类比法在大学物理电磁学教学中的运用

第一篇：类比法在大学物理电磁学教学中的运用

类比法在大学物理电磁学教学中的运用

类比法在大学物理电磁学教学中的运用

一、引言

物理学作为自然科学的带头学科，是当代科学技术发展的最重要基础，而大学物理课程又是国内高校理工科专业的基础必修课程。它所阐明的物理学知识、基本概念、定理规律和研究方法，不仅是学生继续学习专业课程和其他科学技术的基础，也是培养和提高学生科学素质、科学思维方法和科技创新能力的重要途径。湖北大学的“大学物理”课程作为一门公共基础课程，面向全校理工科专业大学一年级的学生，目前采用的是马文蔚主编的《物理学》（第六版）

教材，其中包含了力学、电磁学、振动和波、光学、热学和近代物理学这六大板块。其中电磁学板块学习难度相对较大，往往会给初学者带来许多困惑，所以如何通过适当的教学方法运用来促进学生学习，提升教学效果，也是我在这篇文章中所要阐述的主题。

二、大学物理电磁学教学的概况

1.大学物理电磁学的知识特点：在马文蔚《物理学》（第六版）的教材中，电磁学部分的内容涉及到第五章《静电场》，第六章《静电场中的导体和电介质》，第七章《恒定磁场》和第八章《电磁感应和电磁场》，公式众多，内容繁杂，是本教材中难度较大的一个部分。之前学生在高中物理的课堂上学习电磁学，将主要的研究对象设置为带电粒子和载流导线，研究的重点也放在了它们的受力和运动上，所以这更像是牛顿力学在电场和磁场中的一种体现而已，即电场和磁场中的力学。而大学物理学习电磁学，研究对象则从电荷和电流变成了由

它们所产生的电场和磁场，但是场作为一种物质，却与我们之前研究的实物有着很大的不同：首先，实物集中在有限范围内具有集中性，而场分布范围广泛具有分散性；第二，对场的描述需要逐点进行，不能像实物那样只需作整体描述。所以研究对象的变化自然也带来了研究方法的变化，描述场中各点性质的基本物理量也就成为了我们讨论的重点，所以才利用库仑定律和电场强度叠加原理来计算电场强度，利用电场强度的路径积分或电势叠加原理来计算电势，再利用毕奥-萨伐尔定律和磁感强度叠加原理来计算磁感强度。而从静电场中的高斯定理和环路定理到磁场中的高斯定理和安培环路定理，对场的内在物理性质的分析也就成为了这两章的核心内容。

2.教学对象所面临的困惑：在对电磁学各基本物理量的计算和对各基本定理的推导及应用中，都要涉及到大量的高等数学微积分知识，于是这也让其教

学对象――大学一年级的理工科学生产生了许多困惑。他们往往会在诸如电场强度叠加原理的积分公式、毕奥-萨伐尔定律的矢量公式、高斯定理的曲面积分公式和环路定理的环路积分公式等复杂公式面前迷失了前进的方向，在满PPT屏幕或满黑板的公式推导和积分运算中丧失了学习的兴趣，或错误地把大学物理当成又一门高等数学课，认为只要会计算微积分就能学好电磁学的知识，或沮丧地觉得自己高等数学没有学好，因此大学物理也很难学的明白透彻。所以为了消除教学对象所存在的这些困惑，我们必须引入一些电磁学学习的基本方法，如微元法、补偿法、对称性分析法，以及接下来我们所要介绍的类比法。

三、类比法在电磁学教学中的应用

1.类比法的介绍：类比法（Method of analogy）也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。这是运用类比推理形式进行论证的一种方法，与其他思维方法相比，类比法属平行式思维的方法。无论哪种类比都应该是在同层次之间进行。亚里士多德在《前分析篇》中指出：“类推所表示的不是部分对整体的关系，也不是整体对部分的关系。”类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，既要“比”共同点也要“比”不同点。对象之间的共同点是类比法是否能够施行的前提条件，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。类比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是结论，那么类比思维的过程就是一个推理过程。按照思维方向分类，类比又可分为单向类比、双向类比和多向类比，而我们在大学物理电磁学教学中采用的正是双向类比，将静电场和恒定磁场这两部分内容作为类比的对象。

2.利用类比法来学习静电场和恒定磁场：在静电场和恒定磁场的学习中，我们发现许多物理量遵循着相类似的规

律，表现为描述此类规律的方程式有着相同的形式，例如电场强度与磁感强度，电位移矢量与磁场强度矢量，电偶极子与磁偶极子，电场强度通量与磁通量等。它们尽管物理本质不同，但是所遵循的规律形式相类似。在分析此类物理问题时便可借助类比的方法，通过其中一个已知物理量的规律去推测相应的另外一个物理量的规律，可以将学生从枯燥的数学推导中解脱出来，将更多的注意力放在物理概念本身的内涵上。比如在学习磁感线的时候，我们便可以将其与电场线相类比。它们有许多共同点，都是对场的物理图像做出了非常直观的几何化形象描述，可将抽象的朦胧电磁认知化为直观的清晰图景，从中感受到场存在的直观对称和谐美。同样的，由法拉第提出的“力线”，切线方向表示磁感强度（或电场强度）的方向，其密度则为磁感强度（或电场强度），而且任意两条磁感线（或电场线）都不相交。但它们的不同点也很明显：电场线总是始于正

电荷，终止于负电荷，不形成闭合曲线；而磁感线则是围绕电流的闭合曲线，没有起点，也没有终点。磁感线与电场线的共同点决定了定量描述它们的物理量电场强度通量和磁通量表述形式相一致，而它们的不同点则决定了静电场与恒定磁场性质的巨大差异，由此得出的静电场和磁场中的高斯定理分别表明了静电场是有源场，而恒定磁场却是无源场。

