第一篇：類比法在大學物理電磁學教學中的運用

類比法在大學物理電磁學教學中的運用

類比法在大學物理電磁學教學中的運用

一、引言

物理學作為自然科學的帶頭學科，是當代科學技術發展的最重要基礎，而大學物理課程又是國內高校理工科專業的基礎必修課程。它所闡明的物理學知識、基本概念、定理規律和研究方法，不僅是學生繼續學習專業課程和其他科學技術的基礎，也是培養和提高學生科學素質、科學思維方法和科技創新能力的重要途徑。湖北大學的“大學物理”課程作為一門公共基礎課程，面向全校理工科專業大學一年級的學生，目前采用的是馬文蔚主編的《物理學》（第六版）

教材，其中包含了力學、電磁學、振動和波、光學、熱學和近代物理學這六大板塊。其中電磁學板塊學習難度相對較大，往往會給初學者帶來許多困惑，所以如何通過適當的教學方法運用來促進學生學習，提升教學效果，也是我在這篇文章中所要闡述的主題。

二、大學物理電磁學教學的概況

1.大學物理電磁學的知識特點：在馬文蔚《物理學》（第六版）的教材中，電磁學部分的內容涉及到第五章《靜電場》，第六章《靜電場中的導體和電介質》，第七章《恒定磁場》和第八章《電磁感應和電磁場》，公式眾多，內容繁雜，是本教材中難度較大的一個部分。之前學生在高中物理的課堂上學習電磁學，將主要的研究對象設置為帶電粒子和載流導線，研究的重點也放在了它們的受力和運動上，所以這更像是牛頓力學在電場和磁場中的一種體現而已，即電場和磁場中的力學。而大學物理學習電磁學，研究對象則從電荷和電流變成了由

它們所產生的電場和磁場，但是場作為一種物質，卻與我們之前研究的實物有著很大的不同：首先，實物集中在有限范圍內具有集中性，而場分布范圍廣泛具有分散性；第二，對場的描述需要逐點進行，不能像實物那樣只需作整體描述。所以研究對象的變化自然也帶來了研究方法的變化，描述場中各點性質的基本物理量也就成為了我們討論的重點，所以才利用庫侖定律和電場強度疊加原理來計算電場強度，利用電場強度的路徑積分或電勢疊加原理來計算電勢，再利用畢奧-薩伐爾定律和磁感強度疊加原理來計算磁感強度。而從靜電場中的高斯定理和環路定理到磁場中的高斯定理和安培環路定理，對場的內在物理性質的分析也就成為了這兩章的核心內容。

2.教學對象所面臨的困惑：在對電磁學各基本物理量的計算和對各基本定理的推導及應用中，都要涉及到大量的高等數學微積分知識，于是這也讓其教

學對象――大學一年級的理工科學生產生了許多困惑。他們往往會在諸如電場強度疊加原理的積分公式、畢奧-薩伐爾定律的矢量公式、高斯定理的曲面積分公式和環路定理的環路積分公式等復雜公式面前迷失了前進的方向，在滿PPT屏幕或滿黑板的公式推導和積分運算中喪失了學習的興趣，或錯誤地把大學物理當成又一門高等數學課，認為只要會計算微積分就能學好電磁學的知識，或沮喪地覺得自己高等數學沒有學好，因此大學物理也很難學的明白透徹。所以為了消除教學對象所存在的這些困惑，我們必須引入一些電磁學學習的基本方法，如微元法、補償法、對稱性分析法，以及接下來我們所要介紹的類比法。

三、類比法在電磁學教學中的應用

1.類比法的介紹：類比法（Method of analogy）也叫“比較類推法”，是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也應具有這種屬性的推理方法。類比對象間共有的屬性越多，則類比結論的可靠性越大。這是運用類比推理形式進行論證的一種方法，與其他思維方法相比，類比法屬平行式思維的方法。無論哪種類比都應該是在同層次之間進行。亞里士多德在《前分析篇》中指出：“類推所表示的不是部分對整體的關系，也不是整體對部分的關系。”類比法的特點是“先比后推”。“比”是類比的基礎，既要“比”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。類比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是結論，那么類比思維的過程就是一個推理過程。按照思維方向分類，類比又可分為單向類比、雙向類比和多向類比，而我們在大學物理電磁學教學中采用的正是雙向類比，將靜電場和恒定磁場這兩部分內容作為類比的對象。

