物理教育畢業(yè)論文3

1、畢 業(yè) 論 文 論文題目 類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用 系 別 物電系 專 業(yè) 物理教育 班 級(jí) 2009級(jí)（2）班 學(xué) 號(hào) 130909082 姓 名 謝小龍 指導(dǎo)教師 李興平 2012 年 5 月 5 日類比法在物理教學(xué)中的應(yīng)用物電系 09物理教育（2） 謝小龍摘 要：類比是一種重要的思維方法,在物理學(xué)史及中學(xué)物理教學(xué)上有重要作用。本文論述了：類比方法的概念、特點(diǎn)、分類，運(yùn)用類比方法，有助于學(xué)生融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)物理規(guī)律和概念的理解, 以及用已有知識(shí)去探索未知領(lǐng)域的知識(shí)。在中學(xué)物理教學(xué)中類比研究方法有利于降低初高中物理教學(xué)的臺(tái)階、可以幫助學(xué)生突破知識(shí)難點(diǎn)、提高課堂教學(xué)效益、培養(yǎng)學(xué)生的類比

2、思維和創(chuàng)新能力。因此，學(xué)生能熟練掌握類比研究方法對(duì)其終身學(xué)習(xí)和發(fā)展都具有重要的意義。關(guān)鍵詞：類比方法，物理教學(xué)，思維創(chuàng)新物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)，研究方法對(duì)于探索自然現(xiàn)象具有普遍意義。類比方法是一種重要的物理思維方法，利用“類比”有助于學(xué)生把感到陌生的問(wèn)題與自己熟悉的事物進(jìn)行比較，使抽象的知識(shí)形象化、復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化；它能幫助學(xué)生融會(huì)貫通所學(xué)的知識(shí)，提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)能較好的培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新能力。因此，在教學(xué)中有意識(shí)的滲透或傳授類比方法，讓學(xué)生受到熏陶和訓(xùn)練，使學(xué)生在潛移默化中掌握和運(yùn)用類比方法以及鞏固舊知識(shí)。一、類比方法及其常見(jiàn)分類(一)什么是

3、類比法在物理教學(xué)中，類比法是科學(xué)研究中常用的方法之一，是通過(guò)兩個(gè)或兩類研究對(duì)象進(jìn)行比較，找出它們之間相同點(diǎn)和相似點(diǎn)，并以此為根據(jù)把其中某一個(gè)或某一類對(duì)象的有關(guān)知識(shí)和結(jié)論，推移到另一個(gè)或另一類對(duì)象上，從而推論出它們也可能有相同或相似的結(jié)論的一種邏輯推理和研究方法。其結(jié)論必須由實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，類比對(duì)象間共有的屬性越多，則類比結(jié)論的可靠性越大。（二）類比法的特點(diǎn)類比法的特點(diǎn)是“先比后推”?！氨取笔穷惐鹊幕A(chǔ)，“比”既要共同點(diǎn)也要“比”不同點(diǎn)。對(duì)象之間的共同點(diǎn)是類比法是否能夠施行的前提條件，沒(méi)有共同點(diǎn)的對(duì)象之間是無(wú)法進(jìn)行類比推理的。 （三）類比法分類根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，類比法可以分為以下不同類型：1.根據(jù)類比

4、中對(duì)象的不同，類比可分為個(gè)別性類比、特殊性類比和普遍性類比等類型2.根據(jù)類比中的斷定不同，類比可分為正類比、負(fù)類比和正、負(fù)類比等類型3.根據(jù)類比中的內(nèi)容不同，類比可分為性質(zhì)類比、關(guān)系類比、條件類比等類型4.根據(jù)類比中的前提和結(jié)論中的對(duì)象不同，類比可分為同類類比和異類類比等類型。 5.根據(jù)結(jié)論的可靠程度，類比可分為科學(xué)類比和經(jīng)驗(yàn)類比等類型。此外，根據(jù)對(duì)象的多少，類比還可分為完全類比和不完全類比等類型。二、類比法在物理學(xué)史上的作用物理學(xué)史上，常用的類比方法有等效類比、關(guān)系類比、協(xié)變類比、模型類比、對(duì)稱類比等。類比被譽(yù)為科學(xué)活動(dòng)中的“偉大的引路人”， 是它首先推動(dòng)了假說(shuō)的產(chǎn)生。康德曾說(shuō)過(guò)：“每當(dāng)理智