再比如在?W习磁介质时，我们也可以通过与电介质的类比将问题予以简化。在电介质中，束缚在介质表面的是极化电荷，而在磁介质的表面则存在磁化电流；我们用电介质中单位体积内分子电偶极矩的矢量和来表示电介质的极化程度，定义为电极化强度P，又用磁介质中单位体积内分子的合磁矩来表示介质的磁化程度，定义为磁化强度M。接下来通过数学推导，得出电介质中的辅助矢量――电位移D和磁介质中的辅助矢量――磁场强度H；最后再由此分别给出电介质中的高斯定理和磁介

质中的环路定理。它们的计算功能也很类似，前者可以用来求对称分布电荷的电位移D和电场强度E，后者则可以用来求对称分布电流的磁场强度H和磁感强度B。

四、结语

电磁学的发展，经历了库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等物理学大师们的不断努力，才形成了最终的经典电磁场理论，成就了物理学史上的第三次大综合。这是人类一代代探知外在客观、探知各种规律的一个永无止境的过程，是一个后人不断补充、不断修正乃至推翻前人认识的不断进取的过程。而电磁学教学也在整个大学物理的知识体系中占据了相当重要的地位，所以作为教学工作者，我们要不断开拓教学新思路，通过新的教学方法实践来培养学生兴趣，促进教学发展，为学生日后的专业课，如电磁场与电磁波，电介质物理和铁磁学的学习奠定良好的基础。

第二篇：毕业论文-类比法在物理教学中的应用

类比法在物理教学中的应用

东北师大 0509物理教育专业 刘缤藻

摘要：本文述了：类比方法的概念、特点、分类；它在物理学史及中学物理教学上的作用；类比方法的局限性；教学中的实践应用和运用类比法教学的注意问题。说明类比这种研究方法在中学物理教学中有降低初高中物理教学的台阶、可以帮助学生突破知识难点、可以提高课堂教学效益、可以培养学生的类比思维和创新能力的作用。学生能掌握类比这种研究方法对其终身学习和发展都具有重要的意义。

关键词：类比方法 物理教学 思维创新

前 言

物理学是一门基础科学，是自然科学和技术科学的基础，对促进经济与社会的发展具有重要作用。物理学的研究方法对于探索自然现象具有普遍意义。类比方法是一种重要的物理思维方法，它可以使知识条理化，把抽象的知识形象化，把复杂的问题简单化；它能帮助学生融会贯通所学的知识，提高学生分析、解决问题的能力，同时能较好的培养学生的逻辑思维和创新能力。因此，在教学中有意识的渗透或传授类比方法，使学生受到熏陶和训练，使学生自觉不自觉地逐步掌握和运用类比方法，为以后的终身学习奠定良好的方法基础。

一、类比方法及其常见分类

1、什么是类比法

类比法是通过两个或两类研究对象进行比较，找出它们之间相同点和相似点，并以此为根据把其中某一个或某一类对象的有关知识和结论，推移到另一个或另一类对象上，从而推论出它们也可能有相同或相似的结论的一种逻辑推理和研究方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。

与其它思维方法相比，类比法属平行式思维的方法。与其它推理相比，类比推理属平行式的推理。无论那种类比都应该是在同层次之间进行。亚里士多德在《前分析篇》中指出：“类推所表示的不是部分对整体的关系，也不是整体对部分的关系。”类比推理是一种或然性推理，前提真结论未必就真。要提高类比结论的可靠程度，就要尽可能地确认对象间的相同点。相同点越多，结论的可靠性程度就越大，因为对象间的相同点越多，二者的关联度就会越大，结论就可能越可靠。反之，结论的可靠性程度就会越小。此外，要注意的是类比前提中所根据的相同情况与推出的情况要带有本质性。如果把某个对象的特有情况或偶有情况硬类推到另一对象上，就会出现“类比不当”或“机械类比”的错误。

2、类比法的特点

类比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是结论，那么类比思维的过程就是一个推理过程。古典类比法认为，如果我们在比较过程中发现被比较的对象有越来越多的共同点，并且知道其中一个对象有某种情况而另一个对象还没有发现这个情况，这时候人们头脑就有理由进行类推，由此认定另一对象也应有这个情况。现代类比法认为，类比之所以能够“由此及彼”，之间经过了一个归纳和演绎程序即：从已知的某个或某些对象具有某情况，经过归纳得出某类所有对象都具有这情况，然后再经过一个演绎得出另一个对象也具有这个情况。现代类比法是“类推”。

类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，“比”既要共同点也要“比”不同点。对象之间的共同点是类比法是否能够施行的前提条件，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。

3、类比法分类

根据不同的标准，类比法可以分为以下不同类型：

⑴根据类比中对象的不同，类比可分为个别性类比、特殊性类比和普遍性类比等类型 ⑵根据类比中的断定不同，类比可分为正(肯定式)类比、负(否定式)类比和正、负(肯定否定式)类比等类型

⑶根据类比中的内容不同，类比可分为性质类比、关系类比、条件类比等类型 ⑷根据类比中的前提和结论中的对象不同，类比可分为同类类比和异类类比等类型。同类类比又可分为“以己推人”式类比、“以人推己”式类比、“以人推人”式类比、“以物推物”式类比等类型；异类类比又可分为“以人推物”式类比、“以物推人”式类比等类型。⑸根据思维方向，类比可分为单向类比、双向类比和多向类比等类型。

⑹根据结论的可靠程度，类比可分为科学类比和经验类比等类型。此外，根据对象的多少，类比还可分为完全类比和不完全类比等类型。

二、类比法在物理学史上的作用

物理学史上，常用的类比方法有等效类比、关系类比、协变类比、模型类比、对称类比等。类比被誉为科学活动中的“伟大的引路人”，在很多关键时刻，科学家巧妙地运用了类比推理，提出科学假说，从而获得巨大成功。康德曾说过：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往指引我们前进”。法拉第了解到奥斯特发现电流能产生磁场后，就很自然地进行了逆向思考和对称类比推理，通过探索、研究、实验，终于发现磁场中获得电流的方法，使电磁学得到突飞猛进的发展。麦克斯韦不仅注意到物理现象、定律之间以及物理现象、定律与其他事物之间的局部相似性，而且考虑到数学形式的类比，运用协变类比法，他创造性地建立了电磁学方程，建立了完整的电磁场理论。