2.利用類比法來學習靜電場和恒定磁場：在靜電場和恒定磁場的學習中，我們發現許多物理量遵循著相類似的規

律，表現為描述此類規律的方程式有著相同的形式，例如電場強度與磁感強度，電位移矢量與磁場強度矢量，電偶極子與磁偶極子，電場強度通量與磁通量等。它們盡管物理本質不同，但是所遵循的規律形式相類似。在分析此類物理問題時便可借助類比的方法，通過其中一個已知物理量的規律去推測相應的另外一個物理量的規律，可以將學生從枯燥的數學推導中解脫出來，將更多的注意力放在物理概念本身的內涵上。比如在學習磁感線的時候，我們便可以將其與電場線相類比。它們有許多共同點，都是對場的物理圖像做出了非常直觀的幾何化形象描述，可將抽象的朦朧電磁認知化為直觀的清晰圖景，從中感受到場存在的直觀對稱和諧美。同樣的，由法拉第提出的“力線”，切線方向表示磁感強度（或電場強度）的方向，其密度則為磁感強度（或電場強度），而且任意兩條磁感線（或電場線）都不相交。但它們的不同點也很明顯：電場線總是始于正

電荷，終止于負電荷，不形成閉合曲線；而磁感線則是圍繞電流的閉合曲線，沒有起點，也沒有終點。磁感線與電場線的共同點決定了定量描述它們的物理量電場強度通量和磁通量表述形式相一致，而它們的不同點則決定了靜電場與恒定磁場性質的巨大差異，由此得出的靜電場和磁場中的高斯定理分別表明了靜電場是有源場，而恒定磁場卻是無源場。

再比如在?W習磁介質時，我們也可以通過與電介質的類比將問題予以簡化。在電介質中，束縛在介質表面的是極化電荷，而在磁介質的表面則存在磁化電流；我們用電介質中單位體積內分子電偶極矩的矢量和來表示電介質的極化程度，定義為電極化強度P，又用磁介質中單位體積內分子的合磁矩來表示介質的磁化程度，定義為磁化強度M。接下來通過數學推導，得出電介質中的輔助矢量――電位移D和磁介質中的輔助矢量――磁場強度H；最后再由此分別給出電介質中的高斯定理和磁介

質中的環路定理。它們的計算功能也很類似，前者可以用來求對稱分布電荷的電位移D和電場強度E，后者則可以用來求對稱分布電流的磁場強度H和磁感強度B。

四、結語

電磁學的發展，經歷了庫侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等物理學大師們的不斷努力，才形成了最終的經典電磁場理論，成就了物理學史上的第三次大綜合。這是人類一代代探知外在客觀、探知各種規律的一個永無止境的過程，是一個后人不斷補充、不斷修正乃至推翻前人認識的不斷進取的過程。而電磁學教學也在整個大學物理的知識體系中占據了相當重要的地位，所以作為教學工作者，我們要不斷開拓教學新思路，通過新的教學方法實踐來培養學生興趣，促進教學發展，為學生日后的專業課，如電磁場與電磁波，電介質物理和鐵磁學的學習奠定良好的基礎。

第二篇：畢業論文-類比法在物理教學中的應用

類比法在物理教學中的應用

東北師大 0509物理教育專業 劉繽藻

摘要：本文述了：類比方法的概念、特點、分類；它在物理學史及中學物理教學上的作用；類比方法的局限性；教學中的實踐應用和運用類比法教學的注意問題。說明類比這種研究方法在中學物理教學中有降低初高中物理教學的臺階、可以幫助學生突破知識難點、可以提高課堂教學效益、可以培養學生的類比思維和創新能力的作用。學生能掌握類比這種研究方法對其終身學習和發展都具有重要的意義。

關鍵詞：類比方法 物理教學 思維創新

前 言

物理學是一門基礎科學，是自然科學和技術科學的基礎，對促進經濟與社會的發展具有重要作用。物理學的研究方法對于探索自然現象具有普遍意義。類比方法是一種重要的物理思維方法，它可以使知識條理化，把抽象的知識形象化，把復雜的問題簡單化；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，同時能較好的培養學生的邏輯思維和創新能力。因此，在教學中有意識的滲透或傳授類比方法，使學生受到熏陶和訓練，使學生自覺不自覺地逐步掌握和運用類比方法，為以后的終身學習奠定良好的方法基礎。

一、類比方法及其常見分類

1、什么是類比法

類比法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。

與其它思維方法相比，類比法屬平行式思維的方法。與其它推理相比，類比推理屬平行式的推理。無論那種類比都應該是在同層次之間進行。亞里士多德在《前分析篇》中指出：“類推所表示的不是部分對整體的關系，也不是整體對部分的關系。”類比推理是一種或然性推理，前提真結論未必就真。要提高類比結論的可靠程度，就要盡可能地確認對象間的相同點。相同點越多，結論的可靠性程度就越大，因為對象間的相同點越多，二者的關聯度就會越大，結論就可能越可靠。反之，結論的可靠性程度就會越小。此外，要注意的是類比前提中所根據的相同情況與推出的情況要帶有本質性。如果把某個對象的特有情況或偶有情況硬類推到另一對象上，就會出現“類比不當”或“機械類比”的錯誤。

2、類比法的特點

類比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是結論，那么類比思維的過程就是一個推理過程。古典類比法認為，如果我們在比較過程中發現被比較的對象有越來越多的共同點，并且知道其中一個對象有某種情況而另一個對象還沒有發現這個情況，這時候人們頭腦就有理由進行類推，由此認定另一對象也應有這個情況。現代類比法認為，類比之所以能夠“由此及彼”，之間經過了一個歸納和演繹程序即：從已知的某個或某些對象具有某情況，經過歸納得出某類所有對象都具有這情況，然后再經過一個演繹得出另一個對象也具有這個情況。現代類比法是“類推”。

