浅谈物理学中的类比教学法(定稿).doc

内江师范学院本科毕业论文 i 目录目录 1 引言 1 2 类比教学法 2 2 1 类比教学法的定义 2 2 2 类比思想的特点 2 2 2 1 思维的形象性 2 2 2 2 思维进程方向的特殊性 2 2 2 3 结论的或然性 3 2 3 类比教学法的分类 3 2 3 1 直接类比教学法 3 2 3 2 因果类比教学法 4 2 3 3 对称类比教学法 4 2 3 4 拟人类比教学法 5 3 类比教学法的应用 7 3 1 物理概念建立时的类比 7 3 2 物理规律建立时的类比 7 3 3 物理实验时的类比 7 3 3 1 物理演示实验的类比 8 3 3 2 学生探究实验活动的类比 9 4 类比教学法的不足 10 5 结论 11 参考文献 12 致谢 13 内江师范学院本科毕业论文 ii 摘要 首先 本文直接对类比教学法进行了定义 阐述了类比思想的特点 并且根据它在 教学活动中的实施方式作了适当的分类 并且对直接类比教学法 因果类比教学法 对 称类比教学法和拟人类比教学法一一作了定义和举例说明 然后通过示例介绍了类比教 学法在物理教学活动中 在概念的建立和物理演示实验 学生探究实验进行中的一些具 体应用 最后通过几个例子 客观公正地补充说明了类比教学法的一些缺点和不足 方 便大家灵活运用 关键词 关键词 类比教学法 物理 应用 内江师范学院本科毕业论文 iii Abstract First of all this article defines the analogy teaching approach directly describes the features of analogical thought and makes the appropriate classification according to its implementation and application in teaching activities And also defines and explains the direct analogy teaching approach cause and effect teaching approach symmetry teaching approach and personification teaching approach And then it describes some specific applications in physics teaching activities such as the establishment of the concepts and physical experiments At last we complement its shortcomings and weaknesses through several examples in order that we can use it conveniently Key words analogy teaching approach physics application 内江师范学院本科毕业论文 0 1 引言 物理学发展史告诉我们 很多关键时刻 科学家巧妙地运用了类比推理 提出科学假说 从而获得巨大成功 麦克斯韦不仅注意到物理现象 定律之间以及物理现象 定律与其他事 物之间的局部相似性 而且考虑到数学形式的类比 创造性地建立了电磁学方程 建立了完整 的电磁场理论 经过众多学者的研究和实践 类比教学法已经广泛地应用于各学科的教 学活动中 这其中也包括中学物理教学 众多学者都根据自己的认识对类比教学法做了 自己的定义 分类以及应用归纳等 本文对类比教学法在中学物理教学中的应用作了一 定的归纳和总结 用以提高物理教学质量 内江师范学院本科毕业论文 1 2 类比教学法 2 1 类比教学法的定义 类比法就是人们根据两个对象之间在某些方面的相同或相似 推论出它们在其他方 面也可能相同或相似的一种认识事物的思维方法 教学法即教学方法 它是教师和学生在教学过程中完成教学任务所采取的工作方式 组成的方法体系 3 综上 类比教学法可归纳为 教师和学生在教学过程中根据两个对象之间在某些方 面的相同或相似 推论出它们在其他地方也可能相同或相似所采用的一种工作方式 运 用到物理教学中 就是将两种不同的物理现象进行比较 从而揭示物理过程或物理现象 的本质 引导学生去理解和掌握物理知识 类比这种方法的一般推理原理是 当研究对象 A 与类比对象 B 的属性具有若干相 同或相似性时 即 若类比对象 B 还具有属性 则研究 a b cAa b cB