三、类比法在中学物理教学中的作用

学生往往习惯于形象思维，缺乏抽象思维和逻辑推理能力，因此对抽象的物理概念难于接受和理解。在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，发展学生的思维能力。

类比方法在中学物理教学中的具体作用主要有以下几个方面：

1、降低初、高中物理教学 “台阶”的作用

初中物理教学基本上是建立在形象思维基础上的，它以生动的自然现象和直观的实验为依据，从而使学生通过形象思维获得知识。初中物理中的大多数问题看得见、摸得着。进入高中后，物理教学便从形象思维向抽象思维领域过渡，其知识性、逻辑性、抽象性和应用性都要强，学生在学习时感到难以适应。大多数学生感觉由初中到高中物理学科的跨度比较大，存在着“台阶”问题。其中高中物理采用了较多抽象思维和逻辑推理的方法，是这个台阶存在的重要原因之一。

在教学中做好新旧知识的同化可以减少学生学习的困难。教师应当在备课时细致捉摸高中教材所研究的问题跟初中教材曾研究的问题，在言语、方法、思维特点等方面进行类比，找出存在的差别和内在的联系，明确新旧知识之间的联系与差异，确定课堂教学中如何启发与指导，使学生能利用旧知识来同化新知识，顺利的达到知识的迁移。

教学难点的突破，是教学中的一个重要环节。其突破方法是：先依托已经掌握的一些基本的物理模型，如两小球的碰撞模型、人船模型、爆炸模型等，然后再把将待研究的问题与类似的已知规律的物理模型或物理过程进行比较，找出其“相当”的物理量，然后直接套用有关公式，使问题顺利解决决。因此，运用类比法解决物理问题时，经常可以简化求解过程。例 在学习电场强度E=F/q这个概念时，可以先复习部分电路的欧姆定律，对公式R=U/I，在初中时，学生已经知道R与U并不成正比，与I也不成反比，它是物体本身的一种属性，给导体加电压的目的是为了检测其电阻阻值的大小，对电阻即使不加电压，它对电流的阻碍作用也是一样存在的；电场中某点电场强度E是确实存在的一种物质，与在该点有没有引入检验电荷、检验电荷的电性、电量等无关，它是由产生这个电场的电荷决定的。通过这样类比，把学习电场强度的方法与学习电压的方法进行同化，使学生容易接受新知识。

2、提高课堂教学效益的作用 不同的物理知识之间有许多相同或相似的特征，他们遵守着相同或相似的物理规律，对它们的研究所采用的物理方法也受其特征的制约。在中学物理知识在中，电磁学知识有一相同特征是其抽象性，因此在学习这部分知识时，常用它们与力学知识之间的相似性，采取类比法进行教学，可以收到事半功倍的效果。

在平常的物理学习中，学生往往会觉得物理知识看得懂，也听得懂，但做起题来就是容易出错。究其原因，学生缺乏知识的系统化，所学的知识是零散的，没有融会贯通，所以学习效果并不好。如果在平时的课堂教学中，要有意识的运用类比方法。如，弹簧的串联1/K=1/K1+1/K2，电容器的串联1/C=1/C1+1/C2，电阻的并联1/R=1/R1+1/R2，电阻的串联R=R1+R2，弹簧的并联K=K1+K2，电容器的并联C=C1+C2。把它们联系起来，形成知识体系，对学生的学习就能起到事半功倍的作用。还有象v—t图象的面积为位移、F—t图象的面积为冲量、P—V图象的面积为气体做功、U—I图象的面积为电流做功的功率，机械波—电磁波—光波---物质波的类比等等。运用类比法把相关的物理知识联系起来，可以帮助学生理解、记忆、掌握这些相关知识，从而提高课堂教学效益。

3、培养学生的类比思维、提高创新能力的作用

高、初中教材提供了很多利用类比的素材，教师在教学中应不失时机地引导学生对新知识进行恰当的类比，抓住知识系统中同类要素的联系，按照知识本身的结构规律通过类比迁移，不仅可以使学生以快速的获取知识，深刻地领会和掌握知识，而且还能使学生产生一种对问题的敏感性，迅速抓住问题的要害，找出解决问题的途径，这对于学生形成思维能力、提高素质都有很大的作用。

为了使教育面向未来，培养适应未来变革的人才，在加强基础知识教学的同时，要培养学生善于从自然界或者已有知识中，寻找与创造对象相类似的东西，加以模拟，并创造出新的东西来。

在运用类比方法培养学生的创新能力时，首先要让他们了解类比方法在物理学的发展过程中经常起着启示、探索、开路和创新的作用，许多新概念、新规律、新理论的提出借助于类比。如：卢瑟福通过α粒子散射实验知道：在原子中有一个仅占原子体积小部分(约十万分之一)但却具有绝大部分质量（99.97%）的核,而核外电子只有极小的质量；这种模型与太阳作为太阳系的核心，它占有太阳系总质量的99.87%，但体积却只占有大阳系空间的极小部分，而且原子核与电子之间的吸引力，以及大阳与行星之间的万有引力，都遵从与距离的平方成反比的规律。于是他运用类比方法把原子内部的情况和太阳系的结构进行类比，太阳系是由处于核心的太阳和环绕它运行的一系列行星构成的，因此，卢瑟福于1911年提出了原子是由电子环绕带正电荷的原子核组成的这样一个原子核结构的行星模型假说。

