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前文已经详细分析了类比法在生物化学和分子生物学教学中的优势,那么,具体在教学过程中应如何操作?下面将进行具体阐述。
2.1了解类比教学的特点,挖掘教材的类比因素。在具体的教学实践中,教师所能运用的类比例子并不多,这需要教师在备课的时候有意识的发掘各种能够进行类比教学的因素,否则,仅仅凭借上课时的灵感,随便举例、打比方,这样的类比教学是不科学的,对课堂效果只会起到相反的作用。因此,对于教师而言,应当深入了解类比教学的特点,形成系统科学的类比教学的相关知识,在对两种事物进行类比分析时,不要拘泥于事物之间的颜色、形状等表面属性的相似性的比较,更应对二者的结构、功能进行仔细推敲和分析。对于挖掘出来的类比关系,也不能随意使用,需用讨论和反推等方式进行合理验证,保证在教学过程中所使用的类比教学方法的科学性和严谨性。
2.2科学使用类比教学法,提高教学的科学性。在生物化学和分子生物学教学过程中使用类比法进行教学,不仅仅是一种教学方式和手段的变化,更要求教师对这种教学方式有更深入的了解,在教学过程中科学的使用,充分体现类比教学的优势地位。在课堂上,教师要清楚的呈现两类知识之间的类比关系,对二者的性质、结构、功能等作出详尽的讲解,帮助学生梳理二者之间的相似性与相异性,使学生更好的理解和掌握知识,能够做出基本的判断和推理,做到举一反三,触类旁通。同时,在教学过程中,可以鼓励学生自己提出类比关系,对他们所提出的类比关系进行讨论,分析类比的可行性和科学性,对于错误的类比关系做出纠正和进行重点讲解,对正确的类比关系做出鼓励,这样可以加深学生对类比因素的了解,让知识掌握的更加牢固。
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比如计算机开机,内存可存储信息;断电,内存中的信息消失。最恰当的比喻就是教室中的黑板。上课前,黑板是空的,上课时教师在上面写下许多信息,下课了黑板上的内容就被值日生擦掉了,以便下一节课再次使用。黑板上有重要的内容,我们都会及时地记到本上,需要时可翻阅。书本正像是磁盘。所以我们上课时记笔记就和常说的 “ 存盘 ” 是类似的。教师如何安排和书写板书、何时引用教案、何时嘱咐我们记笔记 ---- 这就是如果我们有兴趣就可以深入了解的 “ 内存管理 ” ,于是学生就很轻松地记住了该知识点。
比如在讲解“资源管理器”时,可以作如下内容的对比。计算机中的文件其实与现实中的文件只是形式的不同,本质上是一样的,它们都是信息的载体。同样,目录(或文件夹)类似档案袋,磁盘类似于文件柜。在现实生活中,我们要填写许许多多的表格,尤其是学生每逢毕业时。这些表格其实就是文件。填好后,它们被分班装在档案袋中,这些档案袋又被分类存放在文件柜的特定位置上。关上文件柜的门,里面就存放了大量的信息。如果文件很重要,我们会把它们放在特制的柜子中,并把柜子加锁甚至加上密码装置,这就成了保险箱。那么两者都牵涉到文件管理,我们来看一下:启动资源管理器,我们就相当于打开了文件柜的门。传统文件柜的分格、分层结构在这里变成了资源管理器窗口左边的树形结构。用鼠标到处点一点,并注意资源管理器窗口右边相应的变化。我们发现:资源管理器大于或等于文件柜。因为资源管理器比文件柜功能更强大,使用更直观更方便;驱动器相当于文件柜的某一层。文件夹相当于文件袋。它们看起来模样都差不多,所以也都有容器的功能。正如大文件袋可以装小文件袋、小文件袋可以和文件混放在一个更大的文件袋中一样,文件夹中也可以有文件夹,某一文件夹也可同一些文件混在一起放在另一个文件夹中。计算机的文件管理的层次结构这样就了然于胸了。
比如文件的操作:文件放的位置不妥,可用鼠标拖到我们认为合适的地方;文件不要了,我们可以删除,配合类似于废纸篓的回收站,还可以“捡回来”;我们可以用专用软件把计算机中的文件加密,无关的人打开文件就会看到所谓的 “乱码”,这和现实中的记载重要信息的密码文件一样的。电影中地下工作者用药水把纸上的文字隐去或把文件藏在文件柜的夹层中不让人发现,在计算机中最简单的方法就是把文件赋予隐藏属性,一般人是找不到的。如果设置了开机密码,那么我们存储大量文件的计算机就相当于一个保险柜了。
再比如在环球信息网上检索信息:利用搜索引擎查找网站和网页可以使用分类导向法和关键字查找法。可以比作是在图书馆查找图书:我们可以按照所查图书的类别一步一步的细化直至找到图书就非常类似于分类导向法。我们也可以按照书名的笔画或拼音找到图书就类似于关键字查找法。每一种查找方式各有优缺点:通过类别细化查找比较慢,但能够查到相关、相近的其他书籍,对大范围查找经常用到;书名查找比较快,但不能查到相关或相近的其他图书,便于准确查找;因特网上使用搜索引擎也是一样的。这样同学们就能比较容易的掌握使用搜索引擎的方法。
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高中数学知识对于学生的思维能力要求较高,学生要学会观察数学知识中的规律,寻找到解决问题的方法。类比推理对于学生的思维发散具有帮助作用,提高了学生学习的境界。在高中数学的学习当中,应当掌握类比推理的方法,在已有的知识基础上,对新的问题进行合理分析,通过找相似发现内在规律。在数学教学中,教师应当合理使用类比推理的方法进行教学,并且让学生掌握这种方法。
一、类比推理的基本内涵
随着素质教育的不断深入,新的课程标准对高中数学做出了明确的要求,规定要加强培养学生的类比推理能力。所谓类比推理,就是在数学的解题环节,通过对比发现两方面知识具有共同点,其中一方面的知识已经掌握,只需要根据已知规律推断出另一方面知识的规律。将这种方法应用到高中数学教学过程当中,能够提高学生学习的热情,激发学生的思维,帮助学生准确的发现解题的关键。但是在高中的数学教学实践当中,很多教师在应用类比推理法时存在一定的问题,类比对象不合适,推理的结果不正确等。
二、类比推理法的应用
1.在数学概念教学中运用类比推理
在高中数学当中,数学概念是最为基础的知识,而且贯穿于高中数学学习的整个过程。要掌握数学的基本概念,就要学习基础数学知识,对基本的技能进行训练,这同时也是有效实施数学素质教育的方法。在新的教学理念下,教师首先需要让学生对新知识有个基本感知,这样才能够让学生在后学的教学过程中更好地理解教学内容,所以感知过程的设计要非常合理,这样才能有效地提高教学效率。例如:在讲授等比数列概念时,应该引导学生回顾等差数列,并且让学生明白二者之间有着一定联系,这样学生在学习等比数列时可以依照等差数列的知识对其进行分析。然后,可以采取设置相关问题的方式将等比数列的概念导入,这样的导入方式必定能够调动学生学习的积极性,促使学生能够进行主动探究。这样的教学方式,不仅让学生温故了等差数列知识,同时也轻松的学习了新的概念,锻炼了学生类比分析的能力。
