《物理教育毕业论文3.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理教育毕业论文3.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、毕 业 论 文 论文题目 类比法在物理教学中的应用 系 别 物电系 专 业 物理教育 班 级 2009级（2）班 学 号 130909082 姓 名 谢小龙 指导教师 李兴平 2012 年 5 月 5 日类比法在物理教学中的应用物电系 09物理教育（2） 谢小龙摘 要：类比是一种重要的思维方法,在物理学史及中学物理教学上有重要作用。本文论述了：类比方法的概念、特点、分类，运用类比方法，有助于学生融会贯通所学知识，加深对物理规律和概念的理解, 以及用已有知识去探索未知领域的知识。在中学物理教学中类比研究方法有利于降低初高中物理教学的台阶、可以帮助学生突破知识难点、提高课堂教学效益、培养学生的类比
2、思维和创新能力。因此，学生能熟练掌握类比研究方法对其终身学习和发展都具有重要的意义。关键词：类比方法，物理教学，思维创新物理学是一门基础科学，是自然科学和技术科学的基础，研究方法对于探索自然现象具有普遍意义。类比方法是一种重要的物理思维方法，利用“类比”有助于学生把感到陌生的问题与自己熟悉的事物进行比较，使抽象的知识形象化、复杂的问题简单化；它能帮助学生融会贯通所学的知识，提高学生分析、解决问题的能力，同时能较好的培养学生的逻辑思维和创新能力。因此，在教学中有意识的渗透或传授类比方法，让学生受到熏陶和训练，使学生在潜移默化中掌握和运用类比方法以及巩固旧知识。一、类比方法及其常见分类(一)什么是
3、类比法在物理教学中，类比法是科学研究中常用的方法之一，是通过两个或两类研究对象进行比较，找出它们之间相同点和相似点，并以此为根据把其中某一个或某一类对象的有关知识和结论，推移到另一个或另一类对象上，从而推论出它们也可能有相同或相似的结论的一种逻辑推理和研究方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。（二）类比法的特点类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，“比”既要共同点也要“比”不同点。对象之间的共同点是类比法是否能够施行的前提条件，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。 （三）类比法分类根据不同的标准，类比法可以分为以下不同类型：1.根据类比
4、中对象的不同，类比可分为个别性类比、特殊性类比和普遍性类比等类型2.根据类比中的断定不同，类比可分为正类比、负类比和正、负类比等类型3.根据类比中的内容不同，类比可分为性质类比、关系类比、条件类比等类型4.根据类比中的前提和结论中的对象不同，类比可分为同类类比和异类类比等类型。 5.根据结论的可靠程度，类比可分为科学类比和经验类比等类型。此外，根据对象的多少，类比还可分为完全类比和不完全类比等类型。二、类比法在物理学史上的作用物理学史上，常用的类比方法有等效类比、关系类比、协变类比、模型类比、对称类比等。类比被誉为科学活动中的“伟大的引路人”， 是它首先推动了假说的产生。康德曾说过：“每当理智
5、缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进”。法拉第了解到奥斯特发现电流能产生磁场后，就很自然地进行了逆向思考和对称类比推理，通过探索、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。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，运用协变类比法，他创造性地建立了电磁学方程，建立了完整的电磁场理论。三、类比法在中学物理教学中的作用学生往往习惯于形象思维，缺乏抽象思维和逻辑推理能力，因此对抽象的物理概念难于接受和理解。在教学中运用类比方法可以引导学生自己获取知识；有助于提出假说，进行推测，有助于提出问题并设
