浅谈物理学中的类比教学法定稿.docx

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浅谈物理学中的类比教学法定稿

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

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：

类比教学法；物理；应用

Abstract

Firstofall,thisarticledefinestheanalogyteachingapproachdirectly,describesthefeaturesofanalogicalthoughtandmakestheappropriateclassificationaccordingtoitsimplementationandapplicationinteachingactivities.Andalsodefinesandexplainsthedirectanalogyteachingapproach,causeandeffectteachingapproach,symmetryteachingapproachandpersonificationteachingapproach.Andthen,itdescribessomespecificapplicationsinphysicsteachingactivities,suchastheestablishmentoftheconceptsandphysicalexperiments.Atlast,wecomplementitsshortcomingsandweaknessesthroughseveralexamplesinorderthatwecanuseitconveniently.

Keywords:

analogyteachingapproach;physics;application

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。

康德曾说过：

“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进[1]。

”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。

但是根据本人的认识，这其中存在一些定义不准确，分类冗长、不科学，应用单一，对类比教学法的好处过于夸大等诸多问题[2]，针对以上问题，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。

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[2]。

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

，则研究对象A可能具有相同或相似的属性

[4]。

2.2类比思想的特点

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[4]。

例如，惠更斯受到水波、声波的启发，提出了光的波动学说；卢瑟福将肉眼无法观察到的原子和巨大的太阳系进行类比，提出了原子的核式结构模型，从而形象化地描绘了原子结构的基本轮廓。

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[4]。

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A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[5]。

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[6]。

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[5]。

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[7]。

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上，试分析：

哪一种接法电阻片的热功率较大[8]？

图1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）

再根据

（2）

可得

（3）

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]。

3类比教学法的应用

3.1物理概念建立时的类比

物理概念建立时的类比教学就是在学习新的物理概念时，将它与已学过的物理概念进行比较，通过已学概念的特点，来认识新的概念的一种方法。

如在建立功率概念时，可以通过学生已熟悉的速度概念的形成过程进行类比，要比较物体运动的快慢，可以用相同的时间比较位移；也可以相同的位移比较时间的多少，但在位移和时间都不同时，就必须看单位时间内通过位移来定义速度。

同理，比较物体做功的快慢可以用做相同的功来比较所花时间的多少；也可用相同的时间比较做功的多少；在做功和时间都不同时，就要看单位时间内做功的多少，从而建立功率的概念[9]。

又如学生由于受知识基础和抽象思维能力的限制，在学习内能的概念（特别是分子势能的概念）往往感到不容易理解。

教材中通过将内能与机械能进行类比的方法来说明：

运动着的篮球具有动能，而分子是永不停息地做无规则运动，所以运动着的分子也是具有动能，石块和地球相互吸引具有重力势能，相互吸引的分子也具有势能，被压缩的弹簧的各部分互相排斥而具有弹性势能，相互排斥的分子也是具有势能；机械能是指物体具有的势能和动能的总称。

