物理教育畢業(yè)論文3

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

2、思維和創(chuàng)新能力。因此，學生能熟練掌握類比研究方法對其終身學習和發(fā)展都具有重要的意義。關鍵詞：類比方法，物理教學，思維創(chuàng)新物理學是一門基礎科學，是自然科學和技術科學的基礎，研究方法對于探索自然現(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”有助于學生把感到陌生的問題與自己熟悉的事物進行比較，使抽象的知識形象化、復雜的問題簡單化；它能幫助學生融會貫通所學的知識，提高學生分析、解決問題的能力，同時能較好的培養(yǎng)學生的邏輯思維和創(chuàng)新能力。因此，在教學中有意識的滲透或傳授類比方法，讓學生受到熏陶和訓練，使學生在潛移默化中掌握和運用類比方法以及鞏固舊知識。一、類比方法及其常見分類(一)什么是

3、類比法在物理教學中，類比法是科學研究中常用的方法之一，是通過兩個或兩類研究對象進行比較，找出它們之間相同點和相似點，并以此為根據(jù)把其中某一個或某一類對象的有關知識和結論，推移到另一個或另一類對象上，從而推論出它們也可能有相同或相似的結論的一種邏輯推理和研究方法。其結論必須由實驗來檢驗，類比對象間共有的屬性越多，則類比結論的可靠性越大。（二）類比法的特點類比法的特點是“先比后推”。“比”是類比的基礎，“比”既要共同點也要“比”不同點。對象之間的共同點是類比法是否能夠施行的前提條件，沒有共同點的對象之間是無法進行類比推理的。 （三）類比法分類根據(jù)不同的標準，類比法可以分為以下不同類型：1.根據(jù)類比

4、中對象的不同，類比可分為個別性類比、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、負類比和正、負類比等類型3.根據(jù)類比中的內容不同，類比可分為性質類比、關系類比、條件類比等類型4.根據(jù)類比中的前提和結論中的對象不同，類比可分為同類類比和異類類比等類型。 5.根據(jù)結論的可靠程度，類比可分為科學類比和經驗類比等類型。此外，根據(jù)對象的多少，類比還可分為完全類比和不完全類比等類型。二、類比法在物理學史上的作用物理學史上，常用的類比方法有等效類比、關系類比、協(xié)變類比、模型類比、對稱類比等。類比被譽為科學活動中的“偉大的引路人”， 是它首先推動了假說的產生?？档略f過：“每當理智

5、缺乏可靠論證的思路時，類比這個方法往往指引我們前進”。法拉第了解到奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能產生磁場后，就很自然地進行了逆向思考和對稱類比推理，通過探索、研究、實驗，終于發(fā)現(xiàn)磁場中獲得電流的方法，使電磁學得到突飛猛進的發(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)學形式的類比，運用協(xié)變類比法，他創(chuàng)造性地建立了電磁學方程，建立了完整的電磁場理論。三、類比法在中學物理教學中的作用學生往往習慣于形象思維，缺乏抽象思維和邏輯推理能力，因此對抽象的物理概念難于接受和理解。在教學中運用類比方法可以引導學生自己獲取知識；有助于提出假說，進行推測，有助于提出問題并設

6、想解決問題的方向；類比可激發(fā)學生探索的意向，引導學生進行探索，使學習成為學生自覺積極的活動，發(fā)展學生的思維能力。類比方法在中學物理教學中的具體作用主要有以下幾個方面：（一）降低初、高中物理教學 “臺階”的作用初中物理教學基本上是建立在形象思維基礎上的，它以生動的自然現(xiàn)象和直觀的實驗為依據(jù)，從而使學生通過形象思維獲得知識。初中物理中的大多數(shù)問題看得見、摸得著。進入高中后，物理教學便從形象思維向抽象思維領域過渡，其知識性、邏輯性、抽象性和應用性都要強，學生在學習時感到難以適應。大多數(shù)學生感覺由初中到高中物理學科的跨度比較大，存在著“臺階”問題。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

7、臺階存在的重要原因之一。在教學中做好新舊知識的同化可以減少學生學習的困難。教師應當在備課時細致捉摸高中教材所研究的問題跟初中教材曾研究的問題，在言語、方法、思維特點等方面進行類比，找出存在的差別和內在的聯(lián)系，明確新舊知識之間的聯(lián)系與差異，確定課堂教學中如何啟發(fā)與指導，使學生能利用舊知識來同化新知識，順利的達到知識的遷移。教學難點的突破，是教學中的一個重要環(huán)節(jié)。其突破方法是：先依托已經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題與類似的已知規(guī)律的物理模型或物理過程進行比較，找出其“相當”的物理量，然后直接套用有關公式，使問題順利解決決。因此，運用類比

