類比法在教學(xué)中的應(yīng)用

如何在課堂有限的時間里完成教學(xué)任務(wù)并達到良好的教學(xué)效果？這是大多數(shù)教學(xué)工作者需要思考的問題。要提高教學(xué)效率及效果的方式、方法有很多，但并不是所有的方式、方法都能起到良好的作用。因此，眾多教學(xué)工作者在不厭其煩地探索各種教學(xué)方式、方法，以求獲得行之有效的教學(xué)手段。材料成型理論課是材料成型專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，里面的很多內(nèi)容理論性強、很抽象。再加之授課對象是高職高專的學(xué)生，他們的基礎(chǔ)普遍較差，理解上缺乏融會貫通，并缺乏舉一反三的學(xué)習(xí)能力，特別是部分文科生學(xué)習(xí)理科課程就更感困難。如何尋求一種行之有效的教學(xué)方法應(yīng)用于材料成型理論課的課堂教學(xué)中，以達到事半功倍的效果呢？

類比法便是作者在教學(xué)過程中經(jīng)常使用的教學(xué)方法之一。所謂類比法是指在新事物與已知事物之間具有類似方面作比較并加以遷移的邏輯推理和科學(xué)研究方法。在材料成型理論課中，許多自然科學(xué)的理論在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到，只不過我們平時沒有注意其中蘊藏的道理，所以在學(xué)習(xí)自然科學(xué)方面的課程時也不能與我們?nèi)粘Ｉ畹氖虑榻Y(jié)合起來而感覺到學(xué)習(xí)的知識枯燥、抽象，進一步失去了學(xué)習(xí)的興趣和樂趣。下面談?wù)勵惐确ㄔ诓牧铣尚屠碚撜n各個知識點教學(xué)過程中應(yīng)用的一些例子。

1. 金屬晶體中原子規(guī)則排列與隊列的類比

    晶體的原子在空間上是按規(guī)則的幾何圖形排列。這個規(guī)律是用來區(qū)別非晶體結(jié)構(gòu)材料。金屬晶體中原子的尺度很小，以埃為單位（1埃=103nm）。金屬晶體的微觀結(jié)構(gòu)，需借助高端的檢測設(shè)備，將其放大幾十萬倍，甚至一百多萬倍才能分辨出原子。如何才能讓學(xué)生了解晶體原子具有規(guī)則排列規(guī)律呢？這里我們可以將軍隊隊列訓(xùn)練時，方正里士兵的規(guī)則排列進行類比。每排對齊，每列對齊，每條斜線對齊。每個士兵在方正里都有固定位置。隊列在彎曲的公路上行走時，這個隊形就會呈現(xiàn)不同的形狀。這個過程與金屬在模具中進行塑性流動很類似。經(jīng)過這樣的類比，學(xué)生就能很容易理解金屬中原子排列的規(guī)律性以及金屬在外力作用下可以進行塑性變形的流動。

2. 液態(tài)金屬中的非均質(zhì)形核與雨滴的形核類比

所謂非均質(zhì)形核就是原子或分子依附在液相中某種固體表面（外來夾雜物或容器壁上）形核的過程。這個概念實際上已經(jīng)包括了空氣中雨滴的形成條件，以及人工增雨的原理。由于平時大家對生活中的事物沒有過多的加以思考，所以沒有與自然科學(xué)原理聯(lián)系起來。實際生產(chǎn)中，液態(tài)金屬在進行結(jié)晶時都是按照非均質(zhì)形核進行結(jié)晶。因為非均質(zhì)形核所需要的過冷度下，臨界形核功小。結(jié)合這個理論，我們就可以理解當(dāng)空氣中粉塵（外來質(zhì)點）較多，濕度較大（水分達到過飽和狀態(tài)）時，就很容易下雨。同理也可以理解為何在人工增雨時需向天空中打催雨彈，其實質(zhì)就是增加空氣中雨滴形核的外來質(zhì)點。

3. 有關(guān)溫度對液態(tài)金屬流動性影響的類比

液態(tài)金屬的流動性實際受粘度的影響。溫度的升高主要是降低了液態(tài)金屬的粘度（在保證不吸氣和金屬液不被氧化的前提下）。粘度實質(zhì)是反映液態(tài)物體中物質(zhì)相互移動的內(nèi)摩擦力大小。粘度越大，液態(tài)物體就越不容易流動?？梢斫膺@個概念是比較困難的。我們可以通過鋪設(shè)瀝青公路的操作來解釋。在鋪設(shè)瀝青公路時，首先是將固態(tài)的瀝青放在一個桶中加熱熔化，熔化后的瀝青就具有足夠的流動性并能順利地與砂石及其它添加物進行混合，然后再將混合物鋪設(shè)在公路地基上。瀝青在加熱后熔化并具有足夠流動性的原因就是大分子碳氫化合物在加熱后支鏈活動能力增強并舒展開去，減少了大分子與大分子之間相互移動的阻力，同時主鏈的活動能力也增強，也是其流動性增加的原因之一。液態(tài)金屬隨溫度升高，流動性增加也是因為金屬原子間距增加，活動能力增強造成粘度降低的緣故。通過類比，學(xué)生就很容易對這個問題進行理解。

