“类比”的艺术

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ReganCai
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  “类比”是借助于事物之间的相似性,通过比较将一种已经掌握的特殊对象的知识推移到另一种新的特殊对象的研究方法.运用类比方法进行教学有助于学生对新知识的学习,它能帮助学生寻求思维的线索和方法,发展学生的思维能力.类比法在教学中的诸多方面均有应用,下面简要介绍在概念与规律的教学中运用类比艺术进行教学的方法.
  1 运用“类比”理解概念、掌握规律
  概念与规律构成了物理学的主体.教学中,若采用“类比”教学,能使学生把已有知识和生活经验迁移到所学内容上,从而使思维有了日常生活经验的依托,易使生疏的概念与大脑中原有知识发生同化,达到降低思维梯度的目的.
  如在欧姆定律的教学中,首先应使学生明确本课要研究的问题是:怎样通过实验研究某一段电路中的电流跟它两端电压和导体电阻三个量之间的关系.因三者关系比较抽象,学生没有旧知识和生活经验做依托,由此形成教学上的难点.教学中,可把电流与水流进行类比,即用水压类比电压;用水管对水流的阻力类比导体的电阻.则水的流量:(1)当这段水管的阻力一定时,水压(水位差)越大,水的流量就越大;(2)当水压一定时,水管的阻力越大,水流就越小.通过类比,引导学生“猜想”: (1)在导体电阻不变时,导体中的电流可能跟导体两端的电压成正比;(2)在电压不变的情况下,导体中的电流可能跟这段导体的电阻成反比.因采用了“类比”与“猜想”,把学生的思维活动逐步引导、启发到高度的激发状态,在此基础上因势利导,提出以上只是猜想的可能结论,正确与否还需通过检验.引导学生从实验方法出发设计得出R一定时I与U成正比;U一定时I与R成反比的结论.由此验证了“猜想”的成立,使学生得到了成功的体验.最后再对结论进行归纳和概括,得出欧姆定律的数学表达式
  2 运用“类比”定义物理量
  物理量是物理学的基本内容,分基本量和导出量两大类.基本量易被学生接受,而绝大多数的导出量需用一定的数学知识经推理后导出,这对于正由形象思维向抽象思维过渡的初中生来说,显然构成了学习上的难点.
  为此在讲解密度、比热容和电阻等导出量时,一般采用比值法.比值定义法具有两个特点:(1)凡用比值法定义的物理量,在一情况下,其大小均由被描述的物质本身的某些属性所决定,而与量度它的量无关.如物理的密度ρ只由物质的性质决定,而与量度它的m和V无关;在一定范围范围内,物质的比热几乎是不变的.一杯水和一桶水,虽然其质量m、吸收或放出的热量Q及温度的变化Δt有很大的差异,但它们的比热容c却是相同的;(2)一般情况下,用比值法定义的量,它的定义式只是它的量度式而不是其决定式.如导体电阻的定义式R,对于金属导体在恒温情况下,不论用来测量电阻时所加的电压值如何变化,比值均相同,即R不依赖于U的选取而变化,其大小由导体本身的材料、长度、横截面积决定.正是因U与I有相应的正比关系,才使其比值反映出导体的这一电学特性.从而使学生掌握R的值与导体的工作状态无关的规律,认清当U=0或I=0时,导体的电阻不为0,仍为原值的道理.在此基础上要把数学中的正比关系进行类比,并重点指出两者的区别,为以后学生处理习题打好基础.教学中重视用类比的方法定义物理量,把处理类比“比值”的思维方法有意识地传授给学生,使其能把处理方法相同而意义不同的概念形成过程进行类比.突出了在处理方法上比同,在概念的内涵与外延上比异,可加强学生接受信息的强度,提高教学效果.
  3 运用“类比”消除模糊认识
  初中物理知识中,有些概念和规律很相似,但在本质上却有极大的差异.由于相似,使学生在记忆,储存上发生,提取应用时导致错误.为消除模糊,教学中运用类比,可使相似概念之间形成极强的反差,帮助学生在头脑中建立稳定、清晰的神经联系,增强记忆效果.
