类比法在教学中的应用

如何在课堂有限的时间里完成教学任务并达到良好的教学效果？这是大多数教学工作者需要思考的问题。要提高教学效率及效果的方式、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，众多教学工作者在不厌其烦地探索各种教学方式、方法，以求获得行之有效的教学手段。材料成型理论课是材料成型专业的一门专业基础课，里面的很多内容理论性强、很抽象。再加之授课对象是高职高专的学生，他们的基础普遍较差，理解上缺乏融会贯通，并缺乏举一反三的学习能力，特别是部分文科生学习理科课程就更感困难。如何寻求一种行之有效的教学方法应用于材料成型理论课的课堂教学中，以达到事半功倍的效果呢？

类比法便是作者在教学过程中经常使用的教学方法之一。所谓类比法是指在新事物与已知事物之间具有类似方面作比较并加以迁移的逻辑推理和科学研究方法。在材料成型理论课中，许多自然科学的理论在我们日常生活中经常遇到，只不过我们平时没有注意其中蕴藏的道理，所以在学习自然科学方面的课程时也不能与我们日常生活的事情结合起来而感觉到学习的知识枯燥、抽象，进一步失去了学习的兴趣和乐趣。下面谈谈类比法在材料成型理论课各个知识点教学过程中应用的一些例子。

1. 金属晶体中原子规则排列与队列的类比

    晶体的原子在空间上是按规则的几何图形排列。这个规律是用来区别非晶体结构材料。金属晶体中原子的尺度很小，以埃为单位（1埃=103nm）。金属晶体的微观结构，需借助高端的检测设备，将其放大几十万倍，甚至一百多万倍才能分辨出原子。如何才能让学生了解晶体原子具有规则排列规律呢？这里我们可以将军队队列训练时，方正里士兵的规则排列进行类比。每排对齐，每列对齐，每条斜线对齐。每个士兵在方正里都有固定位置。队列在弯曲的公路上行走时，这个队形就会呈现不同的形状。这个过程与金属在模具中进行塑性流动很类似。经过这样的类比，学生就能很容易理解金属中原子排列的规律性以及金属在外力作用下可以进行塑性变形的流动。

2. 液态金属中的非均质形核与雨滴的形核类比

所谓非均质形核就是原子或分子依附在液相中某种固体表面（外来夹杂物或容器壁上）形核的过程。这个概念实际上已经包括了空气中雨滴的形成条件，以及人工增雨的原理。由于平时大家对生活中的事物没有过多的加以思考，所以没有与自然科学原理联系起来。实际生产中，液态金属在进行结晶时都是按照非均质形核进行结晶。因为非均质形核所需要的过冷度下，临界形核功小。结合这个理论，我们就可以理解当空气中粉尘（外来质点）较多，湿度较大（水分达到过饱和状态）时，就很容易下雨。同理也可以理解为何在人工增雨时需向天空中打催雨弹，其实质就是增加空气中雨滴形核的外来质点。

3. 有关温度对液态金属流动性影响的类比

液态金属的流动性实际受粘度的影响。温度的升高主要是降低了液态金属的粘度（在保证不吸气和金属液不被氧化的前提下）。粘度实质是反映液态物体中物质相互移动的内摩擦力大小。粘度越大，液态物体就越不容易流动。可要理解这个概念是比较困难的。我们可以通过铺设沥青公路的操作来解释。在铺设沥青公路时，首先是将固态的沥青放在一个桶中加热熔化，熔化后的沥青就具有足够的流动性并能顺利地与砂石及其它添加物进行混合，然后再将混合物铺设在公路地基上。沥青在加热后熔化并具有足够流动性的原因就是大分子碳氢化合物在加热后支链活动能力增强并舒展开去，减少了大分子与大分子之间相互移动的阻力，同时主链的活动能力也增强，也是其流动性增加的原因之一。液态金属随温度升高，流动性增加也是因为金属原子间距增加，活动能力增强造成粘度降低的缘故。通过类比，学生就很容易对这个问题进行理解。

