初中物理教學中“類比思想”的運用

　　一年一度畢業季，幾分傷感積分離愁。傷感之余是否還在為畢業論文發愁?好了，話不多說，小編直接為大家送上物理學畢業論文一篇——初中物理教學中“類比思想”的運用，希望對大家有所幫助!

　　摘要：類比法是研究和學習初中物理的一種及其重要的方法，能啟發和開拓思維，提供解決問題的線索，是提出科學假設和探究新理論的重要途徑。本文主要從物理概念、規律教學、方法教學、物理解題以及類比時注意事項等層面做分析研究。

　　關鍵詞：類比法 物理 教學

　　類比法，也叫“比較類推法”，是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也應具有這種屬性的推理方法。類比法是一種從特殊到特殊的邏輯思維方法，它與從特殊到一般的歸納法和從一般到特殊的演繹法相比，類比法跳過了其中的過渡中介途徑，選擇了一條路徑更為簡捷的推理思路(如圖1)。

　　類比推理的思想過程是從特殊到特殊，目的是使人們從已知的事物去認識新的事物。類比法雖然僅是根據簡單比較而進行的推理，它不能準確地表明屬性間的關系，因而推出的結論具有或然性，結論正確與否還需實踐的檢驗，但它卻可以掙脫現成原理的約束，以最少的事實基礎，最短的推理路徑而推出結論。在廣泛的范圍內把看上去差別很大，甚至是風馬牛不相及的兩個事物聯系起來，從而發現新的原理，因此它是最富有創造性的一種推理方法，在物理學發展史上許多物理理論的建立，物理規律的發現，都是在類比的基礎上發展起來的。而在物理教學中運用類比法也具有獨特的作用，它不僅利于教學者克服教學中的難點，使學生更好地掌握所學知識，也利于培養學生的能力，發展學生的創造性思維，類比法在初中物理教學中通常有以下幾種運用方法。

　　一、類比法在物理概念、規律教學中的運用

　　初中學生的思維方法是以形象思維為主的，抽象思維的能力相對較弱。物理學雖然是一門以實驗為基礎的科學，但是許多的物理概念、規律是在實驗的基礎上經過抽象概括而形成的，有些物理概念、規律看不見摸不著，比較抽象，學生就難以接受和理解，此時運用類比法，把當前所學的知識與學生已有的知識或學生自身生活中所碰到的現象進行類比就能大大增強教學的直觀性、形象性，往往會使學生有豁然開朗的感覺，非常有利于學生建立概念，理解規律，降低新知識的接受難度。有效地突破教學的難點。舉例如下：

　　(一)在電壓概念的教學中把電流跟水流作類比

　　通過這樣的類比學生就能比較容易地建立起電壓的概念，并真正地理解了電壓的作用是使自由電荷定向移動成電流。

　　(二)磁場概念教學中的類比

　　說樓房、汽車、教科書是由物質構成的，大概不會有誰提出異議，因為它們是那么具體直觀地出現在你的面前。說“場”，例如磁場也是物質，很多學生就不那么信服。因為誰也沒有見過場這種物質是什么樣的，你見過空氣嗎?你認為空氣不是物質嗎?筆者相信，盡管人們沒看到也沒摸到過空氣卻不會有人懷疑它 的客觀存在，沒有人懷疑它的物質性。其根據就在于：當你把嘴巴和鼻孔堵一會兒，你就覺得此刻你需要空氣就像饑餓時需要一塊面包那樣具體。當人們看到彩旗飄舞、柳枝輕搖時就會想到這正是空氣施力于它們。

　　力的作用要物質來傳遞，家里的門要靠手和門直接作用才能打開，公共汽車上的門，要靠手按氣門按鈕，車門才能開或關，其中也不少不了傳遞力的作用的空氣。這種傳遞情況是：

　　手動按鈕 空氣(物質) 門

　　兩磁體之間也有相互作用力，傳遞這種力的作用的物質就是磁場。

　　磁體 磁場(物質) 磁體

　　(三)在熱能、熱量、溫度三者關系的教學中把熱傳遞與水的流動作類比

　　通過這樣的類比，學生很容易就掌握了熱能、熱量和溫度三者之間的關系，真正知道了溫度、熱能是狀態量，而熱量是過程量的含義。值得注意的是：在這個類比中改變容器中水的多少只有一種方法(流入或流出水)，但改變物體熱能的方法有做功和熱傳遞兩種方法，故我們不能根據容器中水的質量增加，一定是流入了水，就類比推斷出物全熱能增加一定是吸收了熱量，事實上也可能是外界對物體做了功，所以我們在作類比推理的時候要避免類似的機械類比。