通过类比，介绍知识的新领域，提出新的问题，把创造性思维的培养和开发引向科学的前沿。高中教材在介绍磁单极子的内容时，就采用了类比的方法：带电体周围有电场；磁体周围有磁场；同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，这是它们的相似之处。但它们又不完全相似，在电现象里有电荷，正负电荷可以单独存在，在磁现象里有没有磁荷？磁单极子是否存在？科学研究的新课题就是这样通过类比提出来的，提出来后再通过实验来寻找，通过实验来验证。

类比法可使知识条理化，它能分清概念和规律之间的相似和差异，从而发展知识的“空缺”，指引了研究的方向。门捷列夫元素周期表就是通过分析归纳抓住各元素的质量排列和电荷数排列，把它们的物理性质和化学性质作类比，从而发现了“空缺”，再有目的、有方向地寻找这些“空缺”对应的元素，并且获得了巨大的成功。我们的中学物理最后介绍了基本粒子，现在基本粒子已达到几百种，这些基本粒子是不是同一层次，什么是它们排列的主线，它们之间存在着什么规律，可以建立什么样的模型和理论，这正是当代科学家进攻的前沿阵地之一，这些问题的解决，类比法自然要发挥它的巨大作用

一种思维能力的形成单有了解是远远不够的，它要经过反复的运用、训练才能形成。因此，在教学中要挖掘素材，指导学生注意抓住相关现象的本质特征，教会学生用类比的方法进行思考，并用类比方法解决问题，学生经过一定的熏陶、训练之后，一般都能较好的掌握类比方法，并由此提高创新能力。创新能力的培养主要是培养学生的创造性思维。创造性思维能力主要包括发散思维、收敛思维、灵感思维、直觉思维、形象思维等。

四、类比方法的局限性

类比是一种重要的推理方式，是人们认识新事物或有所新发现的重要思维方式。但类比不是一种严密的推理，类比推理的结果是否正确，还需要经过实验来验证。自然界中的各种事物既存在着相似性也存在着差异性，而不同事物之间差异性的存在却恰恰限制了类比的范围，所以由类比所得的结论不一定都是可靠的。这是因为：①事物之间的统一性和差异性是类比推理的客观基础，同一性提供了类比的根据，而差异性则限制了类比的结论。根据相似属性进行类比推理时，推出的属性如果正好是它们的差异性，类比的结论就会产生错误。②类比的逻辑根据是不充分的，类比是以对象之间的某些相似性为依据的，从两个对象之间在某属性方面的相似或相同，并不能得出它们在其它属性方面也必然相似或相同的结论，因为相似性和推出的属性之间不一定有必然的联系。而类比推理是允许在不知道它们之间是否有必然联系的前提下进行的。因此，同样是运用类比推理得出的结论，有的可以是对的，有的可以是错的。

经验告诉我们，掌握的相似属性越多，推出的结论的可靠性越高，而相似属性越是本质的属性，则类比推出的结论可靠性越高。所以自然界的各种事物存在的相似性是人们运用类比进行推理的客观依据，一个物理理论不仅要能够反映客观事物的定性关系，还能够反映它们的定量关系，不仅能够概括描述客观事物现已存在的已知东西，还能够预言未知的东西，也就是说定量化与可演绎是一个成熟的物理理论不可缺少的方面。数学方程就具有定量与可演绎特征，因此解决物理问题必须用数学方法，没有数学方法就没有物理理论的科学表达，成熟的物理理论要用数学方程来表达。而同一个数学方程可以描述差别很大的不同的物理过程，这是一个数学公式的普遍性。因此，不同事物的属性，数学方程式及其定量描述上有相似的地方，才可以比较；根据其相以的部分，推知其未知部分可能也是相似的，若超出方程式限制范围进行类比得到的结论就不一定可靠了。

五、恰当运用类比方法进行教学

1、运用共存类比

简单共存类比是以简单关系为推理中介的类比思维。这种类比最简单，在引入新课时运用得最多，学生最容易接受。在高中物理教材中，引入磁场概念时便运用了简单共存的类比思维。

我在教学中，充分发挥教材的这一方法，结合学生的实际情况进行教学。首先，把电场与磁场有关的相似属性列出：如电荷与电荷之间有相互作用力，磁极与磁极之间也有同名磁极相斥、异名磁极相吸的现象；这样由电荷周围存在电场，可以类比推出磁极周围也应存在磁场；由电荷间作用力不能直接发生，需要电场传递，可以类比推出磁极间相互作用力也不能直接发生，传递磁极间的相互作用也要靠一种场--磁场；由电场是一种物质，可推知磁场也是一种物质。

2、运用因果类比

因果类比是根据相类比的两个对象各自属性之间可能具有相同的因果关系而进行的类比推理。在“电流的形成”的教学中，我用“水流的形成”相类比，推出“电流的形成”。我先说一句俗语的上句：“人往高处走 „„ ”学生就很自然地接着说：“水往低处流。”我马上引导学生思考：怎样才能形成水流呢？经过学生的思考和讨论，得出：水流的形成是由于水有高度差（水往低处流）。我笑着说：“别忘了还应该要有水！”于是学生得出结论：形成水流的条件是有水和高度差。接着，我用水流跟电流类比，推出电流形成的条件，过程如下：

教师：水流可以说是水的定向移动，而电流是电荷的定向移动，它们之间很类似。形成水流的第一个条件是要有水，电流呢？

学生：要有电荷。（此处运用了简单共存类比）

教师：确切地说，是要有自由电荷。那么，自由电荷在什么情况下会定向运动呢？ 学生：受到电场力。

教师：对！自由电荷在什么地方会受到电场力呢？ 学生：电场。

教师：在电路中，电池的两极间有电压，即有电势差。当导体的两端与电池的两极接通时，它的两端就有了电压，导体中就有了电场。这样，导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成了电流。所以，跟水流的形成相类比，形成电流的另一个条件是什么？

