時間:2023-06-05 15:43:54
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類比推理是一種重要的思維手段,可以解決很多難題。類比推理是人類的重要能力,幾乎一切智能活動都涉及到類比,人們通過類比進行理解、推理、學習和概括。類比推理與演繹推理和歸納推理的思維過程不同,它是由“特殊過渡到特殊”的推理,也就是說,類比推理是根據兩個或兩類對象有部分屬性相同,從而推出它們的其他屬性也相同的推