【物理教学中类比教学的分类综述4300字】

物理教学中类比教学的分类综述目录TOC\o"1-2"\h\u11252物理教学中类比教学的分类综述 1291641.1根据研究对象的关系而进行的类比 1133191、横向类比 1274862、纵向类比 3244011.2根据研究对象有无实体而进行的类比 4155531、实物类比 489692、概念类比 4135911.3根据研究对象的来源而进行的类比 51.1根据研究对象的关系而进行的类比研究对象的关系可以分为两类，一种是横向关系，一种是纵向关系。横向关系是指两个对象之间属性的并列关系，关注两者之间属性的相同点和不同点，此时忽略了两个对象各自属性的内部关系。纵向关系是指研究对象内部的各属性之间的关系，比如因果关系、对称关系等等。1、横向类比横向类比是指在类比时着重研究两对象之间属性的相同点和不同点，忽略了各自属性的内部关系，有时也会称其为属性类比。横向类比又可以分为正类比、负类比和中性类比。（1）正类比正类比是指通过比较目标对象Y和类比对象X之间的相同点，推理得出X具有的某一属性，Y同样具有。德布罗意能够发现实物粒子具有波粒二象性就是运用了正类比的方法。下面是以表格的形式表示德布罗意的类比过程（见表2-1）：表2-1德布罗意的类比过程对象目标对象（Y）类比对象（X）实物粒子光（子）属性微观粒子微观粒子在运动中具有质量、能量和动量在运动中具有质量、能量和动量运动遵循最小作用量原理运动遵循费马原理，即走最短路程具有波粒二象性？具有波粒二象性REF_Ref24948\r\h[29]正类比按照正类比的方法，德布罗意得出结论：实物粒子也具有波粒二象性。（2）负类比负类比是指比较目标对象Y和研究对象X两者的不同点，推理得出X具备的某个属性，Y不具备REF_Ref24948\r\h[29]。牛顿（IsaacNewton）提出光是一种微粒这个结论就用了负类比这一方法，下面以表格的形式展现牛顿的类比过程（见表2-2）：表2-2牛顿的类比过程对象目标对象（Y）类比对象（X）光声音属性传播是否需要介质未知，能在真空中传播。传播需要具体介质（固、液、气均可），不能在真空中传播。具有直进性明显具有弯曲能力特点传播速度快，难以测量传播速度较慢，容易测量发光机理不清楚发声机理清楚（由物体振动产生）光不是波？应该是粒子具有波动性，声音是一种波负类比（3）中性类比中性类比是指在运用时既要比较X、Y对象的相同点，同时也要比较它们之间的不同点，从相同点推理得出目标对象Y具有类比对象X具有的某一属性，从不同点推理得出目标对象Y不具有类比对象X具有的属性。光的微粒说无法解释薄膜的彩色问题。以胡克（RobertHooke）、惠更斯（ChristiaanHuyg（h）ens）为首的这一派就主张光的波动学说。波动学说的提出离不开正类比，下面是光的正类比过程（见表2-3）：表2-3光的正类比过程对象目标对象（Y）类比对象（X）光声音属性在“以太”中传播在空气中传播可以绕过障碍物边缘拐弯传播可以绕过障碍物传播光在空间相遇不发生干扰可以独立传播声音在空间相遇不发生干扰可以独立传播可以发生干涉现象可以发生干涉现象光是一种波？声音是一种波正类比在类比中，如果从两对象的相同点出发，就是在做正类比，用正类比这一方法可以得出光是一种波。如果从两对象的从不同点出发，就是在做负类比，用负类比这一方法可以得出光是一种微粒。如果综合两对象的相同点和不同点，那就是在做中性类比研究，中性类比研究的结论取决于正负类比过程中的推理强度。如果正类比推理强度大于负类比推理强度，则说明光是一种波；如果负类比推理强度大于正类比推理强度，则说明光是一种微粒REF_Ref24948\r\h[29]。如果两种推理方式难分强弱，那就需要综合两个结论，得到最终的结论即光既是一种微粒也是一种波，简称光的波粒二象性。光的波粒二象性的提出并非只是简单的通过中性类比就可以得出的结论。一个理论的提出离不开多种科学探究方法的综合运用，本文只是将类比法这种方法提了出来。类比法在运用时有它的或然性，所有结论的正确与否都需要用理论或者实验加以验证，后面的托马斯.杨（ThomasYoung）和爱因斯坦（AlbertEinstein）等人都为这一理论的完善作出了巨大贡献。2、纵向类比所谓纵向类比是指在运用类比时更关注的是目标对象和类比对象各自本身的因果联系或者结构上的相似性，更多时候称之为结构类比。纵向类比可以分为因果类比、对称类比、简单并存类比等。因果类比因果类比是指类比对象的因果联系与目标对象的因果联系相似，由此推理得出目标对象也有相同的因或者果。奥斯特（HansChristianØrsted）发现了电生磁的现象，表明电流和磁场存在关系。法国物理学安培（André-MarieAmpère）受他的影响，利用因果类比的方法提出了分子环流的假说。他认为电流可以产生磁场这里存在因果关系，即电流是原因，磁场的产生是结果。磁体也可以产生磁场，磁体的磁场产生是结果，那么让磁体产生磁场的原因是什么呢？于是他想方设法的在磁体中增设电流的存在，所以有了分子环流的猜测。所谓分子环流是指磁体内部每个分子中的某些物质会形成围绕分子的环形电流，每一个环形电流相当于一个小磁针。外界磁场给小磁针施加力时会让它们呈现规则的排列REF_Ref25454\r\h[30]，宏观上磁体的两端就呈现出较强的磁性，这就是磁体的南北极。