学生：还要有电势差（电压）。这样，通过水流的形成跟电流的形成相类比，抓住主要的特征，由此及彼，由因到果，类推出电流形成的条件，学生既容易理解，又不容易遗忘。

3、运用对称类比

对称类比是根据两个对象属性之间的对称关系进行的类比。客观世界中也确实存在着许多的对称关系（例如：物体形状或几何形体的对称性、正负电荷与南北磁极的对称性、粒子与反粒子的对称等），这也是进行对称类比的基础。在电磁感应的教学中，我列出电与磁的对应的特征：正负电荷与磁南北磁极相对应；电荷的相互作用与磁极的饿相互作用相对应；电场与磁场相对应。接着提出一个问题：电流有磁效应，也就是说“电”可以生“磁”，那么，“磁”可不可以生“电”呢？根据电跟磁的对称性，学生很自然地想到：“磁”应该也可以生“电”！。

4、运用性质类比

是指对象各个属性之间的关系仅仅在于它们都是同一对象的属性．

例

“多普勒效应”最初是关于声音传播的定律，多普勒把光和声进行了类比，指出“多普勒效应”不仅适用于声波，也适用于光波．哈勃等天文学家根据“多普勒效应”解释了天文学上的“红移现象”进而得出宇宙大爆炸理论．

例 人们依据声现象的一些特性与光现象特性进行类比

声现象具有： 直线传播 反射 折射 干涉 波动的特性

光现象具有 直线传播 反射 折射 干涉 ？

所以光可能也具有波动的特性．这一结论被后来的研究和实验所证实．

5、运用关系类比

它是根据两个对象各自属性之间可能具有的相同因果关系而进行的类比推理． 例 牛顿发现的万有引力定律，把天体力学与地上的力学统一起来，实现了物理学发展史上的第一次大综合，这其中就要应用关系类比的方法，高山上用力抛出的石头，初速度越大，则抛出越远，如果速度足够大，则石头可能绕地球运转而不落向地面，摇动系着绳子的石头，则石头可做圆周运动；而天上的月亮能作圆周运动，也可能象石头一样是受向心力作用，而这一向心力就是月亮与地球间的引力，从而导致万有引力定律的发现．

6、运用协变类比

协变类比也称数学相似类比，它根据两个对象可能具有属性之间的某种协变关系（定量的函数关系）进行的类比推理。也就是说：两个对象有若干属性相同或相似，并且在两者数学方程式相同或相似的情况下，推论在其他方面的属性也相同或相似。德布罗意在1924年提出物质波公式的推理过程：光具有粒子性和波动性，所以实物料子也具有粒子性和波动性：所以实物粒子也可能具有方程式E＝hv，λ＝h／mv，此数学关系式被1927年的电子衍射实验所证实；库仑在电磁学研究中从牛顿的万有引力定律公式F∝m1m2／r中，联想到电荷之间的相互作用力也应遵从F∝q1q2／r2这一基本的电作用规律，于是就把库仑力的定量关系类比于万有引力公式，而得出F∝q1q2／r。

例如：图线教学中，V–t图线下的面积表示位移，F–t图线下的面积表示冲量，I–t图线下的面积表示电量，P–V图线下的面积表示功，F–S图线下的面积表示功。通过这些图线的类比，学生们对图线的物理意义有了深刻的认识。如果要求电容器的带电量，我们可以作电容器的放电电流I随时间t的变化规律图线，再由图线面积求电量Q。在恒定电流一章中有两个U–I图，一个是对定值电阻两端电压随流经它的电流的变化规律的描述，遵循部分电路欧姆定律，导体电阻不同则图线斜率不同；另一个是全电路中，路端电压随整个电路的总电流变化的规律。它们的研究对象不同，变化规律不同，物理意义也不同。通过类比能较好地弄清它们的使用条件和变化规律，使用起来也不会出现差错

2六、运用类比法值得注意的几个问题

1.正确对待类比推理的或然性

“任何比喻都是蹩脚的。”类比方法跟比喻方法很类似，也存在着不足的地方：由类比所得出的结论都具有一定的或然性，有时会出现错误。从两个对象之间在某些方面的相同或相似，并不一定得出它们在其他属性方面也必然相同或相似的结论。我运用类比方法时都注意到这个问题。

2.通俗不俗，科学严谨

选做类比的材料应当通俗，尽可能利用学生已有的知识，熟知的事物。但是，类比的材料不能太庸俗了，要和思想教育协调，取材要适合国情。例如，有的国外教材，以赌场里赌徒们的输赢类比机械能守衡，虽然十分形象，也很贴切。但是这个类比对我国来说是低级庸俗的，不宜采用。通俗易懂与科学严谨是辨证统一的关系。通俗而不易懂，易懂而不严谨就失去了科学性。这里指得是相对某一层次、学生的某一认识阶段的科学性，这里说的严谨，其中包括类比格式的严谨，要求相类比的两个事物间相似点一一对应，而且要对应得当，类比推理才有说服力。

3.防止机械类比

应用类比的首要问题就是研究两类事物的可比性，即使是两个可以进行类比的事物，也不可能所有属性处处相似，点点对应。它们之所以是两个事物，必存在差异性。在进行类比时，有时要告诉学生两事物间哪些方面可比，哪些方面不可比，避免机械类比的错误。对本身就比较直观，与生活联系较紧的物理概念与物理现象等，没有必要非用类比，用了反倒显啰嗦，冲淡主题，使教学重点得不到突出。

