类比法在初中物理教学中的应用

类比法在初中物理教学中的应用摘要：授人鱼，不如授人以渔，科学方法教育远比传授科学知识重要.本文以类比法为例，探讨类比法在初中物理概念教学、实验教学和解题过程中的应用，充分说明类比法作为一种科学方法在初中物理教学中起到的效果，以期在初中物理教学中更好地培养学生的科学探究精神、实践能力和创新意识.关键词：类比法；初中物理；应用作者简介：曾新基（1977-），男，广东，硕士，中学物理一级教师，研究方向物理教学.1前言《新课程标准》将过去的一维目标改成现在的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标，从中可以看出新课程标准对过程与方法的重视程度.因此，改变教学理念，进行“科学方法教育”是在新教改中必须重视的一个方面.诺贝尔奖金获得者，俄国的巴甫洛夫认为：“重要的是科学方法，科学是思想的总结，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大.[1]”为培养学生的科学探究精神、实践能力和创新意识，帮助学生提高物理素养，在初中物理教学中教师必须要加强科学方法的培养.怎样去培养呢？我们在完成传授知识的同时，如果有意识、有目的地进行科学方法教育和指导，就会有利于促进学生智能的发展，培养其科学的态度，以及探索物理奥秘的精神.在所有科学方法中，“类比法”在初中物理教学中有着重要的意义：利用“类比”可以帮助学生把感到陌生的问题与自己熟悉的事物进行比较，从而找出它们的相似或相近之处，达到认识事物的规律.而运用类比的方法进行初中物理教学，能以旧带新，可以引导学生的思维从形象提升到抽象，帮助学生有效地把握物理知识、发展智力、培养能力.本文以类比法为例，谈谈科学方法在初中物理教学中的应用.2类比法的概念类比法是人类思维活动中一种特有的方法，在认识客观事物的思维活动中，在探索新的事物发展规律，建立事物之间的联系过程中，发挥着极其特殊的作用，它的创造性是归纳法、演绎法所无法比拟的，因而是古今中外的科学家最常用的一种思维方法.[2]由这种方法所得出的结论，虽然不一定可靠、可信，但在逻辑思维中却富有创造性.如：库仑定律中把静电相互作用力与万有引力进行类比；卢瑟福将原子结构与太阳系进行类比；薛定谔将物质波与机械波进行类比……等等，这些由类比而使物理学获得重大突破的例子不胜枚举.德国天文学家开普勒曾说过：“我珍视类比胜于任何别的东西，它是我最可信赖的老师，它能揭示自然的秘密.”通过类比，可以从已知的熟悉的对象所具有的某种性质，推出未知的生疏的对象应具有的相似性质，起到由此及彼、既把握了对象的共性又有所鉴别的作用，从而在不同知识领域之间实现知识的过渡，沟通知识间的横向联系，具有提供解?Q问题的线索、触类旁通、举一反三等启迪思维的作用.因此类比法是一种非常有效的教学和学习方法.3类比法在初中物理教学中的应用3.1在概念教学中的应用概念，尤其是基本概念的学习至关重要，学生也感到最难学，因为它们都是对自然现象的概括和间接的反映.而类比则能为教师提供一种有效的概念教学策略.因为通过类比，能使学生在已知基础上由熟悉到陌生、由浅入深、由直观到抽象地进行有意义的学习.即有联系地掌握概念，而不是死记硬背.如：电流的形成、电压的作用通过以熟悉的水流的形成，水压使水管中形成了水流进行类比，从而得出电压是形成电流的原因的结论.学生在学习电学知识时，在老师的引导下，联想到：水压迫使水沿着一定的方向流动，使水管中形成了水流；类似的，电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流.抽水机是提供水压的装置；类似的，电源是提供电压的装置.水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似的，电流通过电灯时，消耗的电能转化为内能.又如：影响电阻大小的因素是材料、长度和横截面积.可以用水在管道中流动时阻力大小来类比.首先是材料，不同材料制成的管道，如竹管、塑料管、铁管、PVC管、橡皮管等等，水流受到的阻力不同；类似于不同材料的电阻不同.其次是长度，管道越长，阻力越大，水越难通过；类似于导体的长度越长电阻越大.最后是横截面积，管道直径越大，水流越容易通过，说明水流的阻力越小；类似于导体的横截面积越大电阻越小.再如：学习功率时可以通过类比速度来理解，速度是表示物体运动快慢的物理量；功率是表示做功快慢的物理量.速度等于路程和时间的比值；功率等于功和完成这些功所用的时间的比值.速度的大小由运动的物体来决定，与路程、时间无关，数值上等于路程与时间的比值；功率的大小由做功的物体来决定，与做功多少、时间无关，数值上等于所做的功与时间的比值.从以上实例中，我们可以得知：在初中物理教学中，一些概念或规律的教学均可采用类比法，即与已掌握的知识或者与生活中的常识进行类比的方法.采用这种方法进行新课教学，符合学生的认知规律，在教学实践中取得很好的效果.3.2在实验教学中的应用类比法是否有效，关键要看其是否能达到教学目标，提高学生的理解.类比法教学是通过已知认识未知，因而类比的有效性取决于本体（所学知识）与喻体（已有知识）、喻体与学生之间的关系.根据有意义学习理论和激活理论，本体与喻体相似程度越大，有意义学习的可能性越高；喻体越为学生所熟悉，就越容易被激活.[3]同时迁移理论表明：本体与喻体相似程度越大，迁移越容易发生；相似特征越多，迁移量越大.