5、缺乏可靠論證的思路時(shí)，類比這個(gè)方法往往指引我們前進(jìn)”。法拉第了解到奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)后，就很自然地進(jìn)行了逆向思考和對(duì)稱類比推理，通過(guò)探索、研究、實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)中獲得電流的方法，使電磁學(xué)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。麥克斯韋不僅注意到物理現(xiàn)象、定律之間以及物理現(xiàn)象、定律與其他事物之間的局部相似性，而且考慮到數(shù)學(xué)形式的類比，運(yùn)用協(xié)變類比法，他創(chuàng)造性地建立了電磁學(xué)方程，建立了完整的電磁場(chǎng)理論。三、類比法在中學(xué)物理教學(xué)中的作用學(xué)生往往習(xí)慣于形象思維，缺乏抽象思維和邏輯推理能力，因此對(duì)抽象的物理概念難于接受和理解。在教學(xué)中運(yùn)用類比方法可以引導(dǎo)學(xué)生自己獲取知識(shí)；有助于提出假說(shuō)，進(jìn)行推測(cè)，有助于提出問(wèn)題并設(shè)

6、想解決問(wèn)題的方向；類比可激發(fā)學(xué)生探索的意向，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生自覺(jué)積極的活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的思維能力。類比方法在中學(xué)物理教學(xué)中的具體作用主要有以下幾個(gè)方面：（一）降低初、高中物理教學(xué) “臺(tái)階”的作用初中物理教學(xué)基本上是建立在形象思維基礎(chǔ)上的，它以生動(dòng)的自然現(xiàn)象和直觀的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，從而使學(xué)生通過(guò)形象思維獲得知識(shí)。初中物理中的大多數(shù)問(wèn)題看得見(jiàn)、摸得著。進(jìn)入高中后，物理教學(xué)便從形象思維向抽象思維領(lǐng)域過(guò)渡，其知識(shí)性、邏輯性、抽象性和應(yīng)用性都要強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到難以適應(yīng)。大多數(shù)學(xué)生感覺(jué)由初中到高中物理學(xué)科的跨度比較大，存在著“臺(tái)階”問(wèn)題。其中高中物理采用了較多抽象思維和邏輯推理的方法，是這個(gè)

7、臺(tái)階存在的重要原因之一。在教學(xué)中做好新舊知識(shí)的同化可以減少學(xué)生學(xué)習(xí)的困難。教師應(yīng)當(dāng)在備課時(shí)細(xì)致捉摸高中教材所研究的問(wèn)題跟初中教材曾研究的問(wèn)題，在言語(yǔ)、方法、思維特點(diǎn)等方面進(jìn)行類比，找出存在的差別和內(nèi)在的聯(lián)系，明確新舊知識(shí)之間的聯(lián)系與差異，確定課堂教學(xué)中如何啟發(fā)與指導(dǎo)，使學(xué)生能利用舊知識(shí)來(lái)同化新知識(shí)，順利的達(dá)到知識(shí)的遷移。教學(xué)難點(diǎn)的突破，是教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其突破方法是：先依托已經(jīng)掌握的一些基本的物理模型，如兩小球的碰撞模型、人船模型、爆炸模型等，然后再把將待研究的問(wèn)題與類似的已知規(guī)律的物理模型或物理過(guò)程進(jìn)行比較，找出其“相當(dāng)”的物理量，然后直接套用有關(guān)公式，使問(wèn)題順利解決決。因此，運(yùn)用類比

8、法解決物理問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常可以簡(jiǎn)化求解過(guò)程。例 在學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度e=f/q這個(gè)概念時(shí)，可以先復(fù)習(xí)部分電路的歐姆定律，對(duì)公式r=u/i ，在初中時(shí)，學(xué)生已經(jīng)知道r與u并不成正比，與i也不成反比，它是物體本身的一種屬性，給導(dǎo)體加電壓的目的是為了檢測(cè)其電阻阻值的大小，對(duì)電阻即使不加電壓，它對(duì)電流的阻礙作用也是一樣存在的；電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度e是確實(shí)存在的一種物質(zhì)，與在該點(diǎn)有沒(méi)有引入檢驗(yàn)電荷、檢驗(yàn)電荷的電性、電量等無(wú)關(guān)，它是由產(chǎn)生這個(gè)電場(chǎng)的電荷決定的。通過(guò)這樣類比，把學(xué)習(xí)電場(chǎng)強(qiáng)度的方法與學(xué)習(xí)電壓的方法進(jìn)行同化，使學(xué)生容易接受新知識(shí)。（二）提高課堂教學(xué)效益的作用不同的物理知識(shí)之間有許多相同或相似的特征，他們遵守