2.在命题教学过程中应用类比推理
在数学命题教学中使用类比推理方法,也能起到较好的教学效果。比如这样的案例,存在直角三角形ABC,其中的两条边a,b相互垂直,那么根据勾股定理:a2+b3=c2。通过对平面勾股定理的类比推理,研究三棱锥地面面积与侧面面积之间的关系,可以得出当三棱锥的三个侧面中两两互相垂直时,侧面面积的平方和与地面面积的平方相等。通过这样的类比推理,学生能够看到类比推理方法在研究数学命题时可以提供比较独特的思路。所以,在高中数学教学当中,教师要培养学生类比推理的意识,只有具有了意识,掌握了类比推理的方法,才能够在解决数学问题的时候更加得心应手,不仅加深对已有知识的掌握,同时还能够快速理解新知识,让自己的知识体系规范,培养学生的创新能力。
3.在高中数学解题教学中应用类比推理
在数学教学过程中,学生很多知识的掌握都是通过解题实现的,通过解题,学生的数学能力能够得到有效地检验,因此在数学中,解题是非常重要的教学环节。类比推理不仅是一种知识到另一种知识的推理形式,同时也是对未知问题进行预判,根据预判建立解题思路,进而不断对预判进行验证,最终解决问题的有效手段。使用类比推理的手段在解决高中数学中的问题,不能能够发现问题的根本,让学生有解决问题的思路和方法,而且对于学生的思维和创新能力是很好的锻炼。三、结语
类比推理在高中数学教学中是一个非常有效的方法,不仅能够帮助学生快速掌握解题的规律,而且开阔了学生的思维。在高中数学中应用类比推理时,可以在讲授数学概念时使用,帮助学生快速理解。在解题时使用,为学生提供解题的思路和方法,在命题教学时使用,丰富了学生的知识体系,培养了学生的创新能力。
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随着社会经济的发展,计算机的应用日益普及,绝大部分普通中小学校、职业学校都相继开设了计算机课程。而许多软件、操作平台为英文界面,很多命令也是英文形式,这给基础普遍较差的职业学校学生的学习带来许多不便,容易使学生失去学习的信心与兴趣。虽然这几年大力开展课堂改革,随着教学观念的更新,新的教学方法不断涌现,但如何对其进行筛选、提炼和创造性地运用呢?需因人、因课而异。为使学生摆脱困境,增强学习兴趣,提高教学效果,我经过多年的计算机教学实践,感觉在计算机教学中应用类比联想法效果不错。
一、类比联想法教学法的特点
类比联想法是指当某一材料或事物和另一材料或事物有相似之处的时候,往往由这一材料或事物可以引起对另一材料或事物的联想。
类比联想法教学法就是在教学过程中找准类比点,把抽象难懂的教学内容,运用日常实例打比方,使之具体、生动、形象,同时对知识内容展开联想,由此及彼,由表及里,由已知到未知,将知识化难为易,以活跃课堂气氛,增强学生的学习兴趣,开发学生的智力与创造力,提高教学效果的一种教学方法。
类比联想法具有独特的教学功能,它不仅生动形象,而且富有吸引力和感染力,很适合中小学生正处在身心发育的重要时期。他们的抽象思维能力相对较差,形象思维能力较强。而类比联想教学方法就是运用日常工作实例,提供直观、生动的感性材料,化抽象为形象,化呆板为生动,能把较难的问题变得通俗易懂,从而增强学生的求知兴趣与信心。展开联想,就是让学生学习新知识时,回顾已学的旧知识,将新旧知识联系起来进行类比,使学生用旧知识学习新知识的同时,加速新旧知识的融会贯通,从而培养学生对知识的迁移能力。利用联想,学生能由此及彼,举一反三,对培养学生抽象思维能力是颇有益处的。
二、类比联想法在教学中的应用
1、讲解计算机的名词术语时运用类比联想法
学习机算机就不能不学计算机专业术语,但是有些术语比较难以理解,如果采用类比联想法,就可以在日常生活中找到类比事物,从而化抽象为形象,弱化机械记忆而增强理解记忆,提高教学效果。如:
(1)讲解总线的概念时,我们可以先假设计算机内部有A、B、C、D四个组件必须相互传递的数据。如果这些传输都使用单独的一组传输线路,这样整个电路就要有AB、AC、AD、BC、BD、CD六组线路,如下图所示:
如果采用公共线路,可以改为右图结构,这样整个线路就简单多了,并且设备或组件也容易添加或减少。这个公共线路,就是计算机里讲的总线,用英文字母BUS表示,联想公共汽车的英文单词也是BUS,可以与总线(BUS)进行类比,总线(BUS)的角色同日常生活中的公共汽车(BUS)一样,乘客(数据)都能乘坐它到达目的地,也理解了为何要有总线这个结构与概念。
(2)讲解网络数据传送方式的几个概念运用类比法
在我们的日常生活中有很多例子与网络数据的传送密切相关,只要利用好这些学生已有的经验,就可以很好地解决计算机网络教学中的许多概念理解问题。
①单工是指数据仅能单方向传送。例如:我们在家中看的电视节目,你无法传送数据到电视台,只能电视台单方向传送画面、声音到我们家中。②半双工是指数据能作双面的传送,但是双方无法同时传送数据。我们可以用无线电对讲机来类比,没按任何按健时,处于接收状态,可以接收信息,不能发出信息,一旦按下发话按钮便立刻转成发话状态,此时不能接收来话,只能发送信息。③全双工是指数据可以同时作双向传送。可以用家中使用的电话来类比,在我们听对方讲话的同时,也可以发话给对方。
2、讲解计算机重点难点知识时运用类比联想法
目前计算机类的考试中,考试的知识面较广,知识点较多,而且还有些知识点较陈旧,但在考试中又至关重要。如DOS系统知识、WINDOWS目录结构等。如果采用一般的教学方法,学生一般较难理解和掌握这些重点和难点知识,但是,如果采用类比联想法来进行教学,则会变得简单易懂。
(1)讲解DOS系统的目录管理机制这类重点内容时,可以认为DOS管理目录与文件是采用树型目录进行的,根目录相当于树根,子目录相当于树枝,文件相当于树叶。这样把较难学的内容,通过类比,使问题形象、现实、通俗化。 又联想到日常生活与计算机中有许多地方采用这种树型结构,如企事业管理、人类家族的繁衍等。又如网络上利用工作组来为计算机分类的方式,其实和文件管理中使用的目录概念很相似,只不过工作组是一群计算机,而目录是一群文件的集合罢了。