　　二、類比法在物理方法教學中的應用

　　物理方法實際上是研究和處理物理問題的思路、方式，也即物理思想。一般來說，一個物理方法處理的是一類(或幾類)具有相同或相似特征的物理問題，若教學中抓住研究問題的特征，通過類比在不同領域內(或不同內容上)使用同一方法。不僅可以加深學生對知識的理解和掌握，還可達到學生對物理方法的掌握和運用的目的。

　　(一)在磁感線概念教學中的類比

　　在磁感線概念教學中，學生很難理解為什么要在磁場中撒細鐵屑，更不知道其中所隱含的物理方法，為此筆者在教學中設計了如下的教學過程：

　　教師：我們在房子內看窗外如何知道外面的風向?

　　學生：觀察風中煙的運動方向，就可知風向。這是因為煙塵受流動空氣的作用而運動。

　　教師：類似地我們如何研究看不到摸不著的磁場呢?(提示：什么物體在磁場中會受到磁場對它的作用?)

　　學生：因為磁場對小磁針有力的作用，我們就可以通過觀察磁場中小磁針的偏轉情況來研究磁場。

　　教師小結：如果在磁場中撒上細鐵屑，由于細鐵屑在磁場中被磁化成很多個小磁針。

　　這些小磁針受到磁場作用而排列起來，而每個小磁針的指向都反映出了該點的磁場方向。在此基礎上通過在不同磁場中撒細鐵屑的實驗，再引入磁感線的概念。這樣就能使學生較好地理解并掌握磁感線的概念，同時也使學生對轉換法這種物理方法有了初步的了解。所謂轉換法就是對于不易研究或不好直接研究的物理問題，通過研究其表現出來的現象、效應、使用效果，間接地來研究問題的方法，事實上我們在研究其他物理問題時也廣泛地運用著這種方法。例如在研究通電螺線管磁性強弱跟什么因素有關的實驗中，我們通過觀察通電螺線管吸引大頭針的枚數，來確定通電螺線管的磁性強弱。在研究決定導體電阻大小的因素實驗中，我們通過小燈泡亮度的變化來定性地了解電流的大小，從而判斷電阻的大小。經過這樣多次的類比和應用。不僅使學生較好地掌握了相關知識，還較好地培養了學生用轉換法來解決物理問題的能力。

　　(二)電學教學中的類比

　　1、影響電阻大小的因素

　　學生在通過實驗探究得出影響電阻大小的3個因素(材料、長度、橫截面積)之后，還是難理解。這時可以做如下類比：把導線類比公路，導線越粗相當于公路的車道越多，那么車行駛時遇到的阻力就越小(相當于電阻小);導線越長，就相當于市民在元宵節晚上逛集市，人特別多，一個市民走的路越長，遇到的總阻力也就越大，感覺就越累(相當于導體的電阻越大);材料的種類會影響電阻大小，相當于不同材料的道路(水泥路、瀝青路、土路)對車子的阻力大小不同。

　　2、串并聯電路電流特性

　　串聯電路的電流的大小相當于自來水管中的流量，同一根密封的自來水管道，無論管道粗一點(相當于電阻小)還是細一點(相當于電阻大)，各處的水流量是一樣的。所以串聯電路各處電流大小相等。

　　并聯電路的電流比如長江水在通過江心洲時分成兩個部分，那么上游的流量應該等于兩部分水的流量之和。這就相當于并聯電路干路的電流等于支路電流之和。

　　3、串聯電路電壓特性

　　串聯電路兩端總電壓等于各部分電路兩端電壓之和。可以做如下類比：住在山里的人有時需要把山泉引到山下，會用很多長度不同、傾斜程度不同的竹筒接在一起。無論每節竹筒的長還是短，放置的傾角大還是小，一定滿足總的高度等于每節竹筒的高度和。這里面每節竹筒的高度就類似于每一個用電器兩端的電壓，竹筒總的高度就類似于電路兩端的總電壓

　　三、類比法在物理解題中的應用

　　類比法在物理學的研究和教學中都有著不可替代的作用，尤其是在培養學生的創造性思維方面更是有著獨特的作用。新課程標準要求在突出探究內容的同時，要重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦，而類比法是其中重要的培養學生創造性的一種科學方法。因此在中考中考查學生運用類比法解決物理問題能力的題目也日漸增多，這類題目必然成為當前和今后中考的熱點。舉例如下：