[4]所以在我们学习一些十分抽象的，看不见、摸不着的物理量时，可以拿出一个大家容易理解、生活中常见的、与之很相似的量来进行类比学习.如：在“探究分子间的作用力”实验时，可以用弹簧作类比：压缩弹簧时，弹簧两端受到斥力的作用；类似于压缩物体，使分子间的距离较小时，分子间表现为斥力.将弹簧拉开一定的距离，弹簧两端受到引力的作用；类似于当分子间的距离大于某一距离γ0时，分子间表现为引力的作用.将弹簧拉得太开，无法恢复时，弹簧两端既不受引力也不受斥力；类似于分子间的距离太大，大于分子直径的10倍时，分子间既不存在引力也不存在斥力.学生对微观的分子的理解，需要较强的想象力和抽象能力，但通过与弹簧作类比，便大大减轻了学生的压力.又如：在“探究物质的比热容”实验时，对于课本中的两种结论经常搞混，不易理解.这里可以将比热容与酒量作类比，比热容表示物体的吸热能力；酒量代表一个人的喝酒能力.吸收的热量与所喝的酒进行类比；升高的温度与人喝醉的程度进行类比.从而可以举例：大家都喝到醉，甲所喝的酒较多，甲的酒量较大；类似于升高相同的温度时，水加热时间较长，水的比热容?^大.大家都喝了一样多的酒，乙已经醉了，乙的酒量较小；类似于在吸收相同热量时，沙子升高的温度较高，沙子的比热容较小.再如：探究“声波”时可与水波类比.探究“物质的三种状态”时，可以把学生比作分子：固态物质的分子就如同正在上课中的学生，相对比较稳定；液体物质的分子如同课间活动中的学生，可以在一定范围内自由活动；气态物质的分子如同放学后的学生，可以自由活动.从以上实例中，可以得知：在实验教学中，如果遇到一些概念比较抽象，结论容易混淆的情况时，教师可以采用类比法，利用生活中的经验和感性认识，帮助学生将抽象的概念和具体的事例联系起来，从而达到理解抽象概念的目的，正确的记住、理解实验结论.所以，平时教学应当认真研究本体和学生，积累并选择形象、具体、为学生所熟知并与所教知识有较多相似点的喻体.3.3在解题过程中的应用解题，就是解决物理问题，是物理方法和知识的应用过程.它是实现知识“迁移”的重要一环，是物理教学的重要组成部分.应用类比法解题，其根据是物理原型的特征.教学中，通过分析问题的特征，把它与已知的物理原型进行类比，从而找到方法，解出习题.如：“某同学探究电磁感应现象实验装置图（如图1），下列操作中，不能在导体ab中产生感应电流的是（）A.闭合开关，导体ab竖直向上运动B.闭合开关，导体ab水平向左运动C.闭合开关，U形磁铁水平向右运动D.闭合开关，导体ab斜向上运动”在学习“电磁感应现象”时，由于学生的空间想象能力不强，对导体是否做切割磁感线运动感到难以判断.教学中若能把磁感线与一根根拉紧的棉线相类比，导体类比于一把刀，导体在磁场中运动就相当于刀子在棉线中运动，只要刀子在运动中能切断棉线，导体就在做切割磁感线运动，这样学生就容易理解和掌握了，对上面的题目也就迎刃而解了.又如图2：“向右调节滑动变阻器的滑片，电压表的示数将（变大、变小、不变）.”再如图3：“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系实验中：把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：向（左、右）调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变.”两题都不容易理解，若按照动态电路、欧姆定律等来推导，学生还没听完就已经晕了一大半了，怎么办呢？这里可以根据串联分压的思想来作类比，把总电压比做总家产，把电阻的大小比作武力值，武力越大，分到的家产就越多；类似于电阻越大，分到的电压越多.将定值电阻换成10Ω后，所分到的电压会变大，而此实验要求电压表示数不变，所以R′也要变大，才够武力把原来属于自己的家产抢回来，使定值电阻分到的家产保持不变，所以R′要向右调，才能保持电压表的示数不变.从以上实例中，我们可以得知：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.4结语正如康德所说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进[5].在物理教学中运用类比方法可以引导学生自己获取知识，同时，又可以激发学生联想，使学习成为学生自觉积极的活动，有利于发展学生的思维能力.但在使用类比方法时，要注意各种不同事物之间的差异和区别，在引进新概念、新规律时，应当进一步把它们的本质讲清楚.只有这样，才能使学生更好地理解所学习的内容，启发学生的思维和加深对学习内容的理解，在教学中起到举一反三的好效果.但是，类比法本身也是一种科学猜测，具有局限性，它不能取代理论分析和实验研究，一旦类比不恰当会使人误入迷途或者导致错误的结论.同时，类比法也是一种逻辑推理方法，逻辑推理的结论都离不开实践的检验.实践才是检验类比结论真实与否的最终标准，实践才是检验真理的唯一标准.参考文献：[1]陈宏.提高高中物理课堂教学有效性的实践研究[M].上海，世纪出版社，2010：11.[2]丁??.类比是一种重要的创造性思维方法[J].科学技术与辩证法，2000（1）.[3]徐学福.论类比教学模式[J].广西师范大学学报，第34卷第二期第27页，1998（6）.[4]徐学福.论类比教学模式[J].广西师范大学学报，第34卷第二期第28页，1998（6）.[5]康德（德）.宇宙发展史概论[M].上海外国自然科学哲学著作编译组译.上海：上海人民出版社，1972：147.