而内能与其相类似，是物体内部所有分子作无规则运动的动能和所有分子势能的总和。

这样使学生较容易地理解了内能和分子势能。

3.2物理规律建立时的类比

物理规律建立时的类比教学就是在学习新的物理规律时，将它与已学过的物理规律进行比较，通过已学规律的特点，来认识新的规律的一种方法。

例如动量守恒定律，牛顿定律与刚体部角动量守恒定律，转动定律是力学部分的重要内容。

刚体转动的描写有着它的特性，即各量用角量来描写，但运动规律形式和研究思路与质点的运动规律形式和研究思路有着许多类似之处。

教学中通过下面的表格，把刚体定轴转动与质点运动进行类比。

平动用线量描写，转动用角量描写，描写平动各量加一“角”字便可得到转动时相应各量，质点运动规律改用角量描写可用于刚体定轴转动。

对于诸多的公式只要记忆质点的运动规律，采用类比的方法就可掌握刚体的定轴转动规律[10]。

表1刚体定轴转动与质点运动类比

质点的运动

刚体定轴转动

参考量

或

或

，

常矢量

，

常矢量

3.3物理实验时的类比

物理实验时的类比教学就是课堂演示实验和学生探究实验中，抓住实验中的相似性，通过已熟悉的实验现象和结论来类比说明不易观察的实验现象和不易理解的实验结论等。

3.3.1物理演示实验的类比

在学习声学时会遇到声波这一名词，学生对这些现象总是不甚理解。

虽然在教材中用了一定的篇幅来描述：

当音叉在空气中振动时，是通过音叉的振动使空气形成疏密相间的波动，声音就是借助于这种波动向四周围的方向传播。

当这种波动传入人耳中，能使鼓膜振动，引起声音的感觉。

但是它的传播总是无法被学生直接观察到，所以学生总是似是而非。

这时我们如果将声波和水波去类比，水波却是看得见、摸得着的，将振动的音叉在平静的水面中央插入，会看到从该点开始，形成一圈又一圈的水波向四周围传播出去，如果远处的水面上摆放一只小木块，一会儿会看到小木块也被引起的上下振动起来，这样非常形象直观的被学生能感觉到，加深了对声音传播的理解。

此时我们如果进一步让学生观察在起伏不平的水面上的小木块仍然是在原位置没有水平方向移动，只在原位置上下振动。

通过进一步的类比，使学生理解到在声波向前传播中，传播的只是能量，而不是声波的传播介质。

这样通过将抽象的声波类比为具体水波，很好地锻炼了学生的形象思维能力。

3.3.2学生探究实验活动的类比

在学习了液体的蒸发之后，老师就顺便提出：

那么液体蒸发的快慢会与那些因素有关呢？

请学生进行猜想，学生猜想到液体蒸发的快慢可能与液体的温度高低、液体的表面积大小、液体表面的空气流动速度的大小等有关。

那么如何设计实验来探究液体蒸发的快慢与上述因素是否有关，如果有那又有什么关系呢？

学生进行思考讨论，老师适当提示：

这里因为猜想到液体蒸发的快慢可能与几个因素有关，那么回顾前一章才学习了弦乐器的音调的高低也是与弦的长短、弦的粗细、弦的松紧几个因素有关[11]。

当时我们是如何探究的呢？

此时不少学生会想到：

在探究弦乐器的音调的高低与弦的长短关系时，是在控制了弦的粗细、弦的松紧相同时，仅仅改变了弦的长度，来分别拨动弦比较音调的高低；在探究弦乐器的音调的高低与弦的松紧关系时，是在控制了弦的粗细、弦的长短相同时，仅仅改变了弦的松紧，来分别拨动弦比较音调的高低；在探究弦乐器的音调的高低与弦的粗细关系时，是在控制了弦的长短、弦的松紧相同时，仅仅改变了弦的粗细，来分别拨动弦比较音调的高低。

从而得出弦乐器的音调的高低也是与弦的长短、弦的粗细、弦的松紧几个因素的关系。

这样学生很自然的类比联想到探究液体蒸发的快慢与液体的温度高低、液体的表面积大小、液体表面的空气流动速度的大小的关系时也应采用上述方法即控制变量法进行探究。

即在探究与液体的温度关系时先控制液体的表面积和表面的空气流速相同，改变液体的温度不同进行探究；在探究与液体的表面积关系时先控制液体的温度和表面的空气流速相同，改变液体的表面积不同进行探究；探究与液体表面的空气流速关系时先控制液体的温度和表面积相同，改变液体的表面的空气流速不同进行探究，从而得出具体关系。

运用类比的方法进行实验活动探究，不仅加深了学生对所学知识的理解，而且能很好的培养学生进行科学探究的习惯，进而能提高科学探究能力。

4类比教学法的不足

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。

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。

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。

参考文献

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[10]人民教育出版社物理室．物理[M]．北京：

人民教育出版社，2003：

120，121．

[11]人民教育出版社物理室．物理[M]．北京：

人民教育出版社，2000：

67，78．

致谢

衷心感谢我的指导老师黎昌金在论文的写作过程中对我的悉心指导，他严谨精细的治学态度，渊博的知识，孜孜不倦的工作热忱和诲人不倦的精神我将铭记在心！

他优秀的管理能力和开明、正直的作风也给我留下了深刻的印象。

感谢物电学院的老师对我成长的关心和帮助。

要特别感谢我的家人，他们是支持我前进的动力；他们的关爱使我对生活充满信心，勇敢地面对生活、学习中的各种压力；是他们才使我安心完成学业。

最后感谢图书馆、电子阅览室为我提供查找资料的场所和优质的服务。

声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得内江师范学院或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了说明并表示谢意。

本学位论文成果是本人在内江师范学院读书期间在导师的指导下取得的，论文成果归内江师范学院所有，特此声明。