建立了这样一种概念与模型后,我们可以让学生用TREE命令来显示磁盘目录树结构。讲解TREE的参数/F时,TREE C:\命令的功能只显示目录,不显示文件,可以用“冬天里的梧桐树”来形容(因为冬天生的梧桐树没有叶子,只有枝条);TREE C:\/F命令功能,显示目录及其下面的文件,可以用“春天里的梧桐树”来形容(因为春天生的梧桐树既有枝条,又有叶子)。这样把抽象的理论知识与生活实例有机结合,讲起来生动形象,使学生在潜移默化中感受、领悟新知识,教学收到事半功倍的效果。
(2)计算一个点阵汉字字模占用存贮空间这类难点内容时,与在毛衣上编织图案进行类比。如计算一个16*16点阵汉字所需存贮空间是多少?方法是,一个汉字占16*16/8=32个字节。学生一般难以理解,觉得抽象。这种情况下,有的教师要求学生死记公式,这样就给学生加重了记忆负担,过一段时间又忘了学的东西。而用类比联想法教学能把问题讲清讲透,让学生知其所以然。如果在毛衣上编制图案,需要一针一针形成,虽然有些地方没有图案,但是总是不能空着的。这样,如果一个图案横竖都编制了16针,那么总共编制的针数就为16*16。相应的,在计算机中二进制一个0或1占用一个位(bit),16*16点阵共有16*16个位,则计算方法为一个汉字占用16*16/8=32字节(byte)的道理就一目了然了。
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一、类比迁移教学法的理论意义
现代的教学理论认为,有效的学习是将新知识与旧知识进行合理的链接,并且各种知识点之间有效的分类的过程。因此,在现代的教学过程中,衍生出一种类比迁移的教学方法。此种方法是在学生原有的认知水平之上,进行知识的类比,从而帮助学生建立起有效的知识体系,更好地理解和掌握所学的知识。同时,在类比和迁移的过程中,以学生的角度进行问题的设置,能够减少学生对新知识的陌生感,学习兴趣被有效的激发,能够更加积极主动地参与到教学活动中,提高学生学习的自主性和问题的思考能力,进而全面培养学生的综合素质。
二、在大学语文教学中进行类比迁移教学的现实价值
首先,对于大学语文教学来说,不仅是对学生进行语言文字和写作能力的训练,更重要的是培养学生的分析问题和解决问题的能力。通过类迁迁移的教学方法,学生不仅能够更好的学习新的知识点,而且思维得到了训练,能够从某种事物联系到另外的事物上,学到了一种思考的方法。在未来的学习工作中,面对问题能够从容不迫,更好地分析问题、解决问题。
其次,类比迁移法在教学过程中,给学生提供了思考的空间。对于一些生涩的文章,隐含的情感,通过此种方法的讲解,学生内心形成更为生动形象的画面感。可以帮助学生提高文学作品的鉴赏能力,提升学生的文学素养。
最后,通过在语文教学中进行类比迁移法的展开,学生对大学语文的学习有了更加深入全面的认识。在类比迁移教学实施过程中,教学内容可以实现横向、纵向的延伸和比较,学生还可以将所学知识的一些特性转移到其他知识上,有利于新旧知识之间的链接,并且使旧的知识得到升华。学生的语文学习更加系统化,教学效率得到质的提高。
三、大学语文中进行类比迁移教学的建议
为了培养语文学习兴趣,提高学生的综合能力,很多教师应该对类比迁移教学法都进行过深入的研究,取得了良好的教学效果。因此,笔者从理论上进行分类,分别分析常用的横向比较、纵向联想等类比迁移的方法,现总结如下:
1.横向比较与拓展
教育专家曾经明确的指出,比较学习是进行阅读学习的有效方法。在语文教学的过程中,面对新的知识,学生往往觉得生涩没有意思,提不起来学习兴趣,最多也就是读读课文,很少进行独立的思考。而教师通过类比的方法,可以举一反三,激发学生的想象力,使学生愿意思考和分析问题。通过在阅读中进行比较,我们可以存在类似的表达、主题和思想,同时也可以在同一类型的文章中寻找不同的写作技巧和描绘方法。在同中见异,并在异中求同,激发学生的学习兴趣,帮助学生自主的发现问题,提高学生的自主学习能力。
在大学语文教学中,我们通常会遇到许多的文章,有古文古诗到小说诗歌,涉及的题材十分丰富。在这种情况下,学生很难把握学习的重点。而教师可以通过进行教材的分析,寻找教材之间的相似点,进行横向的比较,引导学生运用类比的方法,进行合理的想象和知识的迁移,引导学生更好地理解新的知识。横向比较的方法不仅可以使学生对旧的的知识进行复习回顾,而且可以通过联想生动的进行新的知识的解释,开拓学生的新视野,训练学生的思维。
2.纵向联想与沟通
相关的理论指出,在任何学科知识中,各个知识点之间并不是孤立的,而是相互联系共同形成特有的知识结构的。对于大学语文来说,各种文体、语言、表达写作方面的知识,纵横交错十分复杂。作为教师,应该将所有的教学进行合理的归纳,在一个较高的角度对知识进行梳理,使知识更加的清晰明了。而在语文教学的过程中,应该认识到新知识是由旧知识发展和延伸形成的,合理的借助类比迁移的方法,梳理新旧知识发生的关系,提出知识的不同,在原有的知识上进行新的知识的学习,使学生形成一个清晰的知识体系,帮助学生更好的理解新知识和掌握新知识,并且巩固旧的知识。
因此,纵向的进行知识的类比,就是寻找新旧知识的联系,在旧知识的基础上进行信息的重新组合和延伸,以形成的知识。通过类比的方法,使得旧知识和新知识之间建立清晰的知识脉络,以帮助学生更好更快地掌握新知识。并且,在此种教学方法下,学生可以进行合理的联想,进行掌握学习的方法,拓展知识视野和提高文学欣赏品味。
3.纵横交织,整合学习
为了促进语文教学的效率,使学生的思维更好的训练,在实际的语文教学过程中,教师应该对知识进行综合分析,进行横向和纵向类比方法的整合。相关教育专家指出,为了提高知识的学习效率,应该寻找相同的例子,加深学习的迁移效果。而孤立的知识点容易被遗忘,为了深化记忆,应该将知识进行系统的整合,帮助个体更好地理解与掌握知识。在实际的教学过程中,教师应该对知识进行纵横组合。首先,站在学生的角度,对于具体问题进行深入探究,引导学生横向的联想和纵向的沟通,更好地将知识链接成网,帮助学生融会贯通的进行语文的学习,提高学生的学习效率。
综上所述,类比迁移的方法不仅为教师提供了高效的教学方法,而且在一定程度上可以培养学生的思维能力,促进学生的知识学习和思维的锻炼。
参考文献:
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类比法便是作者在教学过程中经常使用的教学方法之一。所谓类比法是指在新事物与已知事物之间具有类似方面作比较并加以迁移的逻辑推理和科学研究方法。在材料成型理论课中,许多自然科学的理论在我们日常生活中经常遇到,只不过我们平时没有注意其中蕴藏的道理,所以在学习自然科学方面的课程时也不能与我们日常生活的事情结合起来而感觉到学习的知识枯燥、抽象,进一步失去了学习的兴趣和乐趣。下面谈谈类比法在材料成型理论课各个知识点教学过程中应用的一些例子。