因果类比的或然性比较大，原因在于类比对象内部属性的因果关系可能与研究对象内部属性的因果关系没有任何联系，此时运用因果类比得出的结论就是错误的。对称类比对称类比是指类比对象的属性内部存在对称关系，由此推理得出目标对象间的属性也存在对称关系。狄拉克（PaulAdrieMauriceDIRAC）从他的理论研究中推算出有一种粒子的质量、电荷量均与电子相同，只是电性相反，他称其为反电子。后来安德逊（PhilipWarrenAnderson）在云室中果然发现了一条与电子运动相似，但方向恰好相反的轨迹，他通过推断得出这是带正电的电子，即反电子（反电子有时候也称为正电子，表明与电子的电性相反）。狄拉克认为既然电子的电性有正负两种对称的性质，那么与电子类似的质子也可能有类似的电性对称性（这里的类似可从属性类比的角度思考），由此他预言了反质子的存在，后来经西格雷（EmilioSegre）证实。科学家按照微粒可能均具有这种对称关系，依次找出了其他微粒的反粒子，为微观世界的研究做出了巨大贡献。简单并存类比简单并存类比是指类比对象的属性之间不存在特殊联系，只是简单并存的关系，推理得出目标对象的属性之间也只是简单并存的关系这样的一种推理。氦元素的发现就运用了简单并存类比。英国天文学家洛克耶尔（N.Lockyer）发现了一个观察太阳的新方法，即使在没有日食的情况下该方法仍然适用。他在该方法的辅助下获取了太阳光谱，通过分析太阳光谱时发现了新的黄线D。他把这个元素取名为Helium，中译名为氦。由于太阳中的元素和地球的含有元素极为相似，当太阳中发现氦这个新元素时，科学家认为地球中也极有可能含有氦元素。1895年，化学家拉姆塞（WilliamRamsay）在研究某种沥青铀矿时发现了一种未知气体，他把该未知气体进行光谱分析，认为这可能就是氦气。克鲁克斯(SirWilliamCrookes)通过谱线分析证明了氦元素的存在。人文社科中运用比较多的故事类比是结构类比中一种。故事类比是指根据具体的教学内容的逻辑结构编造一个形象的故事，利用故事类比于教学内容，帮助学生理解教学内容。由于编写的故事在内容表达上可能与真实的教学内容完全不一样，所以故事的编写一定要符合教学内容的内在逻辑，即故事的结构与教学内容的结构存在某种相似性，否则学生难以进行类比，促进迁移。高中物理中有一些比较难以理解的概念可以采取故事类比，比如王劲存和董芳芳在《“故事类比法”在物理课堂教学中的运用——以光电效应为例》中提到在物理教学中找到合适的类比模型，可以提升学习者的迁移能力，但有时在教学中难以找到合适的类比模型，所以他们自己创设富有趣味的故事与光电效应进行类比，在课堂上起到了不错的效果REF_Ref25660\r\h[31]。该文构建的精灵逃脱魔王束缚的故事，其规律与光电子脱离原子核束缚的规律类似，学生可以借此理解光电效应的概念及其规律。1.2根据研究对象有无实体而进行的类比在类比时根据研究对象是否具有实体可将类比分为实物类比和概念类比。1、实物类比实物类比是指类比的两个对象皆为可以用感官直接感知的事物，这种类比方式在仿生学里运用很多。比如以小鸟为类比对象，类比推理发明创造了飞机；以锯齿状的树叶为类比对象，类比推理发明创造了锯齿；以蝙蝠的超声波“视”路为类比对象，类比研究出了声呐等等。一个全新的实物结构和原理必然是复杂的，由实物类比得到的目标对象的创造过程也不会简单，比如由小鸟推理出飞机这个过程会涉及到科学研究的众多方法，当然也少不了不同类型的类比，比如结构类比、属性类比等。2、概念类比与实物类比相对应的是概念类比。概念类比适用于只能被思考不能被感知这种对象，它可以分为图像类比、数学类比等。图像类比图像是指在脑海中直观形成的画面。初中在学习分子间作用力时，学生对于分子间什么时候表现为引力，什么时候表现为斥力等较为抽象的状态难以理解。此时运用图像类比的方式把这些抽象的状态变成了可以在脑海中想象的被弹簧拴住的小球这样的图像，可以有效的帮助学生理解分子间的作用力。当弹簧处于压缩状态时，即相当于分子间的间距小于平衡距离，弹簧对两个小球的作用力是排斥力，即相当于分子间的作用力表现为斥力；当弹簧处于既不压缩也不拉伸状态时，即相当于分子间的间距刚好是平衡距离，弹簧对小球没有力的作用，即相当于此时分子间引力和斥力抵消，处于平衡状态REF_Ref25810\r\h[32]；当弹簧处于拉伸状态，即相当于分子间的间距大于平衡距离，弹簧对两个小球的作用力是吸引力，即相当于分子间的力表现为引力。运用图像类比可以使抽象的知识形象化，便于学生理解和运用知识。数学类比所谓数学类比就是利用数字和符号建立的数量关系的相似性，将类比对象中的知识体系和研究方式迁移到目标对象中。万有引力定律中指出引力大小与距离的平方成反比。这个关系的得出看起来简单，实际上也是牛顿基于前人的研究耗费很长一段时间才得到这个结论。万有引力定律的数学表达式中引力大小与距离的平方成反比的关系给库伦（Charles-AugustindeCoulomb）在研究电荷之间力的大小和距离之间的关系时提供了方向，所以库伦定律的建立就变得相对容易。在库伦定律的教学中，教师可以把库仑力和引力进行类比，将万有引力中的知识体系和研究方法迁移到库仑力的教学中，这样可以降低库仑力的理解难度。1.3根据研究对象的来源而进行的类比根据研究对象的来源可以将类比分为