d 对象 A 可能具有相同或相似的属性 d 2 2 类比思维的特点 2 2 1 思维的形象性 抽象思维和形象思维是创造性思维的两翼 而类比推理正是将抽象思维与形象思维 熔为一炉的独特的思维形式 因为类比是在两个特殊事物之间进行的 在很多情况下 这些特殊的事物或是鲜明的实物 或是储存在大脑的心象 实物在头脑中留下的形象 所以人们在运用类比推理的时候 常将研究对象的直观形象或模型映人脑海 使思维具 有形象思维的特征 例如 法拉第了解到奥斯特发现电流能产生磁场后 就委自然地进行了 逆向思考和类比推理 既然磁铁能使附近的铁块感应磁化 静止电荷可以使附近导体感应出电 荷 那么电流也应该使附近的线圈中感应出电流 于是他在日记中写下一个光辉的思想 转 磁为电 他通过 10 年的探索 研究 实验 终于发现磁场中获得电流的方法 使电磁学得到 突飞猛进的发展 内江师范学院本科毕业论文 2 2 2 2 思维进程方向的特殊性 根据推理所表现的思维进程的方向性区别 推理可分为演绎推理 归纳推理和类比 推理 演绎法是从一般到特殊的推理 归纳法是由特殊到一般的推理 与前二者不同 类比法则是在两个特殊的事物 或心象 之间进行的 并且这些被类比的事物或者因为 个案太少 或者因为尚缺乏足够的研究而无法运用归纳法或演绎法 只能采用从特殊到 特殊的逻辑过程 就是说 类比法可以在演绎法和归纳法无能为力的情况下发挥其独特 作用 2 2 3 结论的或然性 由于类比推理有其客观基础 因此人们可以应用类比推理去认识客观现实 然而 类比推理的结论往往带有较大的或然性 4 这是因为 第一 对象之间不仅有相同或相 似的一面 同时又客观存在着差异性的一面 A B 两个对象尽管在一系列属性上是相 似的 但它们毕竟是两个对象 总会在某些方面存在着差异 倘若属性恰好是 A 对象d 异于 B 对象的特殊性 那么我们做出 B 对象也有属性的结论便是错误的 第二 对 d 象中并存的许多属性 有些是对象固有的 有些是偶有的 如果做出类推的属性是 Ad 对象的偶有属性 那么 B 对象就很可能不具有 第三 类比推理的逻辑根据并不充分 既然类比是从两个对象之间的某些属性的相同或相似推断得出它们在其它方面也有相同 或相似的属性的结论 论证过程中的理由与论断之间的逻辑联系就不是必然的 或者说 其结论带有不可靠性 2 3 类比教学法的分类 2 3 1 直接类比教学法 直接类比教学法是指在教学活动中直接从自然界或者人为成果中寻找出与未知事物 或理论相关的因素 进行类比 得到新的事物或理论 在物理研究中 利用直接类比教学法产生的理论随处可见 例如 在光学领域 惠 更斯提出的光的波动说 就是与水的波动 声的波动类比而发现的 在电学领域 欧姆 将其对电的研究和傅立叶关于热的研究加以类比 建立了欧姆定律 还有库仑定律是通 过与万有引力定律类比发现的 现代物理领域 德布罗意从光的波粒二象性类比得出微 内江师范学院本科毕业论文 3 观粒子的二象性原理 基本粒子学的弦模型 袋模型等也是类比推理结果 在教学中我 们需要把这种用直接类比教学法产生的理论的过程展现在课堂中 2 3 2 因果类比教学法 因果类比教学法就是在教学活动中 根据一个事物的因果关系 推测出另一事物的 因果关系的一种类比教学方法 物理是一门严谨的科学 逻辑性很强 各个物理概念和物理理论之间必然存在大量 的因果关系 例如 每一种力做功总会引起相应的一种能量的变化 物体所受的合外力 做功将引起物体动能的变化 重力做功将引起物体重力势能的变化 除重力和或弹力以 外的力做功将引起物体机械能的变化 那么 在电学中 电场力做功也将引起相对应的 一种能量的变化 这种能量是什么呢 原来是电势能 同样道理 在热学中也存在类似 的分子力做功引起的能量变化问题 2 3 3 对称类比教学法 所谓对称类比教学法就是在教学活动中 根据对象自身的形状对称或者理论的形式 对称 来推导其内在联系的一种方法 5 例如 从奥斯特实验中 我们可以得出 电 生 磁 的结论 那么 磁 是否 也可以生 电 呢 法拉第通过研究终于得到了肯定的答案 而麦克斯韦又进一步丰富 了这种对称的理论 他经过精确的数学推导认为 变化的电场可以产生磁场 而变化的 磁场可以产生电场 正是由于他这一对称理论的提出 才导致电磁波的发现 又如 物 理学家狄拉克从描述自由电子运动的方程中 得出正负对称的两个能量解 一个能量解 对应着电子 那么另一个能量解对应着的是什么呢 人都知道电荷正负的对称性 狄拉 克从对称类比中 提出了存在正电子的对称解 后来实践证实 正电子是存在的 再如 利用物理模型的对称性 可以简捷地解决下面的问题 在阻值均匀的圆电阻片上 挖出 一个偏心厕孔 