6、想解决问题的方向；类比可激发学生探索的意向，引导学生进行探索，使学习成为学生自觉积极的活动，发展学生的思维能力。类比方法在中学物理教学中的具体作用主要有以下几个方面：（一）降低初、高中物理教学 “台阶”的作用初中物理教学基本上是建立在形象思维基础上的，它以生动的自然现象和直观的实验为依据，从而使学生通过形象思维获得知识。初中物理中的大多数问题看得见、摸得着。进入高中后，物理教学便从形象思维向抽象思维领域过渡，其知识性、逻辑性、抽象性和应用性都要强，学生在学习时感到难以适应。大多数学生感觉由初中到高中物理学科的跨度比较大，存在着“台阶”问题。其中高中物理采用了较多抽象思维和逻辑推理的方法，是这个
7、台阶存在的重要原因之一。在教学中做好新旧知识的同化可以减少学生学习的困难。教师应当在备课时细致捉摸高中教材所研究的问题跟初中教材曾研究的问题，在言语、方法、思维特点等方面进行类比，找出存在的差别和内在的联系，明确新旧知识之间的联系与差异，确定课堂教学中如何启发与指导，使学生能利用旧知识来同化新知识，顺利的达到知识的迁移。教学难点的突破，是教学中的一个重要环节。其突破方法是：先依托已经掌握的一些基本的物理模型，如两小球的碰撞模型、人船模型、爆炸模型等，然后再把将待研究的问题与类似的已知规律的物理模型或物理过程进行比较，找出其“相当”的物理量，然后直接套用有关公式，使问题顺利解决决。因此，运用类比
8、法解决物理问题时，经常可以简化求解过程。例 在学习电场强度E=F/q这个概念时，可以先复习部分电路的欧姆定律，对公式R=U/I ，在初中时，学生已经知道R与U并不成正比，与I也不成反比，它是物体本身的一种属性，给导体加电压的目的是为了检测其电阻阻值的大小，对电阻即使不加电压，它对电流的阻碍作用也是一样存在的；电场中某点电场强度E是确实存在的一种物质，与在该点有没有引入检验电荷、检验电荷的电性、电量等无关，它是由产生这个电场的电荷决定的。通过这样类比，把学习电场强度的方法与学习电压的方法进行同化，使学生容易接受新知识。（二）提高课堂教学效益的作用不同的物理知识之间有许多相同或相似的特征，他们遵守
9、着相同或相似的物理规律，对它们的研究所采用的物理方法也受其特征的制约。在中学物理知识在中，电磁学知识有一相同特征是其抽象性，因此在学习这部分知识时，常用它们与力学知识之间的相似性，采取类比法进行教学，可以收到事半功倍的效果。在平常的物理学习中，学生往往会觉得物理知识看得懂，也听得懂，但做起题来就是容易出错。究其原因，学生缺乏知识的系统化，所学的知识是零散的，没有融会贯通，所以学习效果并不好。 如，弹簧的串联1/K=1/K1+1/K2，电容器的串联1/C=1/C1+1/C2，电阻的并联1/R=1/R1+1/R2，电阻的串联R=R1+R2，弹簧的并联K=K1+K2，电容器的并联C=C1+C2。把它
10、们联系起来，形成知识体系，对学生的学习就能起到事半功倍的作用。还有象vt图象的面积为位移、Ft图象的面积为冲量、PV图象的面积为气体做功、 UI图象的面积为电流做功的功率，机械波电磁波光波-物质波的类比等等。运用类比法把相关的物理知识联系起来，可以帮助学生理解、记忆、掌握这些相关知识，从而提高课堂教学效益。（三）培养学生的类比思维、提高创新能力的作用高、初中教材提供了很多利用类比的素材，教师在教学中应不失时机地引导学生对新知识进行恰当的类比，抓住知识系统中同类要素的联系，按照知识本身的结构规律通过类比迁移，不仅可以使学生以快速的获取知识，深刻地领会和掌握知识，而且还能使学生产生一种对问题的敏感