一、金属晶体中原子规则排列与队列的类比
晶体的原子在空间上是按规则的几何图形排列。这个规律是用来区别非晶体结构材料。金属晶体中原子的尺度很小,以埃为单位(1埃=103nm)。金属晶体的微观结构,需借助高端的检测设备,将其放大几十万倍,甚至一百多万倍才能分辨出原子。如何才能让学生了解晶体原子具有规则排列规律呢?这里我们可以将军队队列训练时,方正里士兵的规则排列进行类比。每排对齐,每列对齐,每条斜线对齐。每个士兵在方正里都有固定位置。队列在弯曲的公路上行走时,这个队形就会呈现不同的形状。这个过程与金属在模具中进行塑性流动很类似。经过这样的类比,学生就能很容易理解金属中原子排列的规律性以及金属在外力作用下可以进行塑性变形的流动。
二、液态金属中的非均质形核与雨滴的形核类比
所谓非均质形核就是原子或分子依附在液相中某种固体表面(外来夹杂物或容器壁上)形核的过程。这个概念实际上已经包括了空气中雨滴的形成条件,以及人工增雨的原理。由于平时大家对生活中的事物没有过多的加以思考,所以没有与自然科学原理联系起来。实际生产中,液态金属在进行结晶时都是按照非均质形核进行结晶。因为非均质形核所需要的过冷度下,临界形核功小。结合这个理论,我们就可以理解当空气中粉尘(外来质点)较多,湿度较大(水分达到过饱和状态)时,就很容易下雨。同理也可以理解为何在人工增雨时需向天空中打催雨弹,其实质就是增加空气中雨滴形核的外来质点。
三、有关温度对液态金属流动性影响的类比
液态金属的流动性实际受粘度的影响。温度的升高主要是降低了液态金属的粘度(在保证不吸气和金属液不被氧化的前提下)。粘度实质是反映液态物体中物质相互移动的内摩擦力大小。粘度越大,液态物体就越不容易流动。可要理解这个概念是比较困难的。我们可以通过铺设沥青公路的操作来解释。在铺设沥青公路时,首先是将固态的沥青放在一个桶中加热熔化,熔化后的沥青就具有足够的流动性并能顺利地与砂石及其它添加物进行混合,然后再将混合物铺设在公路地基上。沥青在加热后熔化并具有足够流动性的原因就是大分子碳氢化合物在加热后支链活动能力增强并舒展开去,减少了大分子与大分子之间相互移动的阻力,同时主链的活动能力也增强,也是其流动性增加的原因之一。液态金属随温度升高,流动性增加也是因为金属原子间距增加,活动能力增强造成粘度降低的缘故。通过类比,学生就很容易对这个问题进行理解。
四、晶体生长平面的宏观与微观类比
液态金属在凝固过程中固—液界面结构最终决定晶体的生长形态。当固—液界面是平面形态时,晶体长成平面晶;当固—液界面凹凸不平时,晶体长成胞状晶,甚至发展成树枝晶。在这里,固—液界面是在宏观层面上来区分其结构,其尺度是以微米为单位。当固—液界面从微观层面,即原子尺度上区分时,划分为粗糙界面和光滑界面。此时我们能够看到原子的排列结构。微观的固—液界面结构是由不同的材料性质决定的。金属材料大多以粗糙界面结晶,有机物及无机非金属材料大多以光滑界面结晶。通过固—液界面宏观与微观的对比,我们就很容易了解它们的应用场合。
五、液态金属中气泡与水中气泡的类比
液态金属中气泡的上浮速度可用斯托克斯公式(如下式)进行解释。从此公式我们可以看出,液态金属中气泡的上浮速度与液态金属的密度p1与气泡的密度p2之差成正比,与气泡半径r的平方成正比,与液态金属的粘度%`成反比。但如何才能形象地了解到公式中各参数对气泡上升速度的影响呢?这里我们可以用水中气泡的上浮速度进行类比。
斯托克斯公式同样适用于水中气泡的上浮过程。当我们向清澈的池底丢一石头时,在池底会激起一些气泡,这些气泡由于密度比水的密度轻而开始慢慢上浮。随着气泡的上升,气泡变得越来越大,同时气泡的上浮速度也越来越快。当气泡上浮到水面时,会以一个大气泡的形式而爆裂在水面上。产生这个现象的原因完全可以用斯托克斯公式进行解释。气泡在池底产生时,由于气泡周围的水压大而造成气泡长大缓慢,同时气泡半径也小,因此上升速度小。随着气泡的上升,其周围的水压减小,气泡内外压力不平衡而造成气泡长大,由于气泡半径的增加促使其上升速度增加。气泡离水面越近,其周围水压越小越有利于它的长大和上浮。最后,一个大气泡以很快的上升速度爆裂在水面。需要注意的是水的粘度比液态金属小,更促进了气泡在水中的上浮。
六、各种连接方法的类比
在我们的生产、生活中连接方式或方法无处不在。但当我们接触到这些事物时,是否对这些连接的方式进行过思考和对比呢?可能大多数人对这些情况都没有认真去思考过。那我们遇到的方式有哪些?它们有何区别?各种连接方式又在哪些场合适用呢?
根据连接的性质,通常可以分为机械连接、焊接、胶接这三类。机械连接包括螺纹连接、销连接、键连接等,这种连接方法的优点在于各个零部件能进行拆卸及重新组装,这便于我们机器的安装和维修,它的缺点是涉及的零部件多,需要加工,连接的强度没有焊接接头高(相同尺寸情况下)。焊接是通过冶金结合的形式将两分离的物体在接合处连接起来的方法。它的优点是连接强度高,连接工艺灵活(由简单件连接成复杂件),同时可以实现不同材料的连接;它的缺点是连接处不可拆分,接头处存在应力,工件容易变形、开裂。焊接往往适用于钢材料的连接,在机械、汽车、火车、轮船,石油化学、航空航天等领域都大量使用。胶接是通过粘结剂的物理化学反应将两分离的物体在连接处连接起来的一种工艺。胶接的优点是适用于各种材料的连接,它主要的缺点是接头处强度不高,还有在粘结前需对接头处进行处理,接头寿命短。胶接主要用在受力不大的场合进行连接,像修补轮胎、书的装订,裱贴,零件表面的修复,塑料管道的连接等。
总之,通过类比可以将书本上抽象的、复杂的问题简单化、直观化,用熟悉的事物去理解未知的事物,有助于学生的消化、理解,同时也提高了学生学习的兴趣和乐趣。类比教学法不仅在材料成型理论课教学中运用有效,而且在其他学科知识的教学过程中也一样有效。如果类比的事物是我们日常生活中经常遇到的,那教学的效果会更好。但如何恰当、正确地进行类比,也是我们教学过程中需要思考的问题。选择的类比事物不恰当,效果可能适得其反。因此,类比法作为教学的一种方式或方法,还值得我们在教学过程中不断摸索和思考。
参考文献:
[1]顾莹燕.类比法在高职院校高等数学课程教学中的应用[J].高等函授学报(自然科学版),2012,25(03):72-73.