4. 晶體生長平面的宏觀與微觀類比

液態(tài)金屬在凝固過程中固—液界面結(jié)構(gòu)最終決定晶體的生長形態(tài)。當(dāng)固—液界面是平面形態(tài)時，晶體長成平面晶；當(dāng)固—液界面凹凸不平時，晶體長成胞狀晶，甚至發(fā)展成樹枝晶。在這里，固—液界面是在宏觀層面上來區(qū)分其結(jié)構(gòu)，其尺度是以微米為單位。當(dāng)固—液界面從微觀層面，即原子尺度上區(qū)分時，劃分為粗糙界面和光滑界面。此時我們能夠看到原子的排列結(jié)構(gòu)。微觀的固—液界面結(jié)構(gòu)是由不同的材料性質(zhì)決定的。金屬材料大多以粗糙界面結(jié)晶，有機物及無機非金屬材料大多以光滑界面結(jié)晶。通過固—液界面宏觀與微觀的對比，我們就很容易了解它們的應(yīng)用場合。

5. 液態(tài)金屬中氣泡與水中氣泡的類比

液態(tài)金屬中氣泡的上浮速度可用斯托克斯公式（如下式）進行解釋。從此公式我們可以看出，液態(tài)金屬中氣泡的上浮速度與液態(tài)金屬的密度p1與氣泡的密度p2之差成正比，與氣泡半徑r的平方成正比，與液態(tài)金屬的粘度η成反比。但如何才能形象地了解到公式中各參數(shù)對氣泡上升速度的影響呢？這里我們可以用水中氣泡的上浮速度進行類比。

斯托克斯公式同樣適用于水中氣泡的上浮過程。當(dāng)我們向清澈的池底丟一石頭時，在池底會激起一些氣泡，這些氣泡由于密度比水的密度輕而開始慢慢上浮。隨著氣泡的上升，氣泡變得越來越大，同時氣泡的上浮速度也越來越快。當(dāng)氣泡上浮到水面時，會以一個大氣泡的形式而爆裂在水面上。產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因完全可以用斯托克斯公式進行解釋。氣泡在池底產(chǎn)生時，由于氣泡周圍的水壓大而造成氣泡長大緩慢，同時氣泡半徑也小，因此上升速度小。隨著氣泡的上升，其周圍的水壓減小，氣泡內(nèi)外壓力不平衡而造成氣泡長大，由于氣泡半徑的增加促使其上升速度增加。氣泡離水面越近，其周圍水壓越小越有利于它的長大和上浮。最后，一個大氣泡以很快的上升速度爆裂在水面。需要注意的是水的粘度比液態(tài)金屬小，更促進了氣泡在水中的上浮。

6．各種連接方法的類比

   在我們的生產(chǎn)、生活中連接方式或方法無處不在。但當(dāng)我們接觸到這些事物時，是否對這些連接的方式進行過思考和對比呢？可能大多數(shù)人對這些情況都沒有認真去思考過。那我們遇到的方式有哪些？它們有何區(qū)別？各種連接方式又在哪些場合適用呢？

    根據(jù)連接的性質(zhì)，通?？梢苑譃闄C械連接、焊接、膠接這三類。機械連接包括螺紋連接、銷連接、鍵連接等，這種連接方法的優(yōu)點在于各個零部件能進行拆卸及重新組裝，這便于我們機器的安裝和維修，它的缺點是涉及的零部件多，需要加工，連接的強度沒有焊接接頭高（相同尺寸情況下）。焊接是通過冶金結(jié)合的形式將兩分離的物體在接合處連接起來的方法。它的優(yōu)點是連接強度高，連接工藝靈活（由簡單件連接成復(fù)雜件），同時可以實現(xiàn)不同材料的連接；它的缺點是連接處不可拆分，接頭處存在應(yīng)力，工件容易變形、開裂。焊接往往適用于鋼材料的連接，在機械、汽車、火車、輪船，石油化學(xué)、航空航天等領(lǐng)域都大量使用。膠接是通過粘結(jié)劑的物理化學(xué)反應(yīng)將兩分離的物體在連接處連接起來的一種工藝。膠接的優(yōu)點是適用于各種材料的連接，它主要的缺點是接頭處強度不高，還有在粘結(jié)前需對接頭處進行處理，接頭壽命短。膠接主要用在受力不大的場合進行連接，像修補輪胎、書的裝訂，裱貼，零件表面的修復(fù)，塑料管道的連接等。

總之，通過類比可以將書本上抽象的、復(fù)雜的問題簡單化、直觀化，用熟悉的事物去理解未知的事物，有助于學(xué)生的消化、理解，同時也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和樂趣。類比教學(xué)法不僅在材料成型理論課教學(xué)中運用有效，而且在其他學(xué)科知識的教學(xué)過程中也一樣有效。如果類比的事物是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到的，那教學(xué)的效果會更好。但如何恰當(dāng)、正確地進行類比，也是我們教學(xué)過程中需要思考的問題。選擇的類比事物不恰當(dāng)，效果可能適得其反。因此，類比法作為教學(xué)的一種方式或方法，還值得我們在教學(xué)過程中不斷摸索和思考。

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