物理教育的類比運(yùn)用
時(shí)間:2022-08-18 05:12:00
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所謂類比,實(shí)際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理,它是根據(jù)兩個(gè)(或兩類)對(duì)象在某些方面的相同或相似從而推出他們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維。故物理教學(xué)中類比有重要的應(yīng)用。
一、類比的作用
運(yùn)用類比方法教學(xué),就是將熟悉的事物,易懂的現(xiàn)象規(guī)律或已知的物理對(duì)象與陌生的、未知的物理對(duì)象進(jìn)行對(duì)比。特別是在資料少,實(shí)驗(yàn)條件不完備及其它教育設(shè)施不完善時(shí),類比更是得天獨(dú)厚,它可以啟發(fā)思路,提供線索,幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律之間的聯(lián)系,能促進(jìn)學(xué)生加快、加深對(duì)新的物理規(guī)律的理解、記憶及應(yīng)用。
二、類比在日常規(guī)律現(xiàn)象與物理知識(shí)點(diǎn)間的應(yīng)用
這種類比應(yīng)用于物理教學(xué),其關(guān)鍵就是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所研究問題的性質(zhì)來恰當(dāng)?shù)剡x取作為類比根據(jù)的兩個(gè)對(duì)象的對(duì)應(yīng)特征。也就是讓學(xué)生從熟悉的事物的某種特性,或更易懂的規(guī)律,更易理解的現(xiàn)象特征去形容物理知識(shí)某些特點(diǎn)。如講電容器時(shí),用生活中的水杯來類比,從功能上分析,水杯盛水,電容器是容納電荷用的,從容納本領(lǐng)上看,杯子用容積表示盛水能力,電容器用電容表示容納電荷能力大小。當(dāng)杯子裝水時(shí)杯中水變多,水位(面)提高,無論水怎樣變多,但杯子容積是不變的。同理說明電容器帶電過程,電量增多,電壓如水位(面)一樣提高,但電容不變,道理是一樣的。進(jìn)一步說明杯子容積與里面盛有水多少無關(guān),杯子容積決定于杯子本身結(jié)構(gòu)大小;同理電容器的電容與帶電荷量多少無關(guān),也決定于電容器這種裝置本身的結(jié)構(gòu)。又進(jìn)一步說明水杯容積決定于杯子的底面大小和高度結(jié)構(gòu)因素,而電容器決定于兩極板間的距離及準(zhǔn)對(duì)面積和介質(zhì)這些結(jié)構(gòu)因素,進(jìn)而可引出平行板電容的計(jì)算公式。把兩種裝置的屬性上的相似作類比,使學(xué)生對(duì)電容這種陌生的東西有較清晰的認(rèn)識(shí)。又如,講電阻定律,當(dāng)說明R與電壓正比關(guān)系后,電阻決定導(dǎo)體本身的長度,截面積及材料,溫度因素;當(dāng)一定溫度時(shí)電阻與導(dǎo)體本身的長度,截面積什么關(guān)系時(shí),不妨用汽車在公路的受阻現(xiàn)象作類比,學(xué)生對(duì)汽車在公路上行駛,道路越長受阻的幾率越大,道路越寬,受阻幾率反而小的道理容易理解,形容電子在導(dǎo)體中移動(dòng)受阻現(xiàn)象,讓學(xué)生體會(huì)R與L正比關(guān)系,R與S的反比關(guān)系,自然得出電阻定律公式。再如,講電流這節(jié)時(shí),電流的形成和電壓的作用時(shí),用熟悉的水管中水流的形成和作類比,從水流產(chǎn)生需水滴和水管兩端水面差(水位差或水壓),說明電流形成需電荷和電壓(電位差)。從水管中要產(chǎn)生持續(xù)的水流需用抽水機(jī)抽水維持水面差,說明電路中電流持續(xù)需電源提供電壓,從規(guī)律的相似處說明物理道理
三、類比在物理新舊知識(shí)點(diǎn)中的應(yīng)用