4.要有针对性

教学中类比要用得好、用得巧，必须具有针对性。即：（1）针对不同的学生选用不同的类比材料。例如，教师比喻说：二极管的单向导电性就象自选商厂入口处的门，许进不许出。城市的学生可能明白，可农村的学生却不知道自选商场是怎么回事。（２）要针对物理教学内容和目的。如果教学内容比较抽象，呆板。适于运用一些较轻松活泼的类比。如果教学内容具有较严密的逻辑性，与前面的知识有些必然的联系，运用类比比较合适（如重力场和电场的类比）；在进行单元或总复习时运用系统类比将会收到较好的效果。（３）要针对课堂气氛。在课堂教学中，如果学生的注意力都很集中．他们对教师所授知识能顺利接受，此时用不用无关紧要。用多了，用得不当，反而会产生负作用，影响学习效果。如果教师发现课堂上多数学生精神疲惫，就应当采用一些风趣幽默的类比来活跃气氛，振奋学生的精神。运运用类比方法主要是为了教给学生一种物理思维的方法和接受、理解知识的一种方式。实践证明，恰当地运用类比，物理课堂会更有气氛，学生的学习的兴趣会很浓，更重要的是学生对所学的知识不容易遗忘，而且学会“举一返三”、“触类旁通”。

结 论

综上所述，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。

参考文献：

1、夏艳红，类比法在物理教学中的应用，《山西广播电视大学学报》2004年02期

2、刘庆贺，类比在初中物理教学中的应用，中学物理教学参考2005．7

3、宁蕴玉，中学物理教学中注重加强科学方法的教育，教育理论与实践2005.8

4、滑文革，研究性学习导论，吉林教育出版社2001.8

5、李祖超，创造性思维与创新教育，物理教学2004.6

6、李长华;类比法在物理学中的应用[J];淮北煤炭师范学院学报(自然科学版);2004年04期;94-97

7、曹肇基;类比在核物理中的应用 [J];大学物理;2001年12期

第三篇：类比法在产品设计中的运用论文

摘要：类比法是一种推理方法，是对一类事物所具有的某种属性，推测与它类似的事物也应具有这种属性的方法，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。通过类比法原理和类型分类以及类比技法，论述类比法在产品设计领域中地广泛使用。

关键词：类比法；产品设计；创新性

根据普遍联系的哲学观中所讲的，事物总是处在这样或那样的联系之中，完全孤立的事物是不存在的。“人以群分，物以类聚”就是指他们之间的有着一定的相似或相近性。这种共性存在，是由类比法推理而来的。类比法作为产品设计的一种方法，它是对两个事物之间进行比较分析，从而推出这两个事物其他方面的相同或相似性。

1类比法的概念

1.1类比法的概念

类比源于古希腊，其含义表示比例。类比法就是根据两个或两类对象之间在某些方面相同或相似而推出他们在其他方面也有可能相同的一种思维形式和逻辑方式。［1］这是运用类比推理形式进行论证的一种方法。类比法与其他逻辑思维方法相比，它属于平行式思维方法。不管是哪种类比它都是在同层次之间进行的。亚里士多德在《前分析篇》中指出：“类推所表示的不是部分对整体的关系，也不是整体对部分的关系”。［2］对于类比的可靠程度，我们就要尽可能地寻找对象间更多的相同点。相同点越多，可靠性程度就越大，二者的关联度就会越大，结论就可能越可靠。反之，结论的可靠性程度就会越小。产品是社会发展到一定阶段的产物，它是人们生活和工作服务的工具，是人——自然——社会之间相互联系的媒介，也是生活方式的物质媒介，是诸多信息展示的载体。［3］而产品设计主要是满足于人们物质生活和精神层面的需求，从而进行的创新性的设计目的。在锤子的进化史中，从最初的打磨得很粗糙的击打用的石头，到詹姆斯内斯密斯1842年设计的巨型蒸汽锤。在此演化的过程中由石头到蒸汽锤，“由此及彼”进行的类比推理，它们之间经过了一个归纳和演绎的程序。

1.2类比法的特点

类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，既要比它们的共同点，也要比它们之间的不同点。对象之间的共同点是类比法能否继续施行的前提条件，如果对象之间没有共同点，那么它们是无法进行类比推理的。类比法作为设计创新的一种方法，在运用时应遵循以下三个步骤：首先，找出事物的相似点；其次，对其相似点进行比照；再次，将相似点进行必要的加工并运用在设计中。

2类比法的原理及分类

在产品设计中的应用类比法是产品创新性的一种新方法，而各种方法又是相互贯通融合。类比法以比较为基础，关键是发现和找出原型，还要具有丰富的想象力，它的原理包括两个方面：异质同化和同质异化。

2.1异质同化

它是把陌生的事物看成熟悉的事物，再利用熟悉的观点和角度对其认识，使陌生的事物有着熟悉事物的特性，从而达到转陌生事物为所熟知的事物的理想状态，进行关于新事物的创造构思。

2.2同质异化

用陌生的观点和角度来分析熟悉的事物，借助利用与以往不同的观点和角度来分析已知的事物，从而找出已知事物的新特性、新功能、新结构，来对已知事物进行新的设计。运用类比法在对产品进行设计之时，异质同化和同质异化是缺一不可，前者是前提和基础，后者是创造设计的关键环节，我们应该对其进行全面的分析加以利用。以类比法为基础对产品设计展开联想时，它的实际连接方式是有所不同的。美国麻省理工学院W.J戈登把创造过程的类比分成四类，分别是直接类比、拟人类比、象征类比及幻想类比。第一，直接类比。直接类比是从自然界的现象中或社会中已有的成果中去寻找与之类似的事物，然后通过比较分析，得出启发，进行创造构思。直接类比是比较直观的一种分类，在对产品进行分析比较时，类比对象与设计的产品本质特征相似度越接近，成功率也就越大，反之越小。如仿生、功能模拟等。第二，拟人类比。又称感情植入法或角色扮演。就是把研究的事物人格化，然后把自身设想为被研究对象的某个因素，对其进行想象。在现实生活中，最为常见的就是机器人，就是将人的动作植入机器人中，来模拟人的动作。第三，象征类比。象征类比主要是由具象化转换为抽象化，将具象事物所具有的特征，对其进行抽象化的分析类比。对所要设计的产品，先进行总体的抽象化概括，然后对产品设计进行简化，从而去寻找与之相类似的具体化事物，对其进行类比。象征法主要是根据场景或情节上的相似性，以图案或相关题材为手段来实现象征功能的。例如，中国传统文化中的梅兰竹菊，分别有着自己象征性的寓意，将它们作为元素分别用在同一个产品上时，它们所传达的意思也不是完全一样的；玫瑰寓意爱情；书本寓意知识等等，生活中这样的例子随处可见。第四，幻想类比。幻想是不受任何事物限制，可以无限幻想，也可以借助科学和神话传说来大胆想象。如由天上飞的鸟儿，人们通过幻想发明了可以在天上飞的飞机；水中游的鱼儿，人们发明了潜水艇等。设计讲究的是创新，创新就要打破常规，使用各种对之有效的方法，大量寻找有创新性的素材，对其进行“去粗取精，由此及彼”，最后加以整合，设计出最具创新性、符合人们需求的产品。

