初中物理教学论文】初中物理教学中“类比思想”的运用

【初中物理教学论文】初中物理教学中“类比思想”的运用 摘要：类比法是研究和学习初中物理的一种及其重要的方法，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究新理论的重要途径。本文主要从物理概念、规律教学、方法教学、物理解题以及类比时注意事项等层面做分析研究。 关键词：类比法 物理 教学 类比法，也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。类比法是一种从特殊到特殊的逻辑思维方法，它与从特殊到一般的归纳法和从一般到特殊的演绎法相比，类比法跳过了其中的过渡中介途径，选择了一条路径更为简捷的推理思路（如图1）。 类比推理的思想过程是从特殊到特殊，目的是使人们从已知的事物去认识新的事物。类比法虽然仅是根据简单比较而进行的推理，它不能准确地表明属性间的关系，因而推出的结论具有或然性，结论正确与否还需实践的检验，但它却可以挣脱现成原理的约束，以最少的事实基础，最短的推理路径而推出结论。在广泛的范围内把看上去差别很大，甚至是风马牛不相及的两个事物联系起来，从而发现新的原理，因此它是最富有创造性的一种推理方法，在物理学发展史上许多物理理论的建立，物理规律的发现，都是在类比的基础上发展起来的。而在物理教学中运用类比法也具有独特的作用，它不仅利于教学者克服教学中的难点，使学生更好地掌握所学知识，也利于培养学生的能力，发展学生的创造性思维，类比法在初中物理教学中通常有以下几种运用方法。 一、类比法在物理概念、规律教学中的运用 初中学生的思维方法是以形象思维为主的，抽象思维的能力相对较弱。物理学虽然是一门以实验为基础的科学，但是许多的物理概念、规律是在实验的基础上经过抽象概括而形成的，有些物理概念、规律看不见摸不着，比较抽象，学生就难以接受和理解，此时运用类比法，把当前所学的知识与学生已有的知识或学生自身生活中所碰到的现象进行类比就能大大增强教学的直观性、形象性，往往会使学生有豁然开朗的感觉，非常有利于学生建立概念，理解规律，降低新知识的接受难度。有效地突破教学的难点。举例如下： （一）在电压概念的教学中把电流跟水流作类比 通过这样的类比学生就能比较容易地建立起电压的概念，并真正地理解了电压的作用是使自由电荷定向移动成电流。 （二）磁场概念教学中的类比 说楼房、汽车、教科书是由物质构成的，大概不会有谁提出异议，因为它们是那么具体直观地出现在你的面前。说“场”，例如磁场也是物质，很多学生就不那么信服。因为谁也没有见过场这种物质是什么样的，你见过空气吗？你认为空气不是物质吗？笔者相信，尽管人们没看到也没摸到过空气却不会有人怀疑它 的客观存在，没有人怀疑它的物质性。其根据就在于：当你把嘴巴和鼻孔堵一会儿，你就觉得此刻你需要空气就像饥饿时需要一块面包那样具体。当人们看到彩旗飘舞、柳枝轻摇时就会想到这正是空气施力于它们。 力的作用要物质来传递，家里的门要靠手和门直接作用才能打开，公共汽车上的门，要靠手按气门按钮，车门才能开或关，其中也不少不了传递力的作用的空气。这种传递情况是： 手动按钮 空气（物质） 门 两磁体之间也有相互作用力，传递这种力的作用的物质就是磁场。 磁体 磁场（物质） 磁体 （三）在热能、热量、温度三者关系的教学中把热传递与水的流动作类比 通过这样的类比，学生很容易就掌握了热能、热量和温度三者之间的关系，真正知道了温度、热能是状态量，而热量是过程量的含义。值得注意的是：在这个类比中改变容器中水的多少只有一种方法（流入或流出水），但改变物体热能的方法有做功和热传递两种方法，故我们不能根据容器中水的质量增加，一定是流入了水，就类比推断出物全热能增加一定是吸收了热量，事实上也可能是外界对物体做了功，所以我们在作类比推理的时候要避免类似的机械类比。 