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。

3、類比法分類

根據不同的標準，類比法可以分為以下不同類型：

⑴根據類比中對象的不同，類比可分為個別性類比、特殊性類比和普遍性類比等類型 ⑵根據類比中的斷定不同，類比可分為正(肯定式)類比、負(否定式)類比和正、負(肯定否定式)類比等類型

⑶根據類比中的內容不同，類比可分為性質類比、關系類比、條件類比等類型 ⑷根據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。同類類比又可分為“以己推人”式類比、“以人推己”式類比、“以人推人”式類比、“以物推物”式類比等類型；異類類比又可分為“以人推物”式類比、“以物推人”式類比等類型。⑸根據思維方向，類比可分為單向類比、雙向類比和多向類比等類型。

⑹根據結論的可靠程度，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”，在很多關鍵時刻，科學家巧妙地運用了類比推理，提出科學假說，從而獲得巨大成功。康德曾說過：“每當理智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現電流能產生磁場后，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，終于發現磁場中獲得電流的方法，使電磁學得到突飛猛進的發展。麥克斯韋不僅注意到物理現象、定律之間以及物理現象、定律與其他事物之間的局部相似性，而且考慮到數學形式的類比，運用協變類比法，他創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想解決問題的方向；類比可激發學生探索的意向，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：

1、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，它以生動的自然現象和直觀的實驗為依據，從而使學生通過形象思維獲得知識。初中物理中的大多數問題看得見、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系，明確新舊知識之間的聯系與差異，確定課堂教學中如何啟發與指導，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節。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。

2、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，他們遵守著相同或相似的物理規律，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。如果在平時的課堂教學中，要有意識的運用類比方法。如，彈簧的串聯1/K=1/K1+1/K2，電容器的串聯1/C=1/C1+1/C2，電阻的并聯1/R=1/R1+1/R2，電阻的串聯R=R1+R2，彈簧的并聯K=K1+K2，電容器的并聯C=C1+C2。把它們聯系起來，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v—t圖象的面積為位移、F—t圖象的面積為沖量、P—V圖象的面積為氣體做功、U—I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。

3、培養學生的類比思維、提高創新能力的作用

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的類比，抓住知識系統中同類要素的聯系，按照知識本身的結構規律通過類比遷移，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，培養適應未來變革的人才，在加強基礎知識教學的同時，要培養學生善于從自然界或者已有知識中，尋找與創造對象相類似的東西，加以模擬，并創造出新的東西來。

在運用類比方法培養學生的創新能力時，首先要讓他們了解類比方法在物理學的發展過程中經常起著啟示、探索、開路和創新的作用，許多新概念、新規律、新理論的提出借助于類比。如：盧瑟福通過α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，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。

通過類比，介紹知識的新領域，提出新的問題，把創造性思維的培養和開發引向科學的前沿。高中教材在介紹磁單極子的內容時，就采用了類比的方法：帶電體周圍有電場；磁體周圍有磁場；同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引，這是它們的相似之處。但它們又不完全相似，在電現象里有電荷，正負電荷可以單獨存在，在磁現象里有沒有磁荷？磁單極子是否存在？科學研究的新課題就是這樣通過類比提出來的，提出來后再通過實驗來尋找，通過實驗來驗證。

類比法可使知識條理化，它能分清概念和規律之間的相似和差異，從而發展知識的“空缺”，指引了研究的方向。門捷列夫元素周期表就是通過分析歸納抓住各元素的質量排列和電荷數排列，把它們的物理性質和化學性質作類比，從而發現了“空缺”，再有目的、有方向地尋找這些“空缺”對應的元素，并且獲得了巨大的成功。我們的中學物理最后介紹了基本粒子，現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規律，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，并由此提高創新能力。創新能力的培養主要是培養學生的創造性思維。創造性思維能力主要包括發散思維、收斂思維、靈感思維、直覺思維、形象思維等。

四、類比方法的局限性

類比是一種重要的推理方式，是人們認識新事物或有所新發現的重要思維方式。但類比不是一種嚴密的推理，類比推理的結果是否正確，還需要經過實驗來驗證。自然界中的各種事物既存在著相似性也存在著差異性，而不同事物之間差異性的存在卻恰恰限制了類比的范圍，所以由類比所得的結論不一定都是可靠的。這是因為：①事物之間的統一性和差異性是類比推理的客觀基礎，同一性提供了類比的根據，而差異性則限制了類比的結論。根據相似屬性進行類比推理時，推出的屬性如果正好是它們的差異性，類比的結論就會產生錯誤。②類比的邏輯根據是不充分的，類比是以對象之間的某些相似性為依據的，從兩個對象之間在某屬性方面的相似或相同，并不能得出它們在其它屬性方面也必然相似或相同的結論，因為相似性和推出的屬性之間不一定有必然的聯系。而類比推理是允許在不知道它們之間是否有必然聯系的前提下進行的。因此，同樣是運用類比推理得出的結論，有的可以是對的，有的可以是錯的。