4. 晶体生长平面的宏观与微观类比

液态金属在凝固过程中固—液界面结构最终决定晶体的生长形态。当固—液界面是平面形态时，晶体长成平面晶；当固—液界面凹凸不平时，晶体长成胞状晶，甚至发展成树枝晶。在这里，固—液界面是在宏观层面上来区分其结构，其尺度是以微米为单位。当固—液界面从微观层面，即原子尺度上区分时，划分为粗糙界面和光滑界面。此时我们能够看到原子的排列结构。微观的固—液界面结构是由不同的材料性质决定的。金属材料大多以粗糙界面结晶，有机物及无机非金属材料大多以光滑界面结晶。通过固—液界面宏观与微观的对比，我们就很容易了解它们的应用场合。

5. 液态金属中气泡与水中气泡的类比

液态金属中气泡的上浮速度可用斯托克斯公式（如下式）进行解释。从此公式我们可以看出，液态金属中气泡的上浮速度与液态金属的密度p1与气泡的密度p2之差成正比，与气泡半径r的平方成正比，与液态金属的粘度η成反比。但如何才能形象地了解到公式中各参数对气泡上升速度的影响呢？这里我们可以用水中气泡的上浮速度进行类比。

斯托克斯公式同样适用于水中气泡的上浮过程。当我们向清澈的池底丢一石头时，在池底会激起一些气泡，这些气泡由于密度比水的密度轻而开始慢慢上浮。随着气泡的上升，气泡变得越来越大，同时气泡的上浮速度也越来越快。当气泡上浮到水面时，会以一个大气泡的形式而爆裂在水面上。产生这个现象的原因完全可以用斯托克斯公式进行解释。气泡在池底产生时，由于气泡周围的水压大而造成气泡长大缓慢，同时气泡半径也小，因此上升速度小。随着气泡的上升，其周围的水压减小，气泡内外压力不平衡而造成气泡长大，由于气泡半径的增加促使其上升速度增加。气泡离水面越近，其周围水压越小越有利于它的长大和上浮。最后，一个大气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态金属小，更促进了气泡在水中的上浮。

6．各种连接方法的类比

   在我们的生产、生活中连接方式或方法无处不在。但当我们接触到这些事物时，是否对这些连接的方式进行过思考和对比呢？可能大多数人对这些情况都没有认真去思考过。那我们遇到的方式有哪些？它们有何区别？各种连接方式又在哪些场合适用呢？

    根据连接的性质，通常可以分为机械连接、焊接、胶接这三类。机械连接包括螺纹连接、销连接、键连接等，这种连接方法的优点在于各个零部件能进行拆卸及重新组装，这便于我们机器的安装和维修，它的缺点是涉及的零部件多，需要加工，连接的强度没有焊接接头高（相同尺寸情况下）。焊接是通过冶金结合的形式将两分离的物体在接合处连接起来的方法。它的优点是连接强度高，连接工艺灵活（由简单件连接成复杂件），同时可以实现不同材料的连接；它的缺点是连接处不可拆分，接头处存在应力，工件容易变形、开裂。焊接往往适用于钢材料的连接，在机械、汽车、火车、轮船，石油化学、航空航天等领域都大量使用。胶接是通过粘结剂的物理化学反应将两分离的物体在连接处连接起来的一种工艺。胶接的优点是适用于各种材料的连接，它主要的缺点是接头处强度不高，还有在粘结前需对接头处进行处理，接头寿命短。胶接主要用在受力不大的场合进行连接，像修补轮胎、书的装订，裱贴，零件表面的修复，塑料管道的连接等。

总之，通过类比可以将书本上抽象的、复杂的问题简单化、直观化，用熟悉的事物去理解未知的事物，有助于学生的消化、理解，同时也提高了学生学习的兴趣和乐趣。类比教学法不仅在材料成型理论课教学中运用有效，而且在其他学科知识的教学过程中也一样有效。如果类比的事物是我们日常生活中经常遇到的，那教学的效果会更好。但如何恰当、正确地进行类比，也是我们教学过程中需要思考的问题。选择的类比事物不恰当，效果可能适得其反。因此，类比法作为教学的一种方式或方法，还值得我们在教学过程中不断摸索和思考。

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