二、类比法在物理方法教学中的应用 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。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。不仅可以加深学生对知识的理解和掌握，还可达到学生对物理方法的掌握和运用的目的。 （一）在磁感线概念教学中的类比 在磁感线概念教学中，学生很难理解为什么要在磁场中撒细铁屑，更不知道其中所隐含的物理方法，为此笔者在教学中设计了如下的教学过程： 教师：我们在房子内看窗外如何知道外面的风向? 学生：观察风中烟的运动方向，就可知风向。这是因为烟尘受流动空气的作用而运动。 教师：类似地我们如何研究看不到摸不着的磁场呢？（提示：什么物体在磁场中会受到磁场对它的作用？） 学生：因为磁场对小磁针有力的作用，我们就可以通过观察磁场中小磁针的偏转情况来研究磁场。 教师小结：如果在磁场中撒上细铁屑，由于细铁屑在磁场中被磁化成很多个小磁针。 这些小磁针受到磁场作用而排列起来，而每个小磁针的指向都反映出了该点的磁场方向。在此基础上通过在不同磁场中撒细铁屑的实验，再引入磁感线的概念。这样就能使学生较好地理解并掌握磁感线的概念，同时也使学生对转换法这种物理方法有了初步的了解。所谓转换法就是对于不易研究或不好直接研究的物理问题，通过研究其表现出来的现象、效应、使用效果，间接地来研究问题的方法，事实上我们在研究其他物理问题时也广泛地运用着这种方法。例如在研究通电螺线管磁性强弱跟什么因素有关的实验中，我们通过观察通电螺线管吸引大头针的枚数，来确定通电螺线管的磁性强弱。在研究决定导体电阻大小的因素实验中，我们通过小灯泡亮度的变化来定性地了解电流的大小，从而判断电阻的大小。经过这样多次的类比和应用。不仅使学生较好地掌握了相关知识，还较好地培养了学生用转换法来解决物理问题的能力。 （二）电学教学中的类比 1、影响电阻大小的因素 学生在通过实验探究得出影响电阻大小的3个因素(材料、长度、横截面积)之后，还是难理解。这时可以做如下类比：把导线类比公路，导线越粗相当于公路的车道越多，那么车行驶时遇到的阻力就越小（相当于电阻小）；导线越长，就相当于市民在元宵节晚上逛集市，人特别多，一个市民走的路越长，遇到的总阻力也就越大，感觉就越累（相当于导体的电阻越大）；材料的种类会影响电阻大小，相当于不同材料的道路（水泥路、沥青路、土路）对车子的阻力大小不同。 2、串并联电路电流特性 串联电路的电流的大小相当于自来水管中的流量，同一根密封的自来水管道，无论管道粗一点（相当于电阻小）还是细一点（相当于电阻大），各处的水流量是一样的。所以串联电路各处电流大小相等。 并联电路的电流比如长江水在通过江心洲时分成两个部分，那么上游的流量应该等于两部分水的流量之和。这就相当于并联电路干路的电流等于支路电流之和。 3、串联电路电压特性 串联电路两端总电压等于各部分电路两端电压之和。可以做如下类比：住在山里的人有时需要把山泉引到山下，会用很多长度不同、倾斜程度不同的竹筒接在一起。无论每节竹筒的长还是短，放置的倾角大还是小，一定满足总的高度等于每节竹筒的高度和。这里面每节竹筒的高度就类似于每一个用电器两端的电压，竹筒总的高度就类似于电路两端的总电压 三、类比法在物理解题中的应用 类比法在物理学的研究和教学中都有着不可替代的作用，尤其是在培养学生的创造性思维方面更是有着独特的作用。新课程标准要求在突出探究内容的同时，要重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛，而类比法是其中重要的培养学生创造性的一种科学方法。因此在中考中考查学生运用类比法解决物理问题能力的题目也日渐增多，这类题目必然成为当前和今后中考的热点。