8、法解決物理問題時，經常可以簡化求解過程。例 在學習電場強度e=f/q這個概念時，可以先復習部分電路的歐姆定律，對公式r=u/i ，在初中時，學生已經知道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，給導體加電壓的目的是為了檢測其電阻阻值的大小，對電阻即使不加電壓，它對電流的阻礙作用也是一樣存在的；電場中某點電場強度e是確實存在的一種物質，與在該點有沒有引入檢驗電荷、檢驗電荷的電性、電量等無關，它是由產生這個電場的電荷決定的。通過這樣類比，把學習電場強度的方法與學習電壓的方法進行同化，使學生容易接受新知識。（二）提高課堂教學效益的作用不同的物理知識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，對它們的研究所采用的物理方法也受其特征的制約。在中學物理知識在中，電磁學知識有一相同特征是其抽象性，因此在學習這部分知識時，常用它們與力學知識之間的相似性，采取類比法進行教學，可以收到事半功倍的效果。在平常的物理學習中，學生往往會覺得物理知識看得懂，也聽得懂，但做起題來就是容易出錯。究其原因，學生缺乏知識的系統(tǒng)化，所學的知識是零散的，沒有融會貫通，所以學習效果并不好。 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，形成知識體系，對學生的學習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，機械波電磁波光波-物質波的類比等等。運用類比法把相關的物理知識聯(lián)系起來，可以幫助學生理解、記憶、掌握這些相關知識，從而提高課堂教學效益。（三）培養(yǎng)學生的類比思維、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，教師在教學中應不失時機地引導學生對新知識進行恰當?shù)念惐龋プ≈R系統(tǒng)中同類要素的聯(lián)系，按照知識本身的結構規(guī)律通過類比遷移，不僅可以使學生以快速的獲取知識，深刻地領會和掌握知識，而且還能使學生產生一種對問題的敏感

11、性，迅速抓住問題的要害，找出解決問題的途徑，這對于學生形成思維能力、提高素質都有很大的作用。為了使教育面向未來，培養(yǎng)適應未來變革的人才，在加強基礎知識教學的同時，要培養(yǎng)學生善于從自然界或者已有知識中，尋找與創(chuàng)造對象相類似的東西，加以模擬，并創(chuàng)造出新的東西來。在運用類比方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力時，首先要讓他們了解類比方法在物理學的發(fā)展過程中經常起著啟示、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：盧瑟福通過粒子散射實驗知道：在原子中有一個僅占原子體積小部分(約十萬分之一)但卻具有絕大部分質量（99.97%）的核,而核外電子只有極小的質量；這種模型與太陽作為太陽系的核心，

12、它占有太陽系總質量的99.87%，但體積卻只占有大陽系空間的極小部分，而且原子核與電子之間的吸引力，以及大陽與行星之間的萬有引力，都遵從與距離的平方成反比的規(guī)律。于是他運用類比方法把原子內部的情況和太陽系的結構進行類比，太陽系是由處于核心的太陽和環(huán)繞它運行的一系列行星構成的，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原子核結構的行星模型假說。類比法可使知識條理化，它能分清概念和規(guī)律之間的相似和差異，從而發(fā)展知識的“空缺”，指引了研究的方向。中學物理最后介紹了基本粒子，現(xiàn)在基本粒子已達到幾百種，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，這正是當代科學家進攻的前沿陣地之一，這些問題的解決，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遠不夠的，它要經過反復的運用、訓練才能形成。因此，在教學中要挖掘素材，指導學生注意抓住相關現(xiàn)象的本質特征，教會學生用類比的方法進行思考，并用類比方法解決問題，學生經過一定的熏陶、訓練之后，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、直覺思維、形象思維等。 四、恰當運用類比方法進行教學（一）運用共存類比 簡單共存類比是以簡單關系為推理中介的類比思維。這種類比

14、最簡單，在引入新課時運用得最多，學生最容易接受。在高中物理教材中，引入磁場概念時便運用了簡單共存的類比思維。在教學中，充分發(fā)揮教材的這一方法，結合學生的實際情況進行教學。首先，把電場與磁場有關的相似屬性列出：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，可以類比推出磁極周圍也應存在磁場；由電荷間作用力不能直接發(fā)生，需要電場傳遞，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 - 磁場；由電場是一種物質，可推知磁場也是一種物質。 （二）運用類比教學，建立知識網絡，使知識條理化。隨著物理教學的深入、學生掌握的