  如凹面镜和凸透镜在对光线的会聚上极为相似.教学中将其进行类比,指出其共同点,都对光线有会聚作用,形成实焦点;区别是前者遵循的是光的反射定律,焦点与入射光均在镜的同一侧.而后者则遵守光的折射规律,焦点与入射光在镜的同一侧.温度、热量和内能这三个相似且易混概念,运用类比归纳,找出其间的联系与区别.联系是:在热传递过程中,一个物体温度升高时吸收热量,内能增加;反之亦然,联系三者的纽带是“热传递”.其区别共有三点:(1)概念不同,温度表示物体的冷热程度,本质是物体中大量分子无规则运动的剧烈程度,内能是物体中大量分子做无规则运动的能量的总和,热量则是物体内能变化的量度;(2)三者的单位不同;(3)热量只有在热传递过程中才有意义.
  4 运用“类比”处理相关的问题
  初中物理教材中,有些知识的关联性很大,若用类比法讲解,能使学生建立各种联系,形成小的知识网络,起到记忆、存储,提取得心应手,便于知识整体或部分的有效正向迁移,增强学生驾驭知识的能力.
  例如交流发电机与直流发电机在构造与原理上极为相似,讲解时要突出其差异,把“滑环”与“换向器”的不同作用进行类比.使同学在头脑中建立起清晰的物理表象,即交流发电机和直流发电机在线圈中产生的都是交流电,当其通过滑环输出时外电路得到交流电;通过换向器输出时外电路得到的直流电.“二力平衡”与“相互作用力”的类比,其共同点是两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上.两者差异上:平衡力是两个力作用在一个物体上,其效果是使受力物体保持原来的运动状态;而相互作用力是两个力分别作用在不同的物体上,其效果是使各自的对方改变运动状态或发生形变.[HJ1.35mm]
  5 运用“类比”减少数学知识迁移过程中的错误
  物理教学既要充分培养学生运用数学知识解决物理问题的能力,又要使学生注意物理条件的特殊性和局限性.教学中运用类比,可使学生在运用数学知识解决物理问题时注意物理条件、特殊性和局限性.
  例如物理上的正、负与数学上的正、负其意不尽相同.数学上是根据量的相反意义来决定正负的,特点是抽象简明;而物理上则是联系了物理本身的特定含义来确定其相反意义的,因此比较复杂.如用正、负号表示正电荷和负电荷、表示电源的正极和负极;温度的高低等均不能简单地套用数学上的关系去考虑.数学上的等式和物理上的等式意义不都相同.
  一定的数学关系跟形式相同的物理公式所包含的意义有时是不同的.每一个物理公式都表示了一种物质的运动规律,提示了各物理量之间的内在联系,即物理定律的成立是有条件的.而且数学上的合理解答结果在物理上并不一定是合理的.
  比较以上三种方法,可引导学生从不同角度思考问题,用不同方法去解决问题,同中比异,往往能找到解决问题的最佳方法,使不同程度的学生在几种方法的对比中找到更适于自己思维方式的解题钥匙,加深对各部分知识的理解,搞清知识间的内在联系.
  “一题多变”是通过在原题的基础上增加待求未知量,改变问题的条件,变换角度提出新问题,来提示不同物理现象和规律之间的有机联系,可帮助学生克服思维的单一性和狭隘性,增强思维能力,达到调动学生思维的目的.
  例如:在盛水的杯子中浮着一块冰,当冰完全溶解后,杯中的水面应怎样变化?为什么?在启发学生正确回答本题后,以原题为中心“四方扩展”.如扩展问题:(1)若冰中有个气泡,水面是否会下降?(2)在冰的溶解过程中,杯底所受的压强怎样变化?(3)在冰溶解的全过程中,水温怎样变化?
  这样在原题的基础上加以适当变化,不仅可调节学生思维活动的指向,也可引导学生学习物理向着“认识清、理解深、思路明、联系广”的方向发展.扩展后的新题与原题的“类比”,联系前后知识形成知识网络的能力,对培养学生思维的变通性也将大有益处.
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