举例如下： 例1 如图2甲所示，小明从家A点到达学校C点必须经过一片平地和一片沙地（平地行走速度大于沙地行走速度），他应该怎选择路径最快捷？小明利用光学知识确定应从（填“B点”、“B点左侧”或“B点右侧”）处由平地进入沙地，请你大致画出他的行进路线。 评析 由于光从一点传播到另一点实际上所走的路径是这两点间各条可能的路径中用时最短的一条。据此可以将小明在平地和沙地中的行走类比为光在两种介质中的传播，由此问题得以转化。由光的折射定律可作出如图2乙所示的光路，也即小明选择的最快捷的路，且由图可知小明应从B点的右侧进入沙地。该题如果不用类比法，学生就会无从下手，不知道该怎么做了，但把该题与光的折射进行类比，问题就不难解决了。 例2 有一类运动学问题，许多学生感到困惑。如一只小船具有相对于静水的恒定速度，小船在逆水中行驶时，一只木箱从船上落入水中，等船上的人发现后，立刻掉转船头追赶，结果在5min后追上木箱，求从木箱落水到追上共用了多少时间。设水流速度恒定，掉转船头时间不计。这类问题许多学生都认为缺少条件，无法计算。在解决这类问题时，我采用这样的方法：假设人在行使的火车车厢内向前行走，不小心掉下一个钱包，5min后才发现，立即返回。很明显人在再次走到钱包处仍需5min（假定人相对车厢的速度不变）。这里若把人与小船类比，火车与水流类比，钱包与木箱类比，则选木箱或水流为参照物时，小船远离和靠近木箱时。时间相等，所以木箱从落水到被追上共用时10min。这类问题，一般选木箱或水流为参照物，这样有三个不变量：小船远离和靠近木箱的速度、距离、时间相等。这是理解此类问题的关键。许多形式不同的物理习题具有相同或相似的特征，只要理解、掌握了一个问题的特征和解法，应用类比，这类问题就迎刃而解了。从某中意义上讲，这是把学生从题海战术中解放出来的有效方法。 综上所述，类比法在初中物理教学中有广泛的应用，合理地应用类比法既能够帮助学生更好地掌握知识，又能提高学生科学运用物理方法解决实际问题的能力，还能很好地训练学生的创造性思维，发展学生的创新能力。根据笔者多年来在初中物理教学中运用类比法进行教学的体会，提出运用类比法应注意以下几点： （1）类比法的适用情境：类比法一般适用于我们认识新事物时，尤其那些比较抽象、学生难以理解的新事物时，如果能够找到合适的类比对象，运用类比法教学往往能收到事半功倍的效果。 （2）正确运用类比法的关键是要找到类比对象之间的相同点，类比对象之间的相同点越多，二者间的关联度就会越大，结论的可靠性也就越大。反之，结论的可靠性就会越小，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。 （3）类推理是从特殊到特殊的推理方式，因此它是一种或然性推理，前提“真”未必结论就“真”，如果把某个对象的特有情况或偶然情况硬类推到另一个对象上，就会出现类比不当或机械类比的错误，这是我们在运用类比法时需要特别注意避免的。 初中生还主要处于形象思维阶段，对于一些抽象的物理知识还不容易理解，如果教师能合理利用类比，把抽象的知识于形象的生活联系在一起，就能把复杂的问题简单化，枯燥的知识趣味化，最后肯定能达到抽象知识形象化的效果，这样的课堂才是有效的课堂，这样的学生才是幸福的学生，这样的教师才是智慧的教师。 参考文献 1.王溢然、张耀久著类比，河南教育出版社， 1993年8月第1版； 2. 张善贤著中学物理教学研究与实践，苏州大学出版社， 2000年9月第1版； 3. 南冲著中学物理教学研究，海潮出版社， 1993年9月第1版； 4. 人民教育出版社物理室编著全日制普通高级中学教科书物理（第一册）、（第二册），人民教育出版社， 2002年12月第2版； 5.中华人民共和国教育部制定物理课程标准，北京师范大学出版社 2001年7月第1版。