15、知識逐漸形成網絡，這里有知識的橫向式拓寬，也有遞進式的深入，學生的知識和能力就產生了質的飛躍，學生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展也就寓于其中了。在這過程中，類比法是揭示這些知識內在聯(lián)系的好方法。（三）運用對稱類比 對稱類比是根據(jù)兩個對象屬性之間的對稱關系進行的類比。客觀世界中也確實存在著許多的對稱關系（例如：物體形狀或幾何形體的對稱性、正負電荷與南北磁極的對稱性、粒子與反粒子的對稱等），這也是進行對稱類比的基礎。在電磁感應的教學中，我列出電與磁的對應的特征：正負電荷與磁南北磁極相對應；電荷的相互作用與磁極的餓相互作用相對應；電場與磁場相對應。接著提出一個問題：電流有磁效應，也就是說“電”可以生“磁”，那么

16、，“磁”可不可以生“電”呢？根據(jù)電跟磁的對稱性，學生很自然地想到：“磁”應該也可以生“電”！。（四）運用性質類比是指對象各個屬性之間的關系僅僅在于它們都是同一對象的屬性例 人們依據(jù)聲現(xiàn)象的一些特性與光現(xiàn)象特性進行類比聲現(xiàn)象具有：光現(xiàn)象具有待添加的隱藏文字內容2直線傳播直線傳播反射反射折射折射干涉干涉波動的特性？所以光可能也具有波動的特性這一結論被后來的研究和實驗所證實（五）運用關系類比它是根據(jù)兩個對象各自屬性之間可能具有的相同因果關系而進行的類比推理例牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律，把天體力學與地上的力學統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了物理學發(fā)展史上的第一次大綜合，這其中就要應用關系類比的方法，高山上用力拋出的石頭，

17、初速度越大，則拋出越遠，如果速度足夠大，則石頭可能繞地球運轉而不落向地面，搖動系著繩子的石頭，則石頭可做圓周運動；而天上的月亮能作圓周運動，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，從而導致萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)（六）運用協(xié)變類比協(xié)變類比也稱數(shù)學相似類比，它根據(jù)兩個對象可能具有屬性之間的某種協(xié)變關系（定量的函數(shù)關系）進行的類比推理。也就是說：兩個對象有若干屬性相同或相似，并且在兩者數(shù)學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年提出物質波公式的推理過程：光具有粒子性和波動性，所以實物料子也具有粒子性和波動性：所以實物粒子也可能具有方程式

18、ehv，hmv，此數(shù)學關系式被1927年的電子衍射實驗所證實；庫侖在電磁學研究中從牛頓的萬有引力定律公式fm1m2r2中，聯(lián)想到電荷之間的相互作用力也應遵從fq1q2r2這一基本的電作用規(guī)律，于是就把庫侖力的定量關系類比于萬有引力公式，而得出fq1q2r2。五、運用類比法值得注意的幾個問題（一） 正確對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：由類比所得出的結論都具有一定的或然性，有時會出現(xiàn)錯誤。從兩個對象之間在某些方面的相同或相似，并不一定得出它們在其他屬性方面也必然相同或相似的結論。我運用類比方法時都注意到這個問題。（二）防止機械類比 應用類

19、比的首要問題就是研究兩類事物的可比性，即使是兩個可以進行類比的事物，也不可能所有屬性處處相似，點點對應。它們之所以是兩個事物，必存在差異性。在進行類比時，有時要告訴學生兩事物間哪些方面可比，哪些方面不可比，避免機械類比的錯誤。對本身就比較直觀，與生活聯(lián)系較緊的物理概念與物理現(xiàn)象等，沒有必要非用類比，用了反倒顯啰嗦，沖淡主題，使教學重點得不到突出。 （三）要有針對性 教學中類比要用得好、用得巧，必須具有針對性。即：（ 1 ）針對不同的學生選用不同的類比材料。（）要針對物理教學內容和目的。如果教學內容比較抽象，呆板。適于運用一些較輕松活潑的類比。如果教學內容具有較嚴密的邏輯性，與前面的知識有些必然的聯(lián)系，運用類比比較合適（如重力場和電場的類比）；在進行單元或總復習時運用系統(tǒng)類比將會收到較好的效果。（）要針對課堂氣氛。在課堂教學中，如果學生的注意力