經驗告訴我們，掌握的相似屬性越多，推出的結論的可靠性越高，而相似屬性越是本質的屬性，則類比推出的結論可靠性越高。所以自然界的各種事物存在的相似性是人們運用類比進行推理的客觀依據，一個物理理論不僅要能夠反映客觀事物的定性關系，還能夠反映它們的定量關系，不僅能夠概括描述客觀事物現已存在的已知東西，還能夠預言未知的東西，也就是說定量化與可演繹是一個成熟的物理理論不可缺少的方面。數學方程就具有定量與可演繹特征，因此解決物理問題必須用數學方法，沒有數學方法就沒有物理理論的科學表達，成熟的物理理論要用數學方程來表達。而同一個數學方程可以描述差別很大的不同的物理過程，這是一個數學公式的普遍性。因此，不同事物的屬性，數學方程式及其定量描述上有相似的地方，才可以比較；根據其相以的部分，推知其未知部分可能也是相似的，若超出方程式限制范圍進行類比得到的結論就不一定可靠了。

五、恰當運用類比方法進行教學

1、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。

我在教學中，充分發揮教材的這一方法，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。

2、運用因果類比

因果類比是根據相類比的兩個對象各自屬性之間可能具有相同的因果關系而進行的類比推理。在“電流的形成”的教學中，我用“水流的形成”相類比，推出“電流的形成”。我先說一句俗語的上句：“人往高處走 ?? ”學生就很自然地接著說：“水往低處流。”我馬上引導學生思考：怎樣才能形成水流呢？經過學生的思考和討論，得出：水流的形成是由于水有高度差（水往低處流）。我笑著說：“別忘了還應該要有水！”于是學生得出結論：形成水流的條件是有水和高度差。接著，我用水流跟電流類比，推出電流形成的條件，過程如下：

教師：水流可以說是水的定向移動，而電流是電荷的定向移動，它們之間很類似。形成水流的第一個條件是要有水，電流呢？

學生：要有電荷。（此處運用了簡單共存類比）

教師：確切地說，是要有自由電荷。那么，自由電荷在什么情況下會定向運動呢？ 學生：受到電場力。

教師：對！自由電荷在什么地方會受到電場力呢？ 學生：電場。

教師：在電路中，電池的兩極間有電壓，即有電勢差。當導體的兩端與電池的兩極接通時，它的兩端就有了電壓，導體中就有了電場。這樣，導體中的自由電荷在電場力的作用下定向移動，形成了電流。所以，跟水流的形成相類比，形成電流的另一個條件是什么？

學生：還要有電勢差（電壓）。這樣，通過水流的形成跟電流的形成相類比，抓住主要的特征，由此及彼，由因到果，類推出電流形成的條件，學生既容易理解，又不容易遺忘。

3、運用對稱類比

對稱類比是根據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，“磁”可不可以生“電”呢？根據電跟磁的對稱性，學生很自然地想到：“磁”應該也可以生“電”！。

4、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

“多普勒效應”最初是關于聲音傳播的定律，多普勒把光和聲進行了類比，指出“多普勒效應”不僅適用于聲波，也適用于光波．哈勃等天文學家根據“多普勒效應”解釋了天文學上的“紅移現象”進而得出宇宙大爆炸理論．

例 人們依據聲現象的一些特性與光現象特性進行類比

聲現象具有： 直線傳播 反射 折射 干涉 波動的特性

光現象具有 直線傳播 反射 折射 干涉 ？

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．

5、運用關系類比

它是根據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 牛頓發現的萬有引力定律，把天體力學與地上的力學統一起來，實現了物理學發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，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現．

6、運用協變類比

協變類比也稱數學相似類比，它根據兩個對象可能具有屬性之間的某種協變關系（定量的函數關系）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E＝hv，λ＝h／mv，此數學關系式被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F∝m1m2／r中，聯想到電荷之間的相互作用力也應遵從F∝q1q2／r2這一基本的電作用規律，于是就把庫侖力的定量關系類比于萬有引力公式，而得出F∝q1q2／r。

例如：圖線教學中，V–t圖線下的面積表示位移，F–t圖線下的面積表示沖量，I–t圖線下的面積表示電量，P–V圖線下的面積表示功，F–S圖線下的面積表示功。通過這些圖線的類比，學生們對圖線的物理意義有了深刻的認識。如果要求電容器的帶電量，我們可以作電容器的放電電流I隨時間t的變化規律圖線，再由圖線面積求電量Q。在恒定電流一章中有兩個U–I圖，一個是對定值電阻兩端電壓隨流經它的電流的變化規律的描述，遵循部分電路歐姆定律，導體電阻不同則圖線斜率不同；另一個是全電路中，路端電壓隨整個電路的總電流變化的規律。它們的研究對象不同，變化規律不同，物理意義也不同。通過類比能較好地弄清它們的使用條件和變化規律，使用起來也不會出現差錯

