类比思想在高中物理教学中的应用

◎ 李文友

高中《物理课程标准》明确指出：物理教学中要让学生经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试运用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。我们要在教学中引导学生进行有效的科学探究，就必须要有科学思维方法的指导。类比思想就是逻辑思维中重要的方法之一。

在物理教学中的类比法是指：通过联想，把未知的物理问题和熟悉的物理问题做比较，寻找两者在某些方面的共性，找出两者共同遵循的规律，使学生可以通过原有的知识进行迁移、应用，从而达到促进学生掌握新知识的效果。

一、类比法在物理学研究上的重要贡献

物理学的发展告诉我们，很多关键时刻，科学家巧妙地运用了类比推理，提出科学假说，从而获得巨大成功。

1924年，法国巴黎大学的德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，在博士学论文中大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。于是，他提出假设：实物粒子也具有波动性。德布罗意关于实物粒子具有波动性的假说，就像光具有粒子性一样，从以往物理学的观点来看是无法理解的。光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实，已经无可怀疑了。可是，似乎纯粹以类比方法提出的德布罗意波，实在超出了人们的想象力，以至于德布罗意本人也说，他的这些想法，很可能被看做“没有科学特征的狂想曲”。1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束的衍射实验，得到了衍射图样。除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。1929年，德布罗意获得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人。

通过对物理课程的学习，使学生感受到类比法在物理学发展进程中的重要作用，从而可以激发学生的求解与大胆探索的欲望。

二、运用类比方法，培养学生思维的创造性

在学习一些十分抽象的看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解，我们可以引导学生把能看见的且与之很相似的量进行对照学习。这样学生就可以把新、旧知识进行类比理解，从而更好地掌握新概念。如此类比，相当于在新、旧知识间或者与学生熟悉的生活经验中架起了一座桥梁。

1.重力场与静电场的类比

学习静电场一节内容中，“电场”概念的建立是极为重要的。但由于此概念比较抽象，学生往往难以理解。可以用力学中所学重力场与之类比：地球周围存在着重力场，地球上所有物体都处于重力场中，都受到了地球的作用——重力。同样，电荷的周围存在着电场，电场对处于其中的电荷有电场力的作用。如此类比，让学生能够从已掌握的旧知识中顺利地接受和理解新知识。

2.分子势能与弹性势能的类比

图1

两个分子之间的势能随距离变化情况比较复杂，我们把这种情况类比于一个弹簧连接着的两个小球这一模型。

当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功。因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。这种情形与弹簧被压缩时弹性势能增大是相似的。如图1中弹簧压缩，弹性势能Ep增大。

如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功。因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。这种情况与弹簧被拉伸时弹性势能增大是相似的。如图1中弹簧拉伸，Ep增大。

三、操作过程中应注意的问题

1.类比方法是一种重要的推理方法，是认识新事物或有所新发现的重要思维方法，在物理教学中和解题中也起着重要作用。同时也应该让学生知道类比方法的局限性，因为类比不是一种严密的推理方法，类比推理的结果是否正确，还需要经过实践的检验。

2.被引用的另一对象应为确有定论的、众所周知的；被引用的另一对象和用以相比较的这一对象间，应具有鲜明的、切实的可比性。

3.使用类比方法的基础是两类对象具有相同或相似处，但同时必须说明它们的不同之处，以避免知识出现负迁移现象。

综上所述，作为众多教学方法之一的类比法，在高中物理教学中有广泛的应用。无论在教师的教学过程中，还是在学生的学习过程中，如能有意识地把类比法与其他有效的方法结合起来加以应用，定会提高教与学的效率。