9、著相同或相似的物理規(guī)律，對(duì)它們的研究所采用的物理方法也受其特征的制約。在中學(xué)物理知識(shí)在中，電磁學(xué)知識(shí)有一相同特征是其抽象性，因此在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)，常用它們與力學(xué)知識(shí)之間的相似性，采取類比法進(jìn)行教學(xué)，可以收到事半功倍的效果。在平常的物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往會(huì)覺(jué)得物理知識(shí)看得懂，也聽(tīng)得懂，但做起題來(lái)就是容易出錯(cuò)。究其原因，學(xué)生缺乏知識(shí)的系統(tǒng)化，所學(xué)的知識(shí)是零散的，沒(méi)有融會(huì)貫通，所以學(xué)習(xí)效果并不好。 如，彈簧的串聯(lián)1/k=1/k1+1/k2，電容器的串聯(lián)1/c=1/c1+1/c2，電阻的并聯(lián)1/r=1/r1+1/r2，電阻的串聯(lián)r=r1+r2，彈簧的并聯(lián)k=k1+k2，電容器的并聯(lián)c=c1+c2。把它

10、們聯(lián)系起來(lái)，形成知識(shí)體系，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)就能起到事半功倍的作用。還有象vt圖象的面積為位移、ft圖象的面積為沖量、pv圖象的面積為氣體做功、 ui圖象的面積為電流做功的功率，機(jī)械波電磁波光波-物質(zhì)波的類比等等。運(yùn)用類比法把相關(guān)的物理知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，可以幫助學(xué)生理解、記憶、掌握這些相關(guān)知識(shí)，從而提高課堂教學(xué)效益。（三）培養(yǎng)學(xué)生的類比思維、提高創(chuàng)新能力的作用高、初中教材提供了很多利用類比的素材，教師在教學(xué)中應(yīng)不失時(shí)機(jī)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新知識(shí)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)念惐?，抓住知識(shí)系統(tǒng)中同類要素的聯(lián)系，按照知識(shí)本身的結(jié)構(gòu)規(guī)律通過(guò)類比遷移，不僅可以使學(xué)生以快速的獲取知識(shí)，深刻地領(lǐng)會(huì)和掌握知識(shí)，而且還能使學(xué)生產(chǎn)生一種對(duì)問(wèn)題的敏感

11、性，迅速抓住問(wèn)題的要害，找出解決問(wèn)題的途徑，這對(duì)于學(xué)生形成思維能力、提高素質(zhì)都有很大的作用。為了使教育面向未來(lái)，培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)變革的人才，在加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)的同時(shí)，要培養(yǎng)學(xué)生善于從自然界或者已有知識(shí)中，尋找與創(chuàng)造對(duì)象相類似的東西，加以模擬，并創(chuàng)造出新的東西來(lái)。在運(yùn)用類比方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力時(shí)，首先要讓他們了解類比方法在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中經(jīng)常起著啟示、探索、開路和創(chuàng)新的作用，許多新概念、新規(guī)律、新理論的提出借助于類比。如：盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)知道：在原子中有一個(gè)僅占原子體積小部分(約十萬(wàn)分之一)但卻具有絕大部分質(zhì)量（99.97%）的核,而核外電子只有極小的質(zhì)量；這種模型與太陽(yáng)作為太陽(yáng)系的核心，

12、它占有太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%，但體積卻只占有大陽(yáng)系空間的極小部分，而且原子核與電子之間的吸引力，以及大陽(yáng)與行星之間的萬(wàn)有引力，都遵從與距離的平方成反比的規(guī)律。于是他運(yùn)用類比方法把原子內(nèi)部的情況和太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行類比，太陽(yáng)系是由處于核心的太陽(yáng)和環(huán)繞它運(yùn)行的一系列行星構(gòu)成的，因此，盧瑟福于1911年提出了原子是由電子環(huán)繞帶正電荷的原子核組成的這樣一個(gè)原子核結(jié)構(gòu)的行星模型假說(shuō)。類比法可使知識(shí)條理化，它能分清概念和規(guī)律之間的相似和差異，從而發(fā)展知識(shí)的“空缺”，指引了研究的方向。中學(xué)物理最后介紹了基本粒子，現(xiàn)在基本粒子已達(dá)到幾百種，這些基本粒子是不是同一層次，什么是它們排列的主線，它們之間存在著什么

