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浅谈类比法在大学物理课程中的应用
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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2019-07-26 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

作者:张化福
  【摘要】大学物理课程中的物理概念、规律等知识抽象难懂,使很多学生产生畏惧感,大大影响了学生的培养质量。利用类比法,巧妙恰当地引入生活实例或已有知识,能使新的抽象的物理概念或复杂的规律变得具体形象,这有利于学生理解、掌握知识的同时还能激发学生的学习兴趣,从而有效提高教学质量。
  【关键词】大学物理 类比法 物理概念
  【中图分类号】O4-4;G652 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2019)26-0184-02
  大学物理课程是国内普通高等院校非物理类专业理工科大学生的一门重要的必修基础课,在培养学生逻辑思维、科学素养和创新精神等方面起着不可替代的重要作用。本人通过多年的尝试发现,在大学物理课程学习过程中,利用类比法巧妙恰当地引入生活实例或已有知识,能使新的抽象的物理概念或复杂的机理变得具体形象,这有利于学生理解、掌握知识的同时还能激发学生的学习兴趣,从而能有效提高教学质量。
  一、巧用类比法,有助于物理概念的理解
  类比法是指把相似的两个或多个物体对象“联想”在一起,根据他们在某些方面的相似或相同之处推出他们在其他方面也可能相似或相同的一种逻辑推理方法。巧妙恰当的利用类比法,有助于大学生对抽象物理概念的理解和掌握。
  目前国内优秀的教学用参考书对电场的讲解都太过于简单。比如,用量最多的东南大学等七所工科院校编的《物理学(第六版)上册》的描述为:“任何电荷在其周围都将激发电场,电荷间的相互作用是通过电场对电荷的作用来实现的”。这样的描述,学生很难理解。为此,可以通过类比法,引入学生熟悉的重力场进行讲解。重力场是指地球在其周围空间所产生的引力场,,地球周围的物体所受的重力作用就是通过地球的引力场实现的。同样,电荷在其周围空间也会产生一种引力场-电场,电荷周围的物体所受的电场力就是通过电荷激发的电场来实现的。通过类比,学生理解掌握起来就容易得多。
  光程差是波动光学部分的一个非常重要的概念,求出光束的光程差就能方便的讨论干涉和衍射问题。光程差是指光程之差,听起来很简单,但应用时多数学生容易出错。错误的原因在于分不清什么是两束光的光程差和什么是两条路径引起的光程差。此时,可将两个人的身价之差和今年赚的钱之差与其作类比。今年两个人赚的钱之差等于今年一年内一个人赚的钱减去另外一个人赚的钱,与以前两个人有多少财产没有关系;而两个人的身价之差除了与今年两个人赚的錢有关之外,还与以前两个人拥有的财产有关。两条路径引起的光程差类似于今年赚的钱之差,等于两条路径的光程之差;而两束光的光程差类似于两个人的身价之差,除了与两条路径引起的光程有关之外,还与之前两束光的光程有关。这样类比之后,抽象难懂的光程差就形象易懂了,学生的兴趣得到很大提高,从而大部分学生都能较好地理解并掌握光程差这一重难点知识。
  二、巧用类比法,有助于物理规律的掌握
  大学生对描述物体运动的角量(如角位置、角位移、角速度、角加速度、转动惯量、力矩、角动量、转动定律等)是比较陌生的,而这些知识的学习所用学时并不多,因此,很多学生没法在短时间内掌握好。为此,可把学生熟悉的描述运动的线量(如位置矢量、位移、速度、加速度、质量、力、动量、牛顿第二定律等)与其类比。定轴转动时刚体的角动量等于刚体的转动惯量与其角速度的乘积,可与质点的动量等于质点的质量与其速度的乘积进行类比;定轴转动时刚体的转动定律-刚体所受的合外力矩等于刚体的转动惯量与角加速度的乘积,可与质点的牛顿第二定律-质点所受的合外力等于质点的质量与加速度的乘积进行类比。
  机械振动时,动能和势能相位相反,变化趋势相反;而波动时介质的动能和势能相位相同,变化趋势相同。将振动的动能和势能与波动的动能和势能的变化趋势进行类比,有助于各自规律的理解和掌握。电容器串联时,等效电容器总电容的倒数等于各个电容器的电容的倒数之和;电容器并联时,等效电容器的总电容等于各个电容器的电容之和。这一规律恰好与电阻串并联的规律相反,将两者类比有助于规律的记忆和掌握。
  三、巧用类比法,有助于物理知识的迁移
  电学和磁学有很多相似之处。在学完了电学之后,进行磁学知识学习时,通过类比,可实现知识的迁移,大大提高教学效率。例如,描述磁场的基本物理量-磁感应强度,可与描述电场的基本物理量-电场强度进行类比;电流元激发磁场可与电荷元激发电场进行类比;电流连续分布载流体的磁感应强度通过电流元激发磁场叠加的方法求得,可与电荷连续分布带电体的电场通过电荷元激发电场叠加的方法求得进行类比。
  恰当的利用类比法,能使抽象的物理概念变得形象具体,有助于物理规律的理解和掌握,有助于物理知识的迁移,有利于教学质量的提高。


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