在彼此垂直的直径和两端引出四个电极 然后接在同样的电压ABCD 上 试分析 哪一种接法电阻片的热功率较大 内江师范学院本科毕业论文 4 图图 1 1 不同接法下的电功率大小比较不同接法下的电功率大小比较 分析 沿虚线电阻片等分为两个对称部分 相当于两个等值电阻并联 线将电阻 ABCD 片分割成两个不对称部分 相当于两个不同电阻并联 而挖去部分 可以等效为阻值极 大的 空气电阻 串联在电阻片上 因为完整的半圆电阻片的阻值为最小 所以 并联总 电阻 1 ABCD RR 再根据 2 RR U P 1 2 可得 3 ABCD PP 2 3 4 拟人类比教学法 拟人类比教学法就是在教学活动中 将研究的对象 拟人化 赋予其感情色彩 也称为亲身类比 自身类比或人格类比 这种类比就是把自己融入所考虑的问题中 自 我进入 角色 产生共鸣 以获得富有创意的想法 5 我们虽然不能用拟人这种主观的方法来推导物理定律 但是当拟人类比用于开拓物 理思维的时候却可以达到出其不意的效果 尤其是应用在教学实践中的时候可以使学习 D C BA 内江师范学院本科毕业论文 5 过程变得更加生动有趣 一位教师给了将液体内部的压强描述得更加形象生动 曾经对 一袋子大米进行拟人类比 他提问 假如你是其中的一粒大米 你会有什么样的感受 大家展开讨论 充分发展学生的思维 又加深了对液体内部压力的理解 另外 当讲 完原子核物理后 我们也可以尝试让学生以 原子核的自述 为题目写一篇短文 让学 生模拟原子核身份 描述它周围的情况 充分发挥学生的想象能力和创新精神 5 内江师范学院本科毕业论文 6 3 类比教学法的应用 3 1 运用类比法教学 沟通新旧知识 深化 丰富教学内容 运用类比法教学 沟通新旧知识 深化 丰富教学内容 要开发学生的创造性思维 首先要打好扎实的基础 丰富学生的知识库存 在教学 中 要特别重视在讲授新概念时联系旧知识 在新旧知识类比中加深理解 开拓思路 例如在讲授电势时 将电场和重力场进行类比 找出共同点 电场力和重力做功都与 路径无关 为此 首先引入重力势能的概念 把一个质量为 m1 的物体放在高度为 h 的 地方 它具有重力势能 m1gh 把质量为 m2 m3 的物体放在高度为 h 的地方 它 们分别具有重力势能 m2gh m3gh 其势能值各不相同 但 m1gh m1 m2gh m2 m3gh m3 gh 是一个恒量 我们可以把 gh 叫做重力势 其值只 决定于重力场中的位置和零点的选择 与放入重力场中的物体的质量无关 由于学生对 重力场知识了解较多 对重力势容易接受 再用类比法引入电势的概念 分析它的性质 和区别于重力场的特点 这就化 抽象 为 具体 使学生对新知识有似曾相识的亲近感 深化了教学内容 这样的类比在中学物理中还很多 如水位和电势 电势能和重力势能 热容和电容 质量和电量 重力场中质点的运动和匀强电场中带电粒子的运动等 运用 类比教学法 既能激发兴趣 同时又进行了科学思维和科学方法的示范 学生遇到新的 概念和事物也能作类比分析 并得出较为满意的结果 3 2 运用类比教学 建立知识网络 使知识条理化 随着物理教学的深入 学生掌握的知识逐渐形成网络 这里有知识的横向式拓宽 也有 递进式的深入 学生的知识和能力就产生了质的飞跃 学生的创造性思维的发展也就寓 于其中了 在这过程中 类比法是揭示这些知识内在联系的好方法 例如 力学中的弹簧串联有 1 K 1 K1 1 K2 静电场中串联电容器有 1 C 1 C1 1 C2 稳恒电路中串联电阻有 1 R 1 R1 1 R2 它们具有相同的数学形式和运算规律 通过类 比 学生们对公式记得牢 使用条件清晰 运算起来也就熟练了 再如图线教学中 V t 图线下的面积表示位移 F t 图线下的面积表示冲量 I t 图线下 的面积表示电量 P V 图线下的面积表示功 F S 图线下的面积表示功 通过这些图线 的类比 学生们对图线的物理意义有了深刻的认识 如果要求电容器的带电量 我们可 以作电容器的放电电流 I 随时间 t 的变化规律图线 再由图线面积求电量 Q 在恒定电 流一章中有两个 U I 图 一个是对定值电阻两端电压随流经它的电流的变化规律的描述 遵循部分电路欧姆定律 导体电阻不同则图线斜率不同 另一个是全电路中 路端电压 随整个电路的总电流变化的规律 它们的研究对象不同 变化规律不同 物理意义也不 同 通过类比能较好地弄清它们的使用条件和变化规律 使用起来也不会出现差错 这样的类比 小的方面有形式上的类比 计算方法上的类比 不同概念和规律的类比 或者是某些性质和实验的类比 大的方面有规律和体系上的类比 例如平动和转动规律 的类比 电学和力学规律的类比 