[2]刘窗洲.浅谈利用类比法突破数学难点的教学模式[J].中国数学教育,2012,(06):25-27.
[3]刘冬芳,王艳,孟秋红等.在机械制图教学中巧用类比法[J].科技创新导报,2012,(16):148-150.
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1常见的类比法
类比法有很多种类,常见的类比法有解释类比、对应类比、相似类比和关系类比。
解释类比在教学过程中,遇到教学条件无法展示物理模型时应用较多,主要是将学习到的对象和概念进行明确性比较,从而获取抽象知识,磁场和电场的学习常用到解释类比法。对应类比是对两个相似研究对象之间的关系进行系统的分析,能够迅速地帮助学生进行学习和理解,如热传递和水流之间的对应类比学习。相似类比是依据两个对象部分属性之间的定量函数关系进行类比分析,推导两者在其他属性也具有一定的相似性,如两个相似物理公式的适用领域和推导。关系类比是通过研究两个对象之间的属性可能具有的关系进行类比分析[ 2] 。
2类比法在概念教学中的应用
物理概念是物理事实的抽象,反映物理现象和过程的本质,是物理知识的重要组成部分。在初中物理教学过程中,可以通过类比法对部分概念和规律进行教学,通过将学生已经掌握的知识和教学内容进行类比分析,达到符合学生学习特征和认知规律的要求[ 3] 。其中,描述物体运动或状态特点的物理量都可以用类比法进行教学,例如功率、速度的概念教学等。将类比法应用到物理概念教学中,能够使学生的思维得到提升,有效地促进学生对物理概念知识的理解。
3类比法在相关知识教学中的应用
在初中物理教学中,很多物理知识具有相似性,相似的物理知识具有相同的物理规律,解决问题的思路、方法和手段都具有一定相似性。在物理教学过程中,可以引导学生对相似的物理知识进行对比分析,总结这些知识之间的异同,以帮助学生理解和记忆知识,提高教学的效率。例如,机械能和内能具有相似性,一般机械能的教学课程会排在内能的前面,因此,在教学内能的过程中,可以指导学生回顾机械能方面的知识,将机械能和内能的知识进行类比分析,帮助学生找出两者之间的共同规律,提高学生分析和解决问题的能力。
4类比法在复习教学中的应用
初中物理教学的目的是让学生掌握物理学科的基础知识,教学的内容相对比较广泛且浅显,诸多物理知识之间的关联性较大。在复习所学物理知识的过程中,可以指导学生使用类比法建立物理知识板块,形成知识网络,帮助学生灵活地掌握所学知识。在复习教学中使用类比法的方式主要是对所学知识中规律相似的进行类比、公式相似的进行类比、解题方式相似的进行类比等。
5类比法在其他学科和物理教学关联中的应用
物理学科只是自然学科中众多学科的一种,也可以将其他学科的知识和物理知识进行类比分析,帮助学生对物理知识的学习和理解。例如,在讲解饱和度和动态平衡方面的知识时,很多学生会认为容器中的液体饱和时是静止的。在实际的教学中,可以指导学生将其与生物学中根对水的吸收过程进行类比分析,当植物跟细胞中细胞液和土壤溶液浓度相等时,进出细胞膜的水分子是相同的,达到动态平衡。因此,类比分析可知,密闭容器中液态和气态饱和时,实际上是一个动态平衡过程,单位时间内转为气态的分子数和转为液态的分子数相同。
综上所述,类比法能够通过物理知识属性的相似性进行对比分析,将新旧知识整合起来,能够指导学生进行自主思考,提高学生获取知识的能力,降低初中物理教学的难度。
参考文献:
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在物理研究中,将熟悉的物理对象与待研究的物理对象相比较,找出他们已知的共同点、相似点或相联系的地方,据此推测出待研究对象也可能具有熟知对象的另一些特征。这一逻辑推理方法就叫物理类比方法。
类比方法可用逻辑语言表述为:
若A对象具有P、Q、R、S属性,B对象具有PQR属性,并且PQR属性分别与P、Q、R相似、相同或有联系。则B对象也可能具有S属性,并且S与S相似、相同或有联系。
二、应用类比方法形成物理概念
对于一些极为陌生的、抽象的物理概念,如果能用熟悉的、形象化的事物去类比,那么往往会产生“一语道破天机”的惊人作用,加速认识进程。
例如:应用类比方法建立“物体间的分子间的享相互作用力”概念。
我们知道,在任何情况下,分子间同时存在相互作用的引力和斥力,引力和斥力打下都跟物体分子间的距离r有关。
三、应用类比方法引进新概念
例如:学习磁场时,对表示磁场的概念――磁感应强度可以这样引如:电场对其中的电荷有电场力的作用,研究电场强弱的时候,我们用电荷在电场中的受的电场力与电荷量的比值F/q表示电场的强弱,叫做电场强度.类似地,磁场对其中的电流有磁场力的作用,研究磁场的强弱,我们可以分析电流在磁场中的受力情况着手,找出表示磁场强弱的物理量.但是电流在磁场中受力与电荷在电场中受力不同,所以我们把导线垂直磁场时,电流所受的磁场力与电流和导线长度的乘积F/IL叫做磁感应强度,表示磁场强弱.