　　例1 如圖2甲所示，小明從家A點到達學校C點必須經過一片平地和一片沙地(平地行走速度大于沙地行走速度)，他應該怎選擇路徑最快捷?小明利用光學知識確定應從(填“B點”、“B點左側”或“B點右側”)處由平地進入沙地，請你大致畫出他的行進路線。

　　評析 由于光從一點傳播到另一點實際上所走的路徑是這兩點間各條可能的路徑中用時最短的一條。據此可以將小明在平地和沙地中的行走類比為光在兩種介質中的傳播，由此問題得以轉化。由光的折射定律可作出如圖2乙所示的光路，也即小明選擇的最快捷的路，且由圖可知小明應從B點的右側進入沙地。該題如果不用類比法，學生就會無從下手，不知道該怎么做了，但把該題與光的折射進行類比，問題就不難解決了。

　　例2 有一類運動學問題，許多學生感到困惑。如一只小船具有相對于靜水的恒定速度，小船在逆水中行駛時，一只木箱從船上落入水中，等船上的人發現后，立刻掉轉船頭追趕，結果在5min后追上木箱，求從木箱落水到追上共用了多少時間。設水流速度恒定，掉轉船頭時間不計。這類問題許多學生都認為缺少條件，無法計算。在解決這類問題時，我采用這樣的方法：假設人在行使的火車車廂內向前行走，不小心掉下一個錢包，5min后才發現，立即返回。很明顯人在再次走到錢包處仍需5min(假定人相對車廂的速度不變)。這里若把人與小船類比，火車與水流類比，錢包與木箱類比，則選木箱或水流為參照物時，小船遠離和靠近木箱時。時間相等，所以木箱從落水到被追上共用時10min。這類問題，一般選木箱或水流為參照物，這樣有三個不變量：小船遠離和靠近木箱的速度、距離、時間相等。這是理解此類問題的關鍵。許多形式不同的物理習題具有相同或相似的特征，只要理解、掌握了一個問題的特征和解法，應用類比，這類問題就迎刃而解了。從某中意義上講，這是把學生從題海戰術中解放出來的有效方法。

　　綜上所述，類比法在初中物理教學中有廣泛的應用，合理地應用類比法既能夠幫助學生更好地掌握知識，又能提高學生科學運用物理方法解決實際問題的能力，還能很好地訓練學生的創造性思維，發展學生的創新能力。根據筆者多年來在初中物理教學中運用類比法進行教學的體會，提出運用類比法應注意以下幾點：

　　(1)類比法的適用情境：類比法一般適用于我們認識新事物時，尤其那些比較抽象、學生難以理解的新事物時，如果能夠找到合適的類比對象，運用類比法教學往往能收到事半功倍的效果。

　　(2)正確運用類比法的關鍵是要找到類比對象之間的相同點，類比對象之間的相同點越多，二者間的關聯度就會越大，結論的可靠性也就越大。反之，結論的可靠性就會越小，沒有共同點的對象之間是無法進行類比推理的。

　　(3)類推理是從特殊到特殊的推理方式，因此它是一種或然性推理，前提“真”未必結論就“真”，如果把某個對象的特有情況或偶然情況硬類推到另一個對象上，就會出現類比不當或機械類比的錯誤，這是我們在運用類比法時需要特別注意避免的。

　　初中生還主要處于形象思維階段，對于一些抽象的物理知識還不容易理解，如果教師能合理利用類比，把抽象的知識于形象的生活聯系在一起，就能把復雜的問題簡單化，枯燥的知識趣味化，最后肯定能達到抽象知識形象化的效果，這樣的課堂才是有效的課堂，這樣的學生才是幸福的學生，這樣的教師才是智慧的教師。

　　參考文獻

　　1.王溢然、張耀久著《類比》，河南教育出版社， 1993年8月第1版;

　　2. 張善賢著《中學物理教學研究與實踐》，蘇州大學出版社， 2000年9月第1版;

　　3. 南沖著《中學物理教學研究》，海潮出版社， 1993年9月第1版;

　　4. 人民教育出版社物理室編著全日制普通高級中學教科書《物理》(第一冊)、(第二冊)，人民教育出版社， 2002年12月第2版;

　　5.中華人民共和國教育部制定《物理課程標準》，北京師范大學出版社 2001年7月第1版。

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