【摘 要】本文结合物理学科特点，论述类比法在物理教学中的应用，从共存类比、因果类比、对称类比、性质类比、关系类比及协变类比等六方面进行具体阐述，以提升学生的物理学科能力和学科核心素养。

【关键词】类比法 高中物理 教学策略 核心素养

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）22-0105-02

物理学是一门建立在基础科学之上的具有较强实用价值的学科，它以技术科学和自然科学这两大基础学科为基础，对促进经济社会各方面发展起到极大的推动作用。物理学的基础研究方法对探究自然的发展规律具有普遍的借鉴意义，而类比法就是其中一个典型的研究方法。所谓类比法，即通过将相似内容进行对比分析和总结使一些抽象复杂的知识变得条理化、清晰化和简单化。在这个过程中学生的类比思维能力、逻辑思维能力和创新思维能力都能得到全面的培养和锻炼。在高中物理学科中，类比法的应用随处可见，其可有效运用于概念教学、模型教学以及实验教学的方方面面。本文结合具体的教学实例探讨共存类比、因果类比、对称类比、性质类比、关系类比及协同类比的具体应用。

一、推理简单关系，共存类比

共存类比是一种最基础的类比方法，其以简单特性为媒介，通过对比的方法来有效推理两种或者多种相似概念之间的联系，并将部分特性进行迁移。其主要用于新课导入，通过这种方式进行课程导入更容易被学生接受，有助于学生建构新旧知识之间的桥梁，以此加深学生对新知识的理解。

例如，在教学“电场强度”内容时，为了加深学生对场强公式的理解，笔者借助之前学过的“欧姆定律”内容进行讲解。根据欧姆定律的表达式可推导出，而根据之前学过的知识可知，此时的电阻R是导体本身的一种特性，其与电压和电流并无关系，更不能说电阻R与电压U成正比、与电流I成反比。以此类似，电场强度E与检验电荷的受力大小和电荷量大小也并无关系，其只与产生这个电场的电荷有关。通过简单的类比，学生很容易就能理解“场强”这个概念的物理意义，之前在学习“欧姆定律”这部分内容时走过的弯路此时就能够避免，学生的学习效率得到了极大的提升。

由此可见，教师在教学一个新的概念或者内容时，应尽可能地挖掘其与之前学过的旧知识的相似之处，再将这二者结合起来进行类比讲解，这样学生就能够将之前学习过的内容代入新内容之中，有效降低新内容的理解难度，优化学生的知识结构。

二、触及各自属性，因果类比

因果类比是基于两个相似对象的共同属性之间可能具有的因果关系而形成的一种类比研究方法。在使用因果类比法进行教学的时候，教师应找出两种研究对象之间的共有属性，再通过因果关系引导学生进行研究学习，这样学生才能够依照现有的知识结构体系建构其他高级知识体系，提升学科能力。

例如，在教学“电流的形成”内容时，由于电流和水流在某种程度上具有一定的相似性，故可使用水流进行因果类比教学。笔者先用一句俗语“人往高处走”，学生很快接出后一句“水往低处流”，从而引出水流的概念。接着，笔者总结形成水流的两个必要条件，即形成水流需要水和高度差△h。而对电流来说也同样如此，在形成电流时，一个必要的条件是电荷，更准确地说是自由电荷。除此之外，因为在形成水流时需要有高度差，所以在形成电流时也应有电势差△U。即当导体的两端与电池的两级相接通时，导体周围会形成电场，自由电荷在电场的电势差作用下会发生定向移动，由此就形成了电流。

在上述教学中，教师将电流与水流进行因果类比，在类比时抓住两者的主要特征，由因推果，由此及彼，促使学生对相关内容形成更加深刻的印象并掌握这种类比学习的基本方法，进而提高学科学习能力。

三、基于属性关系，对称类比

在高中物理学科中，基于对称特性的类比也很常见。在自然界中，有很多规律都是建立在對称特性的基础之上的，学生如果能够掌握对称类比法，就能够解决更多的实际问题，且能够从根源上理解问题的本质，就此将自身的学科思维能力提高到一个全新的高度。

例如，在教学“正负电荷”内容时，对称类比法就能够很好地发挥作用。正电荷与负电荷的一些基本特性很相似，两者只在一些特殊性质上呈现出一种类似于“对称”的属性，教师不妨以此为突破口，先引导学生学习正点电荷形成的电场强度的相关特性：，再让学生自己推导负点电荷形成的电场强度的相关特性，即场强大小和正电荷一致，但方向与其相反。这样学生就通过对称类比法了解正负点电荷场强的特征。基于属性关系的对称类比法在高中物理学中还有很多的应用实例，如N极和S极的对称性、正粒子与反粒子的对称性以及电磁感应中电和磁的对称性等。