四、应用类比方法理解概念
应用类比方法帮助我们理解概念的例子在高中物理中比比皆是。
例如,用做机械运动的物体的动能和势能去类比“物体分子无规则运动的动能和势能”。用水滴的集合在水管中沿一定方向流动形成水流,去类比“电荷在电路中沿一定方向流成形成电流”;用水流会受到水路上的阻力去类比“导体虽容易导电,但同时对电流有阻碍作用――电阻”;用水流可以推动水轮机做功去类比“电流通过电动机带动其他机械设备也会做功”;用机械运动做功,机械能转化为其他形式的能,去类比“电流通过用电器做功,电能转化为其他形式的能”;用重力做功量度重力势能变化,去类比“电场力做功量度电势能变化”;用水位类比电位,用水压类比电压等等。
五、应用类比方法研究物理学
在物理教学中,恰当的配合性概念的引出,介绍物理学家应用类比方法探索、研究物理学的成功事例,既能使教学新颖、活跃,又能潜移默化地使学生受到物理方法教育,激发学生的探索精神。
例如,教学欧姆的前前后后,可做如下介绍:德国物理学家欧姆曾经把电流的传导与法过数学家、物理学家傅利叶的热传导想类比,推出了“通过导体的电流与导体两端的电压成正比”的结论。随后他又用实验进行了证明,终于建立了如今我们学习的欧姆定律。
六、应用类比方法找出实验方法
在用实验研究物理现象、规律时,我们往往会感到无从下手,如果运用类比方法则比较容易找到切入点。
例如:我们在学习眼界影响电阻实验时,告诉学生运用控制变量法进行研究。到了下一章,学习欧姆定律时,用实验研究电流与电压、电阻的关系时,我们可以把这几个实验和上一次实验进行类比,都是研究一个物理量与几个量的关系。因此可以象上一实验,用控制变量法研究。即先把电阻一定,改变电压,研究出电流与电阻的关系,这样就找到了实验方法。在物理学中,类似实验很多。
七、类比方法的基础、局限与正确运用
类比方法是由个别到个别或一般到一般的不完全归纳推理。因为已知的相似属性和推出的相似属性之间不一定有必然联系,所以从两个对象之间在某些属性方面的相识或相同,并不能得出它们在某些属性方面必然相似或相同的结论。可见,运用类比方法得出的结论不一定都是可靠的。
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中学物理课是学生义务教育阶段必须学习的一门重要的基础课程。在教学过程中我们必须要着重讲清概念,处理好教师讲和学生接受的关系,采用行之有效的教学方法。笔者体会用类比教学法教学能起到事半功倍的效果。
类比方法类比法是借助于事物之间的相似性,通过比较将已经掌握的知识推移到新的研究对象的学习方法,在物理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,为以后的终身学习奠定基础。
一、类比法的含义及作用
类比法是一种从己知求未知的逻辑方法,也是逻辑学中的一种推理形式。"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中去的研究方法。运用类比法进行物理教学有助于学生对新知识的学习和理解,发展学生的思维能力,把他们较熟知的事物、陌生的事物相比较,从而为认识新事物提供线索和方向,起到了沟通知识间的横向联系,触类旁通,举一反三,温故知新,分清异同的作用。运用类比法可引导学生自己去获取知识,提出假说,进行推测,设想出解决问题的方案;运用类比法可使学生巩固己有的 知识,把研究问题条理化、系统化;运用类比法可使学生较顺利地认识物理现象,形成物理概念、掌握其规律。
二、类比法的特点
1.类比法具有思维的形象性
它是将抽象思维和形象思维熔为一炉的独特的方法。将研究对象直观形象地映入学生的脑海,使思维具有了切入点,化难为易。
2.类比法具有从特殊到特殊的逻辑思维过程的特点
类比是在两类特殊事物间进行分析比较的。该法常用于当归纳或演绎法都无能为力时,发挥其独特的效用。
3.类比法所得结论的或然性
客观事物之间既有相似的一面又有差异的一面,因此由类比法得出的结论具有一定的或然性。
三、教学中类比法的运用
教学中能恰当地采用类比法讲解物理现象、定义、概念及规律能变难为易,起到扩展学生知识范围,激发学生潜能的作用,从而培养学生创造思维和发散思维的能力。
1.运用"类比",强化概念,掌握规律
概念和规律构成了物理学主体,教学中采用类比教学法能使学生把己掌握的知识和生活经验迁移到所学习的内容上,从而使思维有了日常生活经验的依托,使生疏的概念或不易理解的规律与大脑中原有的认知发生同化,达到降低思维梯度的目的。
如学习功率概念时,可以通过学生已有的速度概念形成过程进行类比:要比较运动快慢可用相等时间比路程,也可用相等路程比时间,但在时间和路程都不等时怎样比较快慢?就要看单位时间内通过路程的多少,从而定义了速度。要比较做功快慢可用相等时间比做功多少,也可用做相同的功比较所用的时间,在时间和功的多少都不等时,看单位时间内所做的功多少而定义了功率。初中物理中压强、密度等概念均采用了类似比值法定义的。再如:将分子动能和势能与物体的动能和势能类比;将判断磁场存在的方法与用转换法判断电流的存在方法类比等。通过类比使学生领略“类比”这一科学方法,并引导学生自主发现探索新旧知识间的横向联系,从而更好地理解和掌握新知识。
2.运用“类比”消除模糊,区分本质
物理知识中有些概念和规律很相似,但本质上又有很大差异,由于相似,学生在记忆,储存上就有一定困难,提取应用时导致错误,如果采用类比的方法就能把它们从本质上区分开来,在学生头脑中建立稳定的、清晰的信息联系,增强了对新旧知识间的联系与区别。
在物理中有许多概念是用比值定义法来定义。但学生由于受数学思维定势影响往往对这种定义法理解不透彻,如在电场强度教学时许多学生从公式E=F/q得出E∝FpE∝1/q的错误结论。此时可以用学生已熟知的密度概念来类比。两者的共同特征是:属性由本身决定。密度 =m/v,体积相同的两种物质,质量大的密度大,用单位体积的质量来表示物质的这种性质,但密度由物质本身决定,与质量和体积无关。同样,对于电场中的两点,如果同样的点电荷在某点受力大,就说明这点的电场越强。我们用单位电荷量的电荷受到的电场力,即电场力与电荷量的比值表示电场的这种性质,E=F/q但与F和q无关,由电场本身决定。
3.运用"类比",架设桥梁,温故知新
在物理教学中,有些知识关联性很大,其中必有一物理知识点是其纽带,找出这一关键的纽带做为桥梁就可通过复习以往熟悉的知识,让学生在小范围内建立起知识点间的联系,便于记忆和存储,提取时得心应手,达到尽快掌握新知识的目的,同时也增强学生驾御知识的能力。
四、应用类比教学法应注意的问题
1.类比是为了讲清问题,帮助学生理解和掌握知识,因此进行比较时应有的放矢,有针对性,可比的对象一定要认真斟酌,仔细推敲。
2.类比是以两个或两个以上事物既有联系又有区别为前提的。因此进行类比教学,要坚持科学态度和方法,要认真钻研教材,不能随意发挥。
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类比法既是教学或科研的一种方法,也是一种思维模式。其操作的程序为:首先通过比较选择和确定类比对象,通过比较、联想、类推得出结论。选择对象是关键,比较、联想、类推是类比法的基础。
一、类比模式的分类
物理学中常用的类比模式有以下七种。
(1)两种对象有本质区别可以用类比对象的形象或象征性符号来比喻研究对象(包括抽象概念)。这通常用于理解抽象概念方面,如用流体的流量比喻电通量或磁通量。
(2)模式类比,借用一个直观形象或过程来说明物理对象和过程。例如弹性媒质质点间的吸引与排斥的作用力模型,借助于弹簧振子的串、并联来表示。
(3)直接类比,借助于所研究的对象有相似之处的其他事物或数学公式进行类比。例如表述实物粒子的德布罗意方程,是直接类比光量子的波粒二相性方程得到的,而不是推导出来的。
(4)对称类比,自然界或物理规律常常表现出一定的对称性,可通过对称关系进行类比。例如由变化的磁场产生电场(涡旋电场),运用对称类比推出变化的电场产生磁场这一结论(位移电流)。
(5)等效类比,爱因斯坦的广义相对论是一个典型的等效类比的例子。他说:“做加速运动的参照系。在时间、空间的小范围内与引力场等效。”