3类比法在产品设计中的使用技法

类比技法在产品设计中经常被使用，常用的技法主要有原型启发法、移植法、仿生法三种。

3.1原型启发法

设计强调的是创新，而原型启发法强调的是启发，以启发为基础进行的创造性的思维模式。主要是用人的创造性思维模式来观察事物的原型，在原型的启发下，将偶然性的事物经过观察和分析，产生新的创新性思维方法。原型启发法对产品设计存在着偶然性和机遇性。比如说我们最早使用的火炉，当火炉里的火不旺时，只要我们用铁棍拨一拨，火苗就顺着拨开的洞燃烧起来。以至于我们后期在前人的启发下，发明了蜂窝煤。

3.2移植法

移植法与原型启发法相比更加的具体，将某个产品的特性引用到另一个产品中去，对其进行加工改造，创造出一个全新的产品。在设计中，有许多产品的设计手法都是相通的，它们之间没有一个严格的界限，都是利用相互间的共性，进行移植进行设计的。如对其产品的材质、色彩、功能的移植使用。

3.3仿生法

仿生设计法是一种创造性的设计思维，它区别于其他的设计方法，仿生设计主要以自然物为设计对象，对产品进行的创新型的设计过程。仿生设计最终追求的设计本质是“使产品回归自然”。仿生法设计是产品设计中最常见的设计方法，它追求的是绿色的、自然的、人性化的设计方法，以原生生物状态展示产品设计，使人们亲近大自然，同时增加了产品的趣味性，缓解人们使用产品的疲劳感和压力。

4结语

类比法是产品设计的一种创造性的思维方法，它使用原型启发法、移植法、仿生法设计出许多具有创造性、有趣性、个性化的产品。在对产品进行设计时，利用对未知事物各种因素和已知事物各种因素，通过类比法的异质同化和同质异化的两个基本原则的创造过程，把它们联系起来，得出富有新意的创造方法。

参考文献：

［1］袁希娟，龚耘.浅谈类比法［J］.河北理工学院学报（社会科学版），2003.［2］何博超.亚里士多德（前分析篇）［M］.华东师范大学出版社，2015.［3］刘永翔.产品设计（第2版）［M］.北京：机械工业出版社，2009.

第四篇：类比思维在初中自然科学教学中的运用(新课标初中物理教案)

类比思维在初中自然科学教学中的运用

浙江乐清市虹桥镇一中 梁太国

类比和类比方法是从两个或两类对象中有某些共有的、相同或相似的属性，推导出一个对象可能具有另一个或另一类对象已经具有的属性，利用已掌握对象的某一属性去理解把握另一个对象的类似属性的思想方法。

客观世界具有相似性和统一性，如九大行星运动和电子绕原子核高速运动；电荷间相互作用和磁体间相互作用。正是这种统一性的启发，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉弟发现了电磁感应，麦克斯韦建立了电磁场理论。因此，类比和类比方法作用的意义是很大的。而将类比方法动用于教学，可以使学生更好地和掌握物理概念和规律，顺利地实现知识的正迁移，打通各部分知识的横向联系，达到举一翻

三、触类旁通、启迪思维的作用。

初中自然科学中，不少物理概念的建立和方法有着很大的类同性。如：密度、比热、电阻等都是物质的特性之一，它们的引进和描述都是非常相似的。在教学中，只要牢固建立“密度是物质特性之一”这一重要概念，使学生正确理解“同种物质的密度与该物质的质量体积无关”这一概念，则在以后教学电阻和比热等相似的概念时，教师只需略经点拨，就能顺利实现知识的正迁移，较好地把握“电阻的大小与电压和电流无关”和“比热与热量、质量和升高的温度无关”的概念。又如匀速直线运动的速度、功率和压强等物理量的意义的理解，只要讲清单位时间、单位面积的含义，则对于某一速度数据15米／秒的意义就是速度的定义的具体化，不要把定义与数据的意义两者割裂开来死记硬背，则如2000牛／平方米、7800千克／立方米、9.8牛／千克、5600 焦／秒等物理量数据的意义就能自然而然地理解，又有利于这些题的计算。又如只要掌握了速度定义式中Ｖ、Ｓ、Ｔ三个物理量之间的公式的三个变形，则压强、密度、重力、功、功率等三个量之间关系的计算公式的变形，学生就能顺利掌握运用。

初中自然科学中很多规律具有统一性和相似性。如杠杆、滑轮、滑轮组、斜面等，其机械原理是统一的。将动力和动力臂与阻力和阻力臂的关系：“动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一”，对学生讲清并使学生牢固掌握，学生就能很顺利地掌握其他几种简单机械的机械原理。又如，产生大气压的主要原因和液体内部压强产生的原因是相同的，因此，类似地液体压强的有关性质适用于大气压强，教师只需稍经点拨即可解决问题。自然科学中很多量所比较的物体或物质某一方面的性质都是非常相似的：如速度是比较物体运动快慢的物理量，压强是比较压力效果大小的物理量，功率是比较做功快慢的物理量等。

