類比推理在物理概念教學(xué)中的應(yīng)用

錢榮根

摘 要：類比推理把抽象的知識形象化，把復(fù)雜的問題簡單化，使學(xué)生利用已掌握的知識去建立和理解新概念。根據(jù)教學(xué)主線，采用把重力場、靜電場的相同或相似特征左右呈現(xiàn)的方式，非常形象、直觀地引導(dǎo)學(xué)生得出兩場中概念的相似性。

關(guān)鍵詞：類比物理; 概念教學(xué)

中圖分類號：G633.7? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2019）11-015-001

康德說：“每當(dāng)理智缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往指引我們前進。”邏輯學(xué)的傳統(tǒng)看法認為，類比推理是根據(jù)兩個或兩類對象在某些方面是相同或相似的，推出它們在其他方面相同或相似的一種推理方法。對象間的相同或相似點越多，兩者關(guān)聯(lián)度就越高，結(jié)論也就可能越可靠。

物理概念是物理基礎(chǔ)知識的重要組成部分，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)和臺階，常被人們稱為物理學(xué)的精髓。在某種程度上，物理概念是構(gòu)成物理規(guī)律、建立物理公式和完善物理理論的基本要素。如果把物理概念看成是中學(xué)物理的基本“元素”“基石”，那么物理規(guī)律就是中學(xué)物理殿堂的“支柱”。物理概念的抽象性及高中生認知結(jié)構(gòu)中的一些缺陷，構(gòu)成了學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的障礙。所以，使學(xué)生弄清概念、掌握規(guī)律，明晰概念、規(guī)律的來龍去脈，是一個十分復(fù)雜的過程。

奧斯特發(fā)現(xiàn)“電生磁”，法拉第等一批科學(xué)家就繼續(xù)找尋“磁生電”;光既有粒子性又有波動性，德布羅意推斷實物粒子也具有粒子性和波動性;盧瑟福借助于原子核與電子、太陽與行星在某些地方的相似進行類比，提出原子結(jié)構(gòu)的行星模型。不僅物理學(xué)家喜歡用類比的方法，我們的物理教材也用形象的抽水機類比抽象的電源，用宏觀的彈簧彈性勢能類比微觀的分子勢能，用學(xué)生學(xué)習(xí)過的重力勢能來類比新學(xué)的電勢能等。類比可以喚起學(xué)生已有的知識或經(jīng)驗表象，對將要學(xué)習(xí)的知識提供一個相近的表象，實現(xiàn)知識的遷移。中學(xué)物理中采用類比教學(xué)來突破重點難點，希望解決物理難學(xué)、物理難教的問題。下面我結(jié)合《電勢能與電勢》的課堂教學(xué)談一談類比法在中學(xué)物理概念教學(xué)中的應(yīng)用。

1.教材分析

人民教育出版社教材突出科學(xué)思想，滲透“功是能量轉(zhuǎn)換的量度”：師生分析了靜電力做的功之后馬上就會自然地得到電勢能的概念，隨后，由于電勢能與檢驗電荷成正比，于是又得到了電勢和電勢差。編者考慮對于現(xiàn)代的高中學(xué)生，能量已經(jīng)是熟知的概念，電勢和電勢差則相對抽象，先學(xué)電勢能再學(xué)電勢差也符合從具體到抽象的原則。電勢能作為能量家族的新成員，不僅豐富了對能量概念的認識，而且為電現(xiàn)象與其他現(xiàn)象之間的聯(lián)系提供了溝通的渠道。后面講到的非靜電力對電荷做功與電勢能的轉(zhuǎn)化就是一例。

2.學(xué)情分析

對中學(xué)生來說，建立電勢能和電勢的概念是一個比較困難的過程。雖然采用了將電場力做功、電勢能分別跟重力做功、重力勢能進行類比，讓學(xué)生在一定程度上能理解電場力做功的特點與建立電勢能概念，但由于學(xué)習(xí)重力勢能時沒有學(xué)習(xí)與電勢相對應(yīng)的物理量，如“重力勢”，所以在進行“電勢”教學(xué)時還需要將它和“電場強度”進行類比。

3.類比教學(xué)片段

教學(xué)片段一：電場力做功與電勢能變化關(guān)系

筆者選擇問題情境導(dǎo)入：試探電荷+q在電場強度為E的勻強電場中沿不同路徑從A點移動到B點，分別計算幾種情況下電場力做的功。（1）沿直線AB。（2）沿折線AMB。（3）沿任意曲線AMB。

通過做功的計算，發(fā)現(xiàn)電場力和重力做功相似，與路徑無關(guān)。接下來進行類比教學(xué)，電場力做功與電勢能關(guān)系。

運用類比方法教學(xué)，以舊帶新，能引導(dǎo)學(xué)生的思維從形象提高到抽象，把陌生的、未知的物理對象和熟悉的、已知的物理對象進行對比。

教學(xué)片段二：電勢能的相對性

通過利用知識的類比和遷移，把抽象的知識形象化，把復(fù)雜的問題簡單化，使學(xué)生利用已掌握的知識去建立和理解新概念;同時，通過體驗類比的思維過程，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力;最后，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識的能力和對科學(xué)的求知欲望。