有的观点和论点就是通过类比提出或发展起来的 例 如我在教完电磁场后 曾引导学生列表比较重力场 静电场 和磁场的情况 通过列表 比较 学生找到重力场 静电场 和磁场的相似之处 也明确了它们的区别 建立起横 向和纵向的联系 建立起知识的网络 使知识条理化 同时也提出了很多新的问题 例 如重力场如何用重力线描述 重力场的势如何描述 磁场有没有势 同学们考虑得更多 更细更深刻了 分析归纳能力的提高 使创造性思维得到调动和及早的萌发 3 3 通过类比 介绍知识的新领域 提出新的问题 把创造性思维的培养和开发引向科通过类比 介绍知识的新领域 提出新的问题 把创造性思维的培养和开发引向科 学的前沿 学的前沿 高中教材在介绍磁单极子的内容时 就采用了类比的方法 带电体周围有电场 磁体周 内江师范学院本科毕业论文 7 围有磁场 同种电荷互相排斥 异种电荷互相吸引 这是它们的相似之处 但它们又不 完全相似 在电现象里有电荷 正负电荷可以单独存在 在磁现象里有没有磁荷 磁单 极子是否存在 科学研究的新课题就是这样通过类比提出来的 提出来后再通过实验来 寻找 通过实验来验证 类比法可使知识条理化 它能分清概念和规律之间的相似和差异 从而发展知识的 空 缺 指引了研究的方向 门捷列夫元素周期表就是通过分析归纳抓住各元素的质量排 列和电荷数排列 把它们的物理性质和化学性质作类比 从而发现了 空缺 再有目 的 有方向地寻找这些 空缺 对应的元素 并且获得了巨大的成功 我们的中学物理 最后介绍了基本粒子 现在基本粒子已达到几百种 这些基本粒子是不是同一层次 什 么是它们排列的主线 它们之间存在着什么规律 可以建立什么样的模型和理论 这正 是当代科学家进攻的前沿阵地之一 这些问题的解决 类比法自然要发挥它的巨大作用 4 类比教学法的缺陷 类比教学法在教学过程中经常能够起到化难为易的作用 可是作为一种由特殊到特 殊的逻辑思维方法 其本质上也是一种已学知识的迁移 而在迁移的过程中可能就会出 现错误的认识 所以由类比教学法推出的结论往往带有一定的局限性 也就是说 类比 教学法在带给我们方便的同时 也存在一些不足之处 我们在教学时就需加以注意 如在将内能与机械能类比时 就不能认为内能和机械能一样 有的时候物体的内能 也可以为零 而实际上物体的内能不可能为零的 在将声波与水波类比时 水波仅仅是 从一个点在平面上将能量向四周传播 而声波是从一个点将能量向上下左右前后的整个 立体空间传播 又如我们在学习电流的时候 运用电流和水流进行类比 对电流的学习提供了形象 化的支持 但我们也应该对运用该方法的不足之处应有清醒的认识 学生可能会对电流 和水流做进一步的类比认为是正电荷像水似的从电源正极出发 流过用电器 回到负极 其实在电流的流动过程中 如果电路是导线 一般是电子在导线内作定向移动 从电源 负极流到正极 如果电路是溶液 而是正离子或负离子在作定向移动 内江师范学院本科毕业论文 8 从哲学上讲 类比推理是一种或然性推理 其结论并不一定可靠 所以只能用于探 索性的设想 比喻性说明 近似性描述和发散性构思 而不能当作一种证明手段 两个 对象类比的基础在于它们部分属性的相似 因此 要得到深刻 可靠的结论 应尽量挖 掘事物间相似性较好的质和量 特别是本质上的相似点 类比是一种推理方法 但不是 唯一的推理方法 常与归纳 演绎等推理方法相结合使用 分析问题起初 类比显得大 有作为 但推出结论后 又往往无力去证明其正确性 因此不可过分夸大它在教学中所 起的作用 9 所以用类比进行学习知识和探究问题等的同时必须对两种概念 实验 规 律的形成的过程等进行对比教学 这样既找到了它们的联系又发现了它们的区别 更有 利于学生理解 掌握和运用知识 内江师范学院本科毕业论文 9 5 结论 类比教学是课堂教学的一种重要方法 它是利用已有的知识 去学习新知识的一种 可行方法 在物理教学中经常使用 本文在前人研究的基础上对它进行了定义 说明了 它的推理原理 然后阐述了类比思想的三个特点 即思维的形象性 思维进程方向的特 殊性 结论的或然性 适当归纳了对它的分类方法 主要将其分成了直接类比法 因果 类比法 对称类比法和拟人类比法四类 同时也对这四种方法做了定义 在其应用方面 主要通过示例阐述了它在概念的建立 规律的形成 教学演示实验 学生探究实验等方 面的一些应用 最后说明了在应用此方法时值得注意的问题 进行类比的两事物必须具 有可比性 即在某些属性上具有相似性 否则将可能导致错误的结论 内江师范学院本科毕业论文 10 参考文献 1 葛传体 类比在中学物理教学中的运用 J 创新教育 2009 6 140 2 张焕全 类比法在中学物理教学中的应用 DB OL 中小学教师资源网