现行自然科学教材是将生物、物理、化学、生理卫生合成一科的，其原因就是这些学科的学习和研究方法是类似的。因此我们更应该注意挖掘这方面的潜力，如压强的大小与压力的大小和受力面积的大小都有关，实验时先固定受力面积的大小，看压强与压力的大小的有什么关系，然后再固定压力的大小，看压强与受力面积有什么关系，然后归纳。类似的导体电阻的大小实验、滑动摩擦力的实验、欧姆定律的实验、溶解度的引进等。都采用相同的方法进行。运用类比和类比方法既能使学生较顺利地掌握知识，又能使学生较好地学到手科学研究的方法，起着的一举多得的作用。

自然科学中有些实验的理解也比较困难，我们也可用类比的方法，可使学生顺利掌握。如用100毫升水和100毫升酒精混合后的体积少于200 毫升的实验来证明分子之间有空隙。这个实验学生很难理解，本人是这样进行的：准备一种较细的砂子和一种较粗的砂子，实验时分别用200 毫升的烧杯量取细砂和粗砂各满满的一烧杯，然后将它们均匀混合，再用这200毫升的烧杯去量取，两满烧杯还差很多，原因是细砂钻进粗砂的空隙中去了，最后再做水与酒精混合的实验，这样非常直观，学生就会很好地理解。

有些物理量、知识点不易理解和记忆，为帮助学生理解和记忆也可采用类比方法。如密度的物理意义及其引进，可采用：两块地，甲地块2亩，栽种玉米3000棵，乙地块3亩，栽种高粱2400棵，则甲地块植物的密度比乙地块的密度大，类似的１立方米的铜的质量是8900千克，而１立方米铁的质量是7800千克，所以铜的密度比铁的密度大。又如学生初学电路时，对被短路的电灯不亮很难理解，可以这样来解释：一批同学从甲地到乙地，有一条平路和一条山路，如让同学们选择，山路还有人走吗？因此被短路的电灯中没有电流通过，灯不亮。

类比和类比方法有其局限性，由类比方法得出的结论并不都是可靠的，因此由类比得出的结论，必须由实验证实或论证。学生会使用类比去乱解题，从而造成错误，这也必须引起每个教师注意的。学生限于生活和知识，目前接触的都是成正比例等线性的数量关系，因此他们认为所有都是成正比例的，从而造成错误。如下面一类题：某物体的质量为48克时，体积是20立方厘米，该物质的密度是＿＿＿。将该物质切去二分之一剩下质量24克时，此时该物质的密度是＿＿＿。生错答为：“1.2 克／立方厘米”。又如：一用电器两端电压为10Ｖ时，通过导体的电流是２Ａ，则该导体的电阻5欧，当该用电器两端的电压增加到20Ｖ时，该导体的的电阻是＿＿＿。生错答为：“10欧”。

类比法还可应用于其他学科的教学，运用得当同样可起着事半功倍的效果。例如数学中的多项式除以多项式：

6x3+9x2+2x+3 ÷ 3x2+1 = 2x+3的竖式计算可用6923÷301的竖式计算来类比。

第五篇：演示法在实际教学中的运用

演示法在实际教学中的运用

演示教学是指教师在课堂教学中，运用教具或教学仪器进行表演和示范操作，利用样品、标本、模型等实物和各种挂图、音像资料向学生提供感性材料，并指导学生进行观察、分析、归纳，以获得知识的行为方式。

上学期我担任幼师班的游戏课教学。幼儿游戏主要包括创造性游戏和规则性游戏。我在教学中主要运用的教具有：图片、录音机、挂图、自制教具、实物等配合讲解动作进行表演和示范。

提高了学生的学习兴趣，在理解理论知识的同时为学生理解抽象的理论知识，使抽象的讲解变得通俗易懂，运用演示法给学生的印象更加深刻，达到了更好的教学效果。

比如：我在上音乐游戏课时，课前准备了“数高楼”的图片及录音机。当讲到音乐游戏的教学步骤时，先板书：1，听律动进教室。

然后放录音，让同学们当小朋友听音乐进教室。

2.教音乐游戏（板书）

@出示图片。

我边板书，边以幼儿园老师的口吻：“小朋友，老师给你们带来了一张漂亮的图片，你们看图片上有什么？（学生回答：白云、马路、高楼、小朋友、、、、、）

“我们一起数一数，共有几层楼？”、、、、、、、、、、、、、、、然后进入下一步骤：@教学歌词。

整个教学过程中，始终以老师与小朋友的情景角色贯穿教学。比如，智力游戏：奇妙的口袋。主要运用实物皮球、积木、小汽车等进行演示，开始老师讲解游戏的玩法和规则的理论知识，再用皮球、积木、小汽车等实物进行演示，边讲解边演示，把整个游戏的玩法和规则贯穿在“奇妙的口袋”的实例中，使学生直接看到了知识点在实践中是怎样运用的。在学生头脑中有一个深刻的印象，激发了学生的兴趣。

此外，配合练习法，讲完理论知识后，让学生上来演示直观教具，锻炼学生的实践能力。

通过直观演示和情景教学，便于老师了解学生对知识的掌握情况，体现了学生的主体作用，同时培养了学生的创新精神和实践能力，使学生的实际工作能力得到提高。

许多学生一开始胆小，不敢说，不敢上来练习，经过几次课的锻炼，她们都能比较自如地讲解，受到了很好的教学效果。

这样既调动了学生的学习能力，又提高了教学质量，同时运用老师与小朋友这种情景教学，让学生体验当一名幼儿教师应怎样组织游戏。

在今后的工作中，我还要不断探索演示法的新技能，使这些技能充分地为教学服务，取得更好的教学效果。

赵国英

２００９.３.２5.