2六、運用類比法值得注意的幾個問題

1.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。

2.通俗不俗，科學嚴謹

選做類比的材料應當通俗，盡可能利用學生已有的知識，熟知的事物。但是，類比的材料不能太庸俗了，要和思想教育協調，取材要適合國情。例如，有的國外教材，以賭場里賭徒們的輸贏類比機械能守衡，雖然十分形象，也很貼切。但是這個類比對我國來說是低級庸俗的，不宜采用。通俗易懂與科學嚴謹是辨證統一的關系。通俗而不易懂，易懂而不嚴謹就失去了科學性。這里指得是相對某一層次、學生的某一認識階段的科學性，這里說的嚴謹，其中包括類比格式的嚴謹，要求相類比的兩個事物間相似點一一對應，而且要對應得當，類比推理才有說服力。

3.防止機械類比

應用類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，與生活聯系較緊的物理概念與物理現象等，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。

4.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。例如，教師比喻說：二極管的單向導電性就象自選商廠入口處的門，許進不許出。城市的學生可能明白，可農村的學生卻不知道自選商場是怎么回事。（２）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類比將會收到較好的效果。（３）要針對課堂氣氛。在課堂教學中，如果學生的注意力都很集中．他們對教師所授知識能順利接受，此時用不用無關緊要。用多了，用得不當，反而會產生負作用，影響學習效果。如果教師發現課堂上多數學生精神疲憊，就應當采用一些風趣幽默的類比來活躍氣氛，振奮學生的精神。運運用類比方法主要是為了教給學生一種物理思維的方法和接受、理解知識的一種方式。實踐證明，恰當地運用類比，物理課堂會更有氣氛，學生的學習的興趣會很濃，更重要的是學生對所學的知識不容易遺忘，而且學會“舉一返三”、“觸類旁通”。

結 論

綜上所述，類比方法類比法是借助于事物之間的相似性,通過比較將已經掌握的知識推移到新的研究對象的學習方法，在物理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想解決問題的方向，類比可激發學生探索的意向，引導學生進行探索，使學習成為學生自覺積極的活動，學生自覺不自覺地逐步掌握和運用類比方法，較好的培養了學生的邏輯思維和創新能力，為以后的終身學習奠定基礎。

參考文獻：

1、夏艷紅，類比法在物理教學中的應用，《山西廣播電視大學學報》2004年02期

2、劉慶賀，類比在初中物理教學中的應用，中學物理教學參考2005．7

3、寧蘊玉，中學物理教學中注重加強科學方法的教育，教育理論與實踐2005.8

4、滑文革，研究性學習導論，吉林教育出版社2001.8

5、李祖超，創造性思維與創新教育，物理教學2004.6

6、李長華;類比法在物理學中的應用[J];淮北煤炭師范學院學報(自然科學版);2004年04期;94-97

7、曹肇基;類比在核物理中的應用 [J];大學物理;2001年12期

第三篇：類比法在產品設計中的運用論文

摘要：類比法是一種推理方法，是對一類事物所具有的某種屬性，推測與它類似的事物也應具有這種屬性的方法，類比對象間共有的屬性越多，則類比結論的可靠性越大。通過類比法原理和類型分類以及類比技法，論述類比法在產品設計領域中地廣泛使用。

關鍵詞：類比法；產品設計；創新性

根據普遍聯系的哲學觀中所講的，事物總是處在這樣或那樣的聯系之中，完全孤立的事物是不存在的。“人以群分，物以類聚”就是指他們之間的有著一定的相似或相近性。這種共性存在，是由類比法推理而來的。類比法作為產品設計的一種方法，它是對兩個事物之間進行比較分析，從而推出這兩個事物其他方面的相同或相似性。

1類比法的概念

1.1類比法的概念

類比源于古希臘，其含義表示比例。類比法就是根據兩個或兩類對象之間在某些方面相同或相似而推出他們在其他方面也有可能相同的一種思維形式和邏輯方式。［1］這是運用類比推理形式進行論證的一種方法。類比法與其他邏輯思維方法相比，它屬于平行式思維方法。不管是哪種類比它都是在同層次之間進行的。亞里士多德在《前分析篇》中指出：“類推所表示的不是部分對整體的關系，也不是整體對部分的關系”。［2］對于類比的可靠程度，我們就要盡可能地尋找對象間更多的相同點。相同點越多，可靠性程度就越大，二者的關聯度就會越大，結論就可能越可靠。反之，結論的可靠性程度就會越小。產品是社會發展到一定階段的產物，它是人們生活和工作服務的工具，是人——自然——社會之間相互聯系的媒介，也是生活方式的物質媒介，是諸多信息展示的載體。［3］而產品設計主要是滿足于人們物質生活和精神層面的需求，從而進行的創新性的設計目的。在錘子的進化史中，從最初的打磨得很粗糙的擊打用的石頭，到詹姆斯內斯密斯1842年設計的巨型蒸汽錘。在此演化的過程中由石頭到蒸汽錘，“由此及彼”進行的類比推理，它們之間經過了一個歸納和演繹的程序。