(6)因果关系类比,根据一个对象的因果关系类比的推出另一个对象的因果关系。例如爱因斯坦利用引力场与电场的平方反比规律的相似之处,由加速运动的电荷辐射电磁波的现象,类比提出用加速运动的物质辐射引力波的理论。
(7)数学类比,借助两个数学模型或数学公式之间的相似,用一个领域的规律去探索令一个领域的规律。例如电场与引力场是数学形式相同的平方反比规律,通过相似变化来分析引力场的规律。
二、类比法的作用
比较、联想、类推可以促进人们的形象思维发展,激发人们的想象力,起到由此及彼触类旁通的作用。类比法在人们认识新知识的过程中有迁移作用。有些类比法如上边的比喻类比、模型类比并不严格,而有些类比法可得到问题的严格解,如静电类比法。在工科物理教学中,运用类比法可起到事半功倍的效果。
以下是在大学物理教学中(电磁学部分)归纳的类比问题:
1.磁学与电学物理量的类比
电学中的点电荷q与磁学中的电流元 对比,电学中的电荷线密度λ与磁学中的电流强度I对比,电学中的电荷面密度σ与磁学中的电流面密度i对比,电学中的电荷体密度ρ与磁学中的电流面密度j对比,电学中的介电常数ε与磁学中的磁导率倒数1/μ,电学中的电矩pe与磁学中的磁矩pm对比,电学中的电场强度 与磁学中的磁感应强度 对比,电学中的电位移矢量 与磁学中的磁场强度 对比,电学中的极化强度 与磁学中的磁化强度 对比。
2.磁场与电场规律的类比
电介质的电极化面电荷密度与磁介质分子电流面密度类比,电位移矢量 与磁场强度 类比, (各向同性), (线性介质);电学的库伦定律与磁学的安培定律类比;电场的高斯定理与磁场的高斯定理类比;电场的环路定理与磁场的环路定理类比;从解题方法上看,电场部分的分立电荷的叠加原理与磁场的分立电流场的叠加原理类比;连续电荷的积分方法与连续电流的积分方法类比。
3.磁感应强度与电场强度的类比
无限长均与带点直线的电场与无限长载流导线的磁场的类比;无限长均匀带点圆柱面的电场与磁场无限长直载流圆柱面的磁场的类比;无限长均匀带电圆柱体的电场与无限长均匀载流圆柱体的磁场的类比;无限大均匀带电平面的电场与无限大均匀载流平面的磁场的类比;无限大平行均匀带电平面的静电场与无限大平行反向电流大平面的磁场的类比;点偶极子轴线延长线上一点的电场强度与圆环形载流线圈轴线上一点的磁场的类比。
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应用
[中图分类号]G633.91
[文献标识码]A
[文章编号]1674-6058(2016)32-0127
高中生物知识较为抽象,如果教师仅借助简单的理论文字或者是传统的教学方法进行教学,学生将很难深入理解与掌握生物知识,无法形成科学的学习思路。对此,教师应当借助类比法,将一些复杂的问题简单化,从而达到举一反三、触类旁通的效果,有效培养学生的思维能力。
一、借助类比。加强新知识与原有知识间的联系
在高中生物教学中,包含了大量的概念,有些概念非常深奥,学生很难理解。在学习这些概念时,教师可借助类比加强新知识与原有知识间的联系,以帮助学生理解与掌握相关概念。
例如,在学习“种群特征”时,教师可将种群与个体进行类比,个体一般有出生死亡、性格与年龄等特点;种群则具有出生率死亡率、性别比例与年龄等特点。如此便可引导学生将新概念与已有的知识联系起来。又如,在学习“激素调节”时,教师可借助激素调节与手机工作原理相似的特征,进行类比,由此降低神经递质与特异性受体的理解难度。手机的工作原理为:手机、号码、信号,只要拨打手机的号码,号码的信号就会向周围发射,不管手机在哪里,只有这么一个手机能够接收信号;激素调节也是一样,特定的激素,只能由特定的内分泌腺分泌,具备特定的信号,内分泌腺分泌到这一激素中,激素就能够进入各处血液,只有特单的靶细胞才能够接受并识别信号。通过此种类比,就能够帮助学生深刻地记忆与理解相关概念。
二、借助类比。将生物知识条理化
生活中包含了很多生物知识,这些知识非常琐碎,因此教师需要将类似的知识进一步条理化。以“染色体变异”这一知识点为例,这一节课的重点是染色体组、二倍体以及多倍体等知识点的讲解。假如仅仅依靠单纯的记忆,学生很容易将这些概念混淆在一起,无法分辨知识点间存在的差异,无法有效掌握这些概念。此时教师可通过类比的方式,将生物知识条理化,从而促进学生有效掌握生物知识。教师可先伸出自己的手,为学生展示一只手的手指,告知学生手指有三长两短,每一个都是不同的。随后教师可举起双手,将双手的手指相对,由此类比两个染色体组,在此基础上提出问题:为何是两个染色体组?由此引导学生深入思考问题,教师应当正确地引导学生,如使用十根手指与一只手的手指进行相除。在讲解多倍体时,教师可将一只手浸湿,在黑板上按压三次,这样就可得到三只手印。在得到手印后,教师就可类比三个染色体组。在完成上述工作后,教师可恰当地总结相关生物知识,如判断二倍体与多倍体的基础条件是什么等。如此一来,学生就能够将生物知识条理化,从而提高学习效果。
三、运用类比。提高学生的知识应用能力
类比是一种较为常用的教学方法。在高中生物教学中,教师可将常见知识的一些特性提取出来,随后借助类比将一些不常见的知识特性预测出来,以加深学生对知识的理解与应用。
例如,在学习“DNA模型建立”时,沃森与克里克按照前人的研究结果,认识了蛋白质的空间结构为螺旋形,因此推想出DNA结构或许也是螺旋形。按照此种类比,对于原有DNA模型进行了修改,同时与DNA分子的X射线照片进行对照,证明了这一结论是正确的。由此可见,通过此种形式,能够有效帮助学生掌握W习方法。
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比较是认识事物很重要的方法,其中,类比更是认识新事物,发现新问题,寻求解题方法的有效途径。类比的形式:两个系统具有相似性,即可类比。(相似性:要能用概念确切表达。)下面分图形性质和习题求解两方面谈谈类比在数学中的应用。
一、在图形研究中类比方法的应用
例1,平面三角形和空间四面体的类比
1.先找平面三角形和空间四面体的相似性
a.三角形是平面上最简单的多边形;四面体是空间中最简单的多面体。
b.三角形是平面上数目最少的简单分界元素围成的图形;四面体是空间中数目最少的简单分界元素围成的图形。
c.三角形是三条线首尾相连的图形;四面体是四个面围成的图形。
2.推 测
a.三角形有内心(三条角平分线的交点),由此类比得:四面体的六个二面角的平分面交于一点,是内切球的球心。
b.三角形的三条中线交于一点,叫重心,且分中线为2∶1由此类比得:四面体的四个面的重心和顶点的连线(四面体的中线)交于一点叫重心,且分中线为3∶1。
c.由S= ,类比得:V=
S是二维的;S后有 。
而V是三维的;V后有 。
d.由直角三角形中的勾股定理,类比得:
直角顶点的四面体中。(A、B、C为三直角面)
(九章算术中的商高定理)
e.由三角形中的余弦定理:c2=b2+a2-2abcosC。
在四面体中, SD =
SBSCcos∠(B,C)-2SCSAcos∠(C,A)。
3.验证证明结论成立。
(证明过程略)
二、习题求解中类比方法的应用
例2,空间中位置一般的四张平面分空间成几部分?(每两张不平行,无三张共线,且交线不平行,以后无说明时,平面均为一般平面,直线均为一般直线。)
解法一,这样的四张平面刚好可以围成一个四面体。运用类比的方法:
平面上三条一般直线分平面为7部分:(如图1)
1、为封闭的;
2、3、4与所围三角形共边;
5、6、7与所围三角形共顶点。
共有7部分。
类比四面体分空间的情况是:
1部分是封闭的;
4部分是与所围四面体共面的;
6部分是与所围四面体共棱的;
4部分是与所围四面体共顶点的;
共分空间为15部分。
解法二:平面内位置一般的三条直线分平面为7部分,
即:7=1+3+3=
即是三条直线围成的一部分,
即是三条直线中任意两条的交点数,亦即与所围三角形共顶点的平面部分;
即三条直线中取任意一条,亦即与所围三角形共边的平面部分。
由此类比,空间中位置一般的四个平面分空间所成的部分为:
四面围成的封闭图形;
四面中任意三面形成的交点数,亦即与所围图四面体共顶点的空间部分数;
四面中任意二面形成的交线数,亦即与所围图形共棱的空间部分数;
四面中任取一面,亦即与所围图形共面的空间部分数。
则, 1+4+6+4=15。
空间位置一般的平面分空间成15部分。
推广:直线上n个不同的点分直线几部分?