13、規(guī)律，可以建立什么樣的模型和理論，這正是當(dāng)代科學(xué)家進(jìn)攻的前沿陣地之一，這些問(wèn)題的解決，類比法自然要發(fā)揮它的巨大作用一種思維能力的形成單有了解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它要經(jīng)過(guò)反復(fù)的運(yùn)用、訓(xùn)練才能形成。因此，在教學(xué)中要挖掘素材，指導(dǎo)學(xué)生注意抓住相關(guān)現(xiàn)象的本質(zhì)特征，教會(huì)學(xué)生用類比的方法進(jìn)行思考，并用類比方法解決問(wèn)題，學(xué)生經(jīng)過(guò)一定的熏陶、訓(xùn)練之后，一般都能較好的掌握類比方法，并由此提高創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造性思維能力主要包括發(fā)散思維、收斂思維、靈感思維、直覺(jué)思維、形象思維等。 四、恰當(dāng)運(yùn)用類比方法進(jìn)行教學(xué)（一）運(yùn)用共存類比 簡(jiǎn)單共存類比是以簡(jiǎn)單關(guān)系為推理中介的類比思維。這種類比

14、最簡(jiǎn)單，在引入新課時(shí)運(yùn)用得最多，學(xué)生最容易接受。在高中物理教材中，引入磁場(chǎng)概念時(shí)便運(yùn)用了簡(jiǎn)單共存的類比思維。在教學(xué)中，充分發(fā)揮教材的這一方法，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行教學(xué)。首先，把電場(chǎng)與磁場(chǎng)有關(guān)的相似屬性列出：如電荷與電荷之間有相互作用力，磁極與磁極之間也有同名磁極相斥、異名磁極相吸的現(xiàn)象；這樣由電荷周圍存在電場(chǎng)，可以類比推出磁極周圍也應(yīng)存在磁場(chǎng)；由電荷間作用力不能直接發(fā)生，需要電場(chǎng)傳遞，可以類比推出磁極間相互作用力也不能直接發(fā)生，傳遞磁極間的相互作用也要靠一種場(chǎng) - 磁場(chǎng)；由電場(chǎng)是一種物質(zhì)，可推知磁場(chǎng)也是一種物質(zhì)。 （二）運(yùn)用類比教學(xué)，建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使知識(shí)條理化。隨著物理教學(xué)的深入、學(xué)生掌握的

15、知識(shí)逐漸形成網(wǎng)絡(luò)，這里有知識(shí)的橫向式拓寬，也有遞進(jìn)式的深入，學(xué)生的知識(shí)和能力就產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，學(xué)生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展也就寓于其中了。在這過(guò)程中，類比法是揭示這些知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的好方法。（三）運(yùn)用對(duì)稱類比 對(duì)稱類比是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象屬性之間的對(duì)稱關(guān)系進(jìn)行的類比?？陀^世界中也確實(shí)存在著許多的對(duì)稱關(guān)系（例如：物體形狀或幾何形體的對(duì)稱性、正負(fù)電荷與南北磁極的對(duì)稱性、粒子與反粒子的對(duì)稱等），這也是進(jìn)行對(duì)稱類比的基礎(chǔ)。在電磁感應(yīng)的教學(xué)中，我列出電與磁的對(duì)應(yīng)的特征：正負(fù)電荷與磁南北磁極相對(duì)應(yīng)；電荷的相互作用與磁極的餓相互作用相對(duì)應(yīng)；電場(chǎng)與磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。接著提出一個(gè)問(wèn)題：電流有磁效應(yīng)，也就是說(shuō)“電”可以生“磁”，那么