1.2類比法的特點

類比法的特點是“先比后推”。“比”是類比的基礎，既要比它們的共同點，也要比它們之間的不同點。對象之間的共同點是類比法能否繼續施行的前提條件，如果對象之間沒有共同點，那么它們是無法進行類比推理的。類比法作為設計創新的一種方法，在運用時應遵循以下三個步驟：首先，找出事物的相似點；其次，對其相似點進行比照；再次，將相似點進行必要的加工并運用在設計中。

2類比法的原理及分類

在產品設計中的應用類比法是產品創新性的一種新方法，而各種方法又是相互貫通融合。類比法以比較為基礎，關鍵是發現和找出原型，還要具有豐富的想象力，它的原理包括兩個方面：異質同化和同質異化。

2.1異質同化

它是把陌生的事物看成熟悉的事物，再利用熟悉的觀點和角度對其認識，使陌生的事物有著熟悉事物的特性，從而達到轉陌生事物為所熟知的事物的理想狀態，進行關于新事物的創造構思。

2.2同質異化

用陌生的觀點和角度來分析熟悉的事物，借助利用與以往不同的觀點和角度來分析已知的事物，從而找出已知事物的新特性、新功能、新結構，來對已知事物進行新的設計。運用類比法在對產品進行設計之時，異質同化和同質異化是缺一不可，前者是前提和基礎，后者是創造設計的關鍵環節，我們應該對其進行全面的分析加以利用。以類比法為基礎對產品設計展開聯想時，它的實際連接方式是有所不同的。美國麻省理工學院W.J戈登把創造過程的類比分成四類，分別是直接類比、擬人類比、象征類比及幻想類比。第一，直接類比。直接類比是從自然界的現象中或社會中已有的成果中去尋找與之類似的事物，然后通過比較分析，得出啟發，進行創造構思。直接類比是比較直觀的一種分類，在對產品進行分析比較時，類比對象與設計的產品本質特征相似度越接近，成功率也就越大，反之越小。如仿生、功能模擬等。第二，擬人類比。又稱感情植入法或角色扮演。就是把研究的事物人格化，然后把自身設想為被研究對象的某個因素，對其進行想象。在現實生活中，最為常見的就是機器人，就是將人的動作植入機器人中，來模擬人的動作。第三，象征類比。象征類比主要是由具象化轉換為抽象化，將具象事物所具有的特征，對其進行抽象化的分析類比。對所要設計的產品，先進行總體的抽象化概括，然后對產品設計進行簡化，從而去尋找與之相類似的具體化事物，對其進行類比。象征法主要是根據場景或情節上的相似性，以圖案或相關題材為手段來實現象征功能的。例如，中國傳統文化中的梅蘭竹菊，分別有著自己象征性的寓意，將它們作為元素分別用在同一個產品上時，它們所傳達的意思也不是完全一樣的；玫瑰寓意愛情；書本寓意知識等等，生活中這樣的例子隨處可見。第四，幻想類比。幻想是不受任何事物限制，可以無限幻想，也可以借助科學和神話傳說來大膽想象。如由天上飛的鳥兒，人們通過幻想發明了可以在天上飛的飛機；水中游的魚兒，人們發明了潛水艇等。設計講究的是創新，創新就要打破常規，使用各種對之有效的方法，大量尋找有創新性的素材，對其進行“去粗取精，由此及彼”，最后加以整合，設計出最具創新性、符合人們需求的產品。

3類比法在產品設計中的使用技法

類比技法在產品設計中經常被使用，常用的技法主要有原型啟發法、移植法、仿生法三種。

3.1原型啟發法

設計強調的是創新，而原型啟發法強調的是啟發，以啟發為基礎進行的創造性的思維模式。主要是用人的創造性思維模式來觀察事物的原型，在原型的啟發下，將偶然性的事物經過觀察和分析，產生新的創新性思維方法。原型啟發法對產品設計存在著偶然性和機遇性。比如說我們最早使用的火爐，當火爐里的火不旺時，只要我們用鐵棍撥一撥，火苗就順著撥開的洞燃燒起來。以至于我們后期在前人的啟發下，發明了蜂窩煤。

3.2移植法

移植法與原型啟發法相比更加的具體，將某個產品的特性引用到另一個產品中去，對其進行加工改造，創造出一個全新的產品。在設計中，有許多產品的設計手法都是相通的，它們之間沒有一個嚴格的界限，都是利用相互間的共性，進行移植進行設計的。如對其產品的材質、色彩、功能的移植使用。