A、直线的n个点分直线因为是一维问题,所以
设:t(n)=An+B
当n=0时,B=1;
当n=1时,A=1;
t(n)=n+1;
即,直线上n个不同的点分直线为n+1部分?
B、平面内位置一般的n条直线分平面成几部分?
平面内直线分平面是二维问题,所以,类比A。
可设,s(n)=An2+Bn2+C
当n=0时,c=1;
当n=1、n=2时有:
A+B+1=2
4A+2B+1=4
A= ,B= ;
s(n)=
C、空间位置一般的n个平面分空间成几部分?
空间中位置一般的n个平面分空间是三维问题,所以,类比A、B两类。
可设F(n)=An3+Bn2+Cn+D
当n=0时,D=1;
当n=1,n=2,n=3时有:
A+B+C=2
8A+4B+2C+1=4
27A+9B+3C+1=8
解得:A= ,B=0,C= 。
f(n)= 。
用数学归纳法证明即可得:
类比A得的B结论亦成立;
类比A、B得的C结论成立。
例3,计算3•5•17……(22n-1+1)
分析:本题可写为计算
(221-1+1)+(222-1+1)+(223-1+1)……(22n-1+1)
怎样计算出这n个数的积呢?联想结构上它非常类似的问题:
计算:48(72+1)+(74+1)……(72n+1)其解法是:
原式=(72-1)(72+1)(74+1)……(72n+1)
=(74-1)(74+1)……(72n+1)
=(78-1)……(72n+1)
=(72n+1-1)
算法主要根据48=72-1,然后,再用平方差公式进行计算。利用它和原题结构的类似,可得原题的计算方法为:
解:1=22-1
原式=(221-1-1)+(221-1+1)+(222-1+1)+(223-1+1)……(22n-1+1)
=(222-1-1)+(222-1+1)+(223-1+1)……+(22n-1+1)
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对象A具有属性a,b,c,d.
对象B具有属性 a,b,c.
所以B对象也具有属性 d.
从哲学角度来看,任何两个事物之间都存在着某种程度的相似性 ,故而类比法可以把两个不同事物联系起来,不仅可以用于同类事物之间,也可以用于同一事物的不同发展阶段之间.从原则上讲,世界上一切事物都存在用类比方法的可能性.作为一种创造性的思维方法,类比法在物理中起着非常重要的作用.
二、类比法在物理学发展上的应用
根据已有的知识,对比与新的知识,从而产生新的信息,提出假说,新的概念.物理史上汤姆生的原子结构理论就是类比了枣糕的内部结构,卢瑟福的原子核式结构模型是将原子和行星的运动做了类比.就是靠这样的一个一个物理假说,最终使得物理最终成为一门自然科学.
运用类比法,还可以提出新的物理规律.法国科学家库仑,发现了静电力与万有引力间有着许许多多的相似,参照万有引力的规律提出了静电力的规律F=kQqr2.
翻开物理学史,我们就会发现类比法贯穿在物理学发展的始终.参照流体力学的方程,提出电磁场理论的麦克斯韦这样论述类比法:“为了不运用物理理论而得到物理思想,就应当熟悉物理类比的存在.所谓物理类比,是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性,它使得这两种科学可以互相说明.这样,所有数学的科学都是建立在物理定律和数的定律的关系上,因而,精密科学的目的就是要把自然问题简化为通过数的运算来确定各个量.”
三、类比法在物理教学中的应用
前文已经说过,类比法贯穿在物理学发展的始终,同样类比法也可应用在物理教学的始终.
比如,我们在讲述磁场时,首先可以列出电场和磁场的相似性,如表1所示.
表1电场磁场产生原因电荷之间有相互作用磁极与磁极之间也有相互作用性质同性相斥而异性相吸同名磁极相斥而异名磁极相吸由此产生一系列推导:电荷间力的作用是通过电荷周围存在的电场来进行的,那么可以推出磁极周围可能存在着一种场(磁场),磁极间的作用力也是通过这种场来进行的;同时,电场是一种物质,那么这种场(磁场)也是一种物质.
又如,在电容器这章节的内容时,讲述电容的电容量 C与电压和电荷量的关系(C=q/U)时,可以与欧姆定律(R=U/I)进行类比.一个固定的电阻它的阻值R的值是固定的,与电压U和电流I的大小无关.同样一个固定的电容器它的电容 C的值也是固定的,与电容器两板间电压U和板上的电荷量q无关.因为阻值R和电容 C都是物质的一种固有属性.同样公式 R=U/I和 C=q/U只是用来计算它们的大小,阻值R和电容 C的大小与公式中的其他物理量无关.这样类比使学生很容易就领悟到电容 C是描述电容器本身性质的物理量,它与电容器的外界因素无关.
类比法不仅可以使用在新课程的教学,还可以使用在内容的复习上.在系统复习时,将具有相似性质几类物理知识放到一起进行比较,发现它们间的共性和不同点,即加强了知识点的记忆,又能是知识形成一个体系.
比如,这样一道题:有一半径为R的光滑圆弧轨道放在竖直平面内,今有a、b二个小球,分别置于轨道圆心O点处和离轨道底A点很近的B点处,如下图所示,将它们同时由静止释放,忽略空气阻力,问谁先到达A点?
图1a球的运动比较容易分析,其做自由落体运动.b球的运动情况相对较难分析.分析b球的受力可以发现b球的受力情况跟单摆小球的受力情况完全相同,那么,就可以知道b球的运动是单摆运动.于是这道题目就可以很轻松的解决了:a球运动的时间就是自由落体R所需要的时间,b球运动的时间是摆长为R的单摆四分之一个周期的时间.