在物理教育中,若物理知識(shí)點(diǎn)存在相同或相似特征時(shí),若能抓住研究問題的特征,通過新舊物理知識(shí)類比,可起到讓學(xué)生體會(huì)到在物理學(xué)中不同知識(shí)點(diǎn)間存在著統(tǒng)一與和諧、對(duì)稱和相通的;同時(shí)又能起到溫習(xí)舊知識(shí),領(lǐng)會(huì)新的知識(shí)效果,降低教學(xué)的難度;更重要的方面是鍛煉學(xué)生的思維能力。如定義勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度公式時(shí),與采用的方式與勻速直線運(yùn)動(dòng)速度定義是類同的,為比較兩個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)快慢,采用方式是取相同時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的位移多少,即用單位時(shí)間的位移大小表示快慢,公式V=S/T,式中V值大,即單位時(shí)間位移大,物體運(yùn)動(dòng)快,故速度V表示運(yùn)動(dòng)快慢的物理量;對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng),為比較他們的速度變化快慢,也取相同時(shí)間內(nèi)速度的變化多少,即用單位時(shí)間速度的變化多少,公式為a=△V/△T,式中a值大,即單位時(shí)間速度變化大,物體速度變化快,故加速度表示速度變化快慢的物理量,道理與速度類同,兩者采用定義一樣,都控制時(shí)間變量實(shí)現(xiàn)其它量的比較。這種新舊知識(shí)點(diǎn)類比后,使學(xué)生即對(duì)舊知識(shí)速度的清晰理解,又加深對(duì)新知識(shí)加速度概念及定義公式的理解。比如,重力勢(shì)能類比電勢(shì)能,將抽象的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成熟悉的知識(shí)點(diǎn),降低教學(xué)難度。
四、類比在物理解題中的應(yīng)用
解物理題,是對(duì)學(xué)過知識(shí)的應(yīng)用過程。它是實(shí)現(xiàn)知識(shí)“遷移”的重要一個(gè)環(huán)節(jié)。物理解題用類比是建立在未解決題與已知物理原型相似特性上。在教學(xué)中,通過分析未解決題特征,把它與已知的物理原型進(jìn)行類比,從而找到方法,解決問題如在電場中,將一個(gè)電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場力對(duì)電荷做功,若再將電荷移到A點(diǎn)則:A.電荷的電勢(shì)能增加到原來的2倍B.電荷的電勢(shì)能減少原來的1/2倍C.電荷的電勢(shì)能減少到零D.電荷的電勢(shì)能不變.對(duì)這電場中的問題,如果將它與重力場類比的話,問題很容易解決,重力勢(shì)能的變化與電勢(shì)能變化物理情景是類似的。如果將物體從桌面移到地面,又重新拿到桌面,則重力勢(shì)能是不變的,因此在電場中,將一個(gè)電荷由A點(diǎn)移到B點(diǎn)電勢(shì)能也不變,若再將電荷移到A點(diǎn)則電荷的電勢(shì)能不變,這種類比起到溫故知新的作用鞏固舊知識(shí),又加深對(duì)新知識(shí)的理解深度。比如,關(guān)于地球南極磁性問題,地球大磁體與條形磁鐵其實(shí)相同的,小磁針放在條形磁鐵上部位置,小磁針南極指向條形磁鐵的北極,若把地球看條形磁鐵,同理地球大磁體上放小磁針(或指南針),小磁針(或指南針)南極指南,意味地球南極為磁性的北極。又如,用楞次定律解決感應(yīng)電流方向,如圖當(dāng)R向左滑動(dòng)時(shí)判別R’電流流向()。線圈的磁場與條形磁鐵的磁場是一樣的,如果把與R相連的線圈看成條形磁鐵,則相當(dāng)于N極靠近與R’相連的右則線圈,右則線圈左端指向?yàn)楦袘?yīng)磁場方向,進(jìn)而判斷出電流b→a,用條形磁鐵替換線圈,學(xué)生更熟悉易懂。
五、類比運(yùn)用需要注意事項(xiàng)
(1)注意在物理教育中用類比要選擇恰當(dāng)?shù)念惐葘?duì)象,還要恰到好處,不能絕對(duì)化,還要注意區(qū)分事物間的差異。(2)類比法與其他方法綜合應(yīng)用效果會(huì)更好,不能突出類比的優(yōu)點(diǎn)而否定其它方法的作用。