3.3仿生法

仿生設計法是一種創造性的設計思維，它區別于其他的設計方法，仿生設計主要以自然物為設計對象，對產品進行的創新型的設計過程。仿生設計最終追求的設計本質是“使產品回歸自然”。仿生法設計是產品設計中最常見的設計方法，它追求的是綠色的、自然的、人性化的設計方法，以原生生物狀態展示產品設計，使人們親近大自然，同時增加了產品的趣味性，緩解人們使用產品的疲勞感和壓力。

4結語

類比法是產品設計的一種創造性的思維方法，它使用原型啟發法、移植法、仿生法設計出許多具有創造性、有趣性、個性化的產品。在對產品進行設計時，利用對未知事物各種因素和已知事物各種因素，通過類比法的異質同化和同質異化的兩個基本原則的創造過程，把它們聯系起來，得出富有新意的創造方法。

參考文獻：

［1］袁希娟，龔耘.淺談類比法［J］.河北理工學院學報（社會科學版），2003.［2］何博超.亞里士多德（前分析篇）［M］.華東師范大學出版社，2015.［3］劉永翔.產品設計（第2版）［M］.北京：機械工業出版社，2009.

第四篇：類比思維在初中自然科學教學中的運用(新課標初中物理教案)

類比思維在初中自然科學教學中的運用

浙江樂清市虹橋鎮一中 梁太國

類比和類比方法是從兩個或兩類對象中有某些共有的、相同或相似的屬性，推導出一個對象可能具有另一個或另一類對象已經具有的屬性，利用已掌握對象的某一屬性去理解把握另一個對象的類似屬性的思想方法。

客觀世界具有相似性和統一性，如九大行星運動和電子繞原子核高速運動；電荷間相互作用和磁體間相互作用。正是這種統一性的啟發，奧斯特發現了電流的磁效應，法拉弟發現了電磁感應，麥克斯韋建立了電磁場理論。因此，類比和類比方法作用的意義是很大的。而將類比方法動用于教學，可以使學生更好地和掌握物理概念和規律，順利地實現知識的正遷移，打通各部分知識的橫向聯系，達到舉一翻

三、觸類旁通、啟迪思維的作用。

初中自然科學中，不少物理概念的建立和方法有著很大的類同性。如：密度、比熱、電阻等都是物質的特性之一，它們的引進和描述都是非常相似的。在教學中，只要牢固建立“密度是物質特性之一”這一重要概念，使學生正確理解“同種物質的密度與該物質的質量體積無關”這一概念，則在以后教學電阻和比熱等相似的概念時，教師只需略經點撥，就能順利實現知識的正遷移，較好地把握“電阻的大小與電壓和電流無關”和“比熱與熱量、質量和升高的溫度無關”的概念。又如勻速直線運動的速度、功率和壓強等物理量的意義的理解，只要講清單位時間、單位面積的含義，則對于某一速度數據15米／秒的意義就是速度的定義的具體化，不要把定義與數據的意義兩者割裂開來死記硬背，則如2000牛／平方米、7800千克／立方米、9.8牛／千克、5600 焦／秒等物理量數據的意義就能自然而然地理解，又有利于這些題的計算。又如只要掌握了速度定義式中Ｖ、Ｓ、Ｔ三個物理量之間的公式的三個變形，則壓強、密度、重力、功、功率等三個量之間關系的計算公式的變形，學生就能順利掌握運用。

初中自然科學中很多規律具有統一性和相似性。如杠桿、滑輪、滑輪組、斜面等，其機械原理是統一的。將動力和動力臂與阻力和阻力臂的關系：“動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一”，對學生講清并使學生牢固掌握，學生就能很順利地掌握其他幾種簡單機械的機械原理。又如，產生大氣壓的主要原因和液體內部壓強產生的原因是相同的，因此，類似地液體壓強的有關性質適用于大氣壓強，教師只需稍經點撥即可解決問題。自然科學中很多量所比較的物體或物質某一方面的性質都是非常相似的：如速度是比較物體運動快慢的物理量，壓強是比較壓力效果大小的物理量，功率是比較做功快慢的物理量等。

現行自然科學教材是將生物、物理、化學、生理衛生合成一科的，其原因就是這些學科的學習和研究方法是類似的。因此我們更應該注意挖掘這方面的潛力，如壓強的大小與壓力的大小和受力面積的大小都有關，實驗時先固定受力面積的大小，看壓強與壓力的大小的有什么關系，然后再固定壓力的大小，看壓強與受力面積有什么關系，然后歸納。類似的導體電阻的大小實驗、滑動摩擦力的實驗、歐姆定律的實驗、溶解度的引進等。都采用相同的方法進行。運用類比和類比方法既能使學生較順利地掌握知識，又能使學生較好地學到手科學研究的方法，起著的一舉多得的作用。