16、，“磁”可不可以生“電”呢？根據(jù)電跟磁的對(duì)稱性，學(xué)生很自然地想到：“磁”應(yīng)該也可以生“電”！。（四）運(yùn)用性質(zhì)類比是指對(duì)象各個(gè)屬性之間的關(guān)系僅僅在于它們都是同一對(duì)象的屬性例 人們依據(jù)聲現(xiàn)象的一些特性與光現(xiàn)象特性進(jìn)行類比聲現(xiàn)象具有：光現(xiàn)象具有待添加的隱藏文字內(nèi)容2直線傳播直線傳播反射反射折射折射干涉干涉波動(dòng)的特性？所以光可能也具有波動(dòng)的特性這一結(jié)論被后來(lái)的研究和實(shí)驗(yàn)所證實(shí)（五）運(yùn)用關(guān)系類比它是根據(jù)兩個(gè)對(duì)象各自屬性之間可能具有的相同因果關(guān)系而進(jìn)行的類比推理例牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，把天體力學(xué)與地上的力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)發(fā)展史上的第一次大綜合，這其中就要應(yīng)用關(guān)系類比的方法，高山上用力拋出的石頭，

17、初速度越大，則拋出越遠(yuǎn)，如果速度足夠大，則石頭可能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)而不落向地面，搖動(dòng)系著繩子的石頭，則石頭可做圓周運(yùn)動(dòng)；而天上的月亮能作圓周運(yùn)動(dòng)，也可能象石頭一樣是受向心力作用，而這一向心力就是月亮與地球間的引力，從而導(dǎo)致萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)（六）運(yùn)用協(xié)變類比協(xié)變類比也稱數(shù)學(xué)相似類比，它根據(jù)兩個(gè)對(duì)象可能具有屬性之間的某種協(xié)變關(guān)系（定量的函數(shù)關(guān)系）進(jìn)行的類比推理。也就是說(shuō)：兩個(gè)對(duì)象有若干屬性相同或相似，并且在兩者數(shù)學(xué)方程式相同或相似的情況下，推論在其他方面的屬性也相同或相似。德布羅意在1924年提出物質(zhì)波公式的推理過(guò)程：光具有粒子性和波動(dòng)性，所以實(shí)物料子也具有粒子性和波動(dòng)性：所以實(shí)物粒子也可能具有方程式

18、ehv，hmv，此數(shù)學(xué)關(guān)系式被1927年的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)；庫(kù)侖在電磁學(xué)研究中從牛頓的萬(wàn)有引力定律公式fm1m2r2中，聯(lián)想到電荷之間的相互作用力也應(yīng)遵從fq1q2r2這一基本的電作用規(guī)律，于是就把庫(kù)侖力的定量關(guān)系類比于萬(wàn)有引力公式，而得出fq1q2r2。五、運(yùn)用類比法值得注意的幾個(gè)問(wèn)題（一） 正確對(duì)待類比推理的或然性 “任何比喻都是蹩腳的。”類比方法跟比喻方法很類似，也存在著不足的地方：由類比所得出的結(jié)論都具有一定的或然性，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。從兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似，并不一定得出它們?cè)谄渌麑傩苑矫嬉脖厝幌嗤蛳嗨频慕Y(jié)論。我運(yùn)用類比方法時(shí)都注意到這個(gè)問(wèn)題。（二）防止機(jī)械類比 應(yīng)用類

19、比的首要問(wèn)題就是研究?jī)深愂挛锏目杀刃?，即使是兩個(gè)可以進(jìn)行類比的事物，也不可能所有屬性處處相似，點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。它們之所以是兩個(gè)事物，必存在差異性。在進(jìn)行類比時(shí)，有時(shí)要告訴學(xué)生兩事物間哪些方面可比，哪些方面不可比，避免機(jī)械類比的錯(cuò)誤。對(duì)本身就比較直觀，與生活聯(lián)系較緊的物理概念與物理現(xiàn)象等，沒(méi)有必要非用類比，用了反倒顯啰嗦，沖淡主題，使教學(xué)重點(diǎn)得不到突出。 （三）要有針對(duì)性 教學(xué)中類比要用得好、用得巧，必須具有針對(duì)性。即：（ 1 ）針對(duì)不同的學(xué)生選用不同的類比材料。（）要針對(duì)物理教學(xué)內(nèi)容和目的。如果教學(xué)內(nèi)容比較抽象，呆板。適于運(yùn)用一些較輕松活潑的類比。如果教學(xué)內(nèi)容具有較嚴(yán)密的邏輯性，與前面的知識(shí)有些必然的聯(lián)系，運(yùn)用類比比較合適（如重力場(chǎng)和電場(chǎng)的類比）；在進(jìn)行單元或總復(fù)習(xí)時(shí)運(yùn)用系統(tǒng)類比將會(huì)收到較好的效果。（）要針對(duì)課堂氣氛。在課堂教學(xué)中，如果學(xué)生的注意力