基于属性关系的对称类比法具有很强的实用性，教师通过对称类比法教学，可以提高学生的类比性思维能力，增强学生对已掌握知识的理解应用、举一反三和融会贯通的能力。

四、指向不同对象，性质类比

物理学的研究范畴一般都是在“声学”“光学”“电学”“力学”和“热学”这几种之间，而在这些研究对象中，有些对象之间也可进行有效类比，即不同的研究对象也可能具有相似的性质，教师可以引导学生对这些性质进行类比，根据某种对象的某些特性来推断出另一种对象的特性。

例如，在教学“多普勒效应”内容时，教师先讲解多普勒效应的内容：波在波源移向接近观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论，用公式表示则是：。多普勒效应最初是建立在声音传播定律的基础上的，多普勒在将光和声进行类比后，才得到上述结论。接着，根据初中物理学的基本知识分析，声波具有直线传播、反射、折射以及干涉等特性，对应的，光波也具有直线传播、反射、折射以及干涉等特性。而在之前，声波已经被证实具有波动特性，根据性质类比特性，光波很可能也具有波动特性。基于这样的假设，光的波粒二象性被证实，光学的基础理论也因此而更加完善。

通过性质类比法分析物理研究对象，學生能够从性质上根本地认识物理研究对象的特征，在物理观念、科学思维、科学探究与科学态度等方面都能受到启发。

五、验证可能联系，关系类比

在物理学中，不同的运动可能会遵循各种各样的运动规律和运动关系，教师有效引导学生对相似的运动关系进行类比，通过实验研究或者理论探究的方式验证类比结论，既能有效加深学生对这些物理关系和规律的认知，又能使学生掌握探究学习的基本思路和方法，一举两得。

例如，在教学“平抛运动”和“竖直上抛运动”内容时，平抛运动这部分知识相对来说较为基础，教师可以先让学生掌握平抛运动的基本规律，如水平运动规律S水平=V0t、竖直运动规律S竖直。而针对竖直上抛运动，可将它与平抛运动进行类比，将其看作是一个平抛运动的逆过程与一个平抛运动的结合;相应的，路程和时间的关系也与基本的平抛运动相似，教师可以引导学生通过实验数据验证这二者之间的联系。如计算出实际的竖直上抛过程的时间，将其与理论时间进行对比，在考虑阻力等影响因素后，比较这二者结果是否在误差允许的范围内。这样学生不但能够深入理解竖直上抛运动的基本规律，而且今后在遇到一些复杂的问题时也能够从本质上对问题进行分析和解决。

六、根据定量函数，协变类比

协变类比简单来说就是基于数学相似性的类比，在物理学中如果两个研究对象可能具备某种固定的定量函数关系，便可将两个研究对象的其他属性进行类比。即在研究对象具有某些相似性质和具有相似数学函数关系的前提下，研究对象在其他方面具有的属性也可能相同。

例如，在教学“光的波粒二象性”内容时，笔者为学生引入1924年德布罗意推理物质波的过程。先由光具有波动性和粒子性，推测实物粒子可能也会具有这两种特征，再进行深度探究推测其也有可能遵循光的基本规律，即：E=hv以及。果然如推测所料，该结论于1927年通过电子衍射实验得以证实。除此之外，物理学中还有很多其他的结论也遵循上述规律，如在万有引力定律中，万有引力F正比于两物体的质量乘积与半径平方的商，据此推断，电荷之间的相互作用力也可按此规律得到，即电荷之间的相互作用力F正比于两电荷所带电量的乘积与两个电荷之间的距离的平方的商，这样库仑定律也就因此被解释清楚了。

高中阶段是培养学生物理学科思维能力和学科素养的关键时期，教师应采用多种类比教学方法，为学生搭建连接新旧知识的桥梁，引导学生学会分析和总结，懂得透过问题现象的表面深抓问题本质，促使学生更好地掌握物理学科知识和物理研究方法，全面提升学生的综合素养。

【参考文献】

[1]宗德君.高中物理教学课堂中的类比法的运用解析[J].中学物理，2016（34）.

[2]靖汝俊.引入类比教学法，提升高中物理教学有效性[J].考试周刊，2013（95）.

注：本文系甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度一般课题研究成果“基于深度学习理念的以物理模型群方式培养高阶思维在高中物理力学中的应用探究”（编号：GS〔2020〕GHB2275）研究成果。

【作者简介】帅永兵（1978— ），男，甘肃玉门人，大学本科学历，中学高级教师，研究方向为高中物理教育与教学。

（责编 罗汝君）