自然科學中有些實驗的理解也比較困難，我們也可用類比的方法，可使學生順利掌握。如用100毫升水和100毫升酒精混合后的體積少于200 毫升的實驗來證明分子之間有空隙。這個實驗學生很難理解，本人是這樣進行的：準備一種較細的砂子和一種較粗的砂子，實驗時分別用200 毫升的燒杯量取細砂和粗砂各滿滿的一燒杯，然后將它們均勻混合，再用這200毫升的燒杯去量取，兩滿燒杯還差很多，原因是細砂鉆進粗砂的空隙中去了，最后再做水與酒精混合的實驗，這樣非常直觀，學生就會很好地理解。

有些物理量、知識點不易理解和記憶，為幫助學生理解和記憶也可采用類比方法。如密度的物理意義及其引進，可采用：兩塊地，甲地塊2畝，栽種玉米3000棵，乙地塊3畝，栽種高粱2400棵，則甲地塊植物的密度比乙地塊的密度大，類似的１立方米的銅的質量是8900千克，而１立方米鐵的質量是7800千克，所以銅的密度比鐵的密度大。又如學生初學電路時，對被短路的電燈不亮很難理解，可以這樣來解釋：一批同學從甲地到乙地，有一條平路和一條山路，如讓同學們選擇，山路還有人走嗎？因此被短路的電燈中沒有電流通過，燈不亮。

類比和類比方法有其局限性，由類比方法得出的結論并不都是可靠的，因此由類比得出的結論，必須由實驗證實或論證。學生會使用類比去亂解題，從而造成錯誤，這也必須引起每個教師注意的。學生限于生活和知識，目前接觸的都是成正比例等線性的數量關系，因此他們認為所有都是成正比例的，從而造成錯誤。如下面一類題：某物體的質量為48克時，體積是20立方厘米，該物質的密度是＿＿＿。將該物質切去二分之一剩下質量24克時，此時該物質的密度是＿＿＿。生錯答為：“1.2 克／立方厘米”。又如：一用電器兩端電壓為10Ｖ時，通過導體的電流是２Ａ，則該導體的電阻5歐，當該用電器兩端的電壓增加到20Ｖ時，該導體的的電阻是＿＿＿。生錯答為：“10歐”。

類比法還可應用于其他學科的教學，運用得當同樣可起著事半功倍的效果。例如數學中的多項式除以多項式：

6x3+9x2+2x+3 ÷ 3x2+1 = 2x+3的豎式計算可用6923÷301的豎式計算來類比。

第五篇：演示法在實際教學中的運用

演示法在實際教學中的運用

演示教學是指教師在課堂教學中，運用教具或教學儀器進行表演和示范操作，利用樣品、標本、模型等實物和各種掛圖、音像資料向學生提供感性材料，并指導學生進行觀察、分析、歸納，以獲得知識的行為方式。

上學期我擔任幼師班的游戲課教學。幼兒游戲主要包括創造性游戲和規則性游戲。我在教學中主要運用的教具有：圖片、錄音機、掛圖、自制教具、實物等配合講解動作進行表演和示范。

提高了學生的學習興趣，在理解理論知識的同時為學生理解抽象的理論知識，使抽象的講解變得通俗易懂，運用演示法給學生的印象更加深刻，達到了更好的教學效果。

比如：我在上音樂游戲課時，課前準備了“數高樓”的圖片及錄音機。當講到音樂游戲的教學步驟時，先板書：1，聽律動進教室。

然后放錄音，讓同學們當小朋友聽音樂進教室。

2.教音樂游戲（板書）

@出示圖片。

我邊板書，邊以幼兒園老師的口吻：“小朋友，老師給你們帶來了一張漂亮的圖片，你們看圖片上有什么？（學生回答：白云、馬路、高樓、小朋友、、、、、）

“我們一起數一數，共有幾層樓？”、、、、、、、、、、、、、、、然后進入下一步驟：@教學歌詞。

整個教學過程中，始終以老師與小朋友的情景角色貫穿教學。比如，智力游戲：奇妙的口袋。主要運用實物皮球、積木、小汽車等進行演示，開始老師講解游戲的玩法和規則的理論知識，再用皮球、積木、小汽車等實物進行演示，邊講解邊演示，把整個游戲的玩法和規則貫穿在“奇妙的口袋”的實例中，使學生直接看到了知識點在實踐中是怎樣運用的。在學生頭腦中有一個深刻的印象，激發了學生的興趣。

此外，配合練習法，講完理論知識后，讓學生上來演示直觀教具，鍛煉學生的實踐能力。

通過直觀演示和情景教學，便于老師了解學生對知識的掌握情況，體現了學生的主體作用，同時培養了學生的創新精神和實踐能力，使學生的實際工作能力得到提高。

許多學生一開始膽小，不敢說，不敢上來練習，經過幾次課的鍛煉，她們都能比較自如地講解，受到了很好的教學效果。

這樣既調動了學生的學習能力，又提高了教學質量，同時運用老師與小朋友這種情景教學，讓學生體驗當一名幼兒教師應怎樣組織游戲。

在今后的工作中，我還要不斷探索演示法的新技能，使這些技能充分地為教學服務，取得更好的教學效果。

趙國英

２００９.３.２5.