11、性，迅速抓住问题的要害，找出解决问题的途径，这对于学生形成思维能力、提高素质都有很大的作用。为了使教育面向未来，培养适应未来变革的人才，在加强基础知识教学的同时，要培养学生善于从自然界或者已有知识中，寻找与创造对象相类似的东西，加以模拟，并创造出新的东西来。在运用类比方法培养学生的创新能力时，首先要让他们了解类比方法在物理学的发展过程中经常起着启示、探索、开路和创新的作用，许多新概念、新规律、新理论的提出借助于类比。如：卢瑟福通过粒子散射实验知道：在原子中有一个仅占原子体积小部分(约十万分之一)但却具有绝大部分质量（99.97%）的核,而核外电子只有极小的质量；这种模型与太阳作为太阳系的核心，
12、它占有太阳系总质量的99.87%，但体积却只占有大阳系空间的极小部分，而且原子核与电子之间的吸引力，以及大阳与行星之间的万有引力，都遵从与距离的平方成反比的规律。于是他运用类比方法把原子内部的情况和太阳系的结构进行类比，太阳系是由处于核心的太阳和环绕它运行的一系列行星构成的，因此，卢瑟福于1911年提出了原子是由电子环绕带正电荷的原子核组成的这样一个原子核结构的行星模型假说。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。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
13、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一种思维能力的形成单有了解是远远不够的，它要经过反复的运用、训练才能形成。因此，在教学中要挖掘素材，指导学生注意抓住相关现象的本质特征，教会学生用类比的方法进行思考，并用类比方法解决问题，学生经过一定的熏陶、训练之后，一般都能较好的掌握类比方法，并由此提高创新能力。创新能力的培养主要是培养学生的创造性思维。创造性思维能力主要包括发散思维、收敛思维、灵感思维、直觉思维、形象思维等。 四、恰当运用类比方法进行教学（一）运用共存类比 简单共存类比是以简单关系为推理中介的类比思维。这种类比
14、最简单，在引入新课时运用得最多，学生最容易接受。在高中物理教材中，引入磁场概念时便运用了简单共存的类比思维。在教学中，充分发挥教材的这一方法，结合学生的实际情况进行教学。首先，把电场与磁场有关的相似属性列出：如电荷与电荷之间有相互作用力，磁极与磁极之间也有同名磁极相斥、异名磁极相吸的现象；这样由电荷周围存在电场，可以类比推出磁极周围也应存在磁场；由电荷间作用力不能直接发生，需要电场传递，可以类比推出磁极间相互作用力也不能直接发生，传递磁极间的相互作用也要靠一种场 - 磁场；由电场是一种物质，可推知磁场也是一种物质。 （二）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
15、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。（三）运用对称类比 对称类比是根据两个对象属性之间的对称关系进行的类比。客观世界中也确实存在着许多的对称关系（例如：物体形状或几何形体的对称性、正负电荷与南北磁极的对称性、粒子与反粒子的对称等），这也是进行对称类比的基础。在电磁感应的教学中，我列出电与磁的对应的特征：正负电荷与磁南北磁极相对应；电荷的相互作用与磁极的饿相互作用相对应；电场与磁场相对应。接着提出一个问题：电流有磁效应，也就是说“电”可以生“磁”，那么
16、，“磁”可不可以生“电”呢？根据电跟磁的对称性，学生很自然地想到：“磁”应该也可以生“电”！。（四）运用性质类比是指对象各个属性之间的关系仅仅在于它们都是同一对象的属性例 人们依据声现象的一些特性与光现象特性进行类比声现象具有：光现象具有直线传播直线传播反射反射折射折射干涉干涉波动的特性？所以光可能也具有波动的特性这一结论被后来的研究和实验所证实（五）运用关系类比它是根据两个对象各自属性之间可能具有的相同因果关系而进行的类比推理例牛顿发现的万有引力定律，把天体力学与地上的力学统一起来，实现了物理学发展史上的第一次大综合，这其中就要应用关系类比的方法，高山上用力抛出的石头，初速度越大，则抛出越远
17、，如果速度足够大，则石头可能绕地球运转而不落向地面，摇动系着绳子的石头，则石头可做圆周运动；而天上的月亮能作圆周运动，也可能象石头一样是受向心力作用，而这一向心力就是月亮与地球间的引力，从而导致万有引力定律的发现（六）运用协变类比协变类比也称数学相似类比，它根据两个对象可能具有属性之间的某种协变关系（定量的函数关系）进行的类比推理。也就是说：两个对象有若干属性相同或相似，并且在两者数学方程式相同或相似的情况下，推论在其他方面的属性也相同或相似。德布罗意在1924年提出物质波公式的推理过程：光具有粒子性和波动性，所以实物料子也具有粒子性和波动性：所以实物粒子也可能具有方程式Ehv，hmv，此数学
18、关系式被1927年的电子衍射实验所证实；库仑在电磁学研究中从牛顿的万有引力定律公式Fm1m2r2中，联想到电荷之间的相互作用力也应遵从Fq1q2r2这一基本的电作用规律，于是就把库仑力的定量关系类比于万有引力公式，而得出Fq1q2r2。五、运用类比法值得注意的几个问题（一） 正确对待类比推理的或然性 “任何比喻都是蹩脚的。”类比方法跟比喻方法很类似，也存在着不足的地方：由类比所得出的结论都具有一定的或然性，有时会出现错误。从两个对象之间在某些方面的相同或相似，并不一定得出它们在其他属性方面也必然相同或相似的结论。我运用类比方法时都注意到这个问题。（二）防止机械类比 应用类比的首要问题就是研究两
19、类事物的可比性，即使是两个可以进行类比的事物，也不可能所有属性处处相似，点点对应。它们之所以是两个事物，必存在差异性。在进行类比时，有时要告诉学生两事物间哪些方面可比，哪些方面不可比，避免机械类比的错误。对本身就比较直观，与生活联系较紧的物理概念与物理现象等，没有必要非用类比，用了反倒显啰嗦，冲淡主题，使教学重点得不到突出。 （三）要有针对性 教学中类比要用得好、用得巧，必须具有针对性。即：（ 1 ）针对不同的学生选用不同的类比材料。（）要针对物理教学内容和目的。如果教学内容比较抽象，呆板。适于运用一些较轻松活泼的类比。如果教学内容具有较严密的逻辑性，与前面的知识有些必然的联系，运用类比比较合
20、适（如重力场和电场的类比）；在进行单元或总复习时运用系统类比将会收到较好的效果。（）要针对课堂气氛。在课堂教学中，如果学生的注意力都很集中他们对教师所授知识能顺利接受。如果教师发现课堂上多数学生精神疲惫，就应当采用一些风趣幽默的类比来活跃气氛，振奋学生的精神。 运运用类比方法主要是为了教给学生一种物理思维的方法和接受、理解知识的一种方式。实践证明，恰当地运用类比，物理课堂会更有气氛，学生的学习的兴趣会很浓，更重要的是学生对所学的知识不容易遗忘，而且学会“举一返三”、“触类旁通”。结 论综上所述，类比法在教学方面确实具有严格的逻辑推理难以取代的功效, 在物理教学中运用类比方法可以引导学生自己获取
21、知识；有助于提出假说，进行推测，有助于提出问题并设想解决问题的方向，类比可激发学生探索的意向，引导学生进行探索，使学习成为学生自觉积极的活动，学生自觉不自觉地逐步掌握和运用类比方法，较好的培养了学生的逻辑思维和创新能力。但在使用类比方法时，要注意各种不同事物之间的差异和区别，在引进新概念、新规律时，应当进一步把它们的本质讲清楚。只有这样，才能使学生更好地理解所学习的内容，启发学生的思维和加深对学习内容的理解，在教学中起到举一反三的好效果综上所述。参考文献：1刘庆贺，类比在初中物理教学中的应用，中学物理教学参考2005 (7)2滑文革，研究性学习导论，吉林教育出版社2001 (8)3许国梁主编,中学物理教学法第二版.北京：高等教育出版社.1994 (7)4 李祖超，创造性思维与创新教育，物理教学2004 (6)5李长华, 类比法在物理学中的应用J; 淮北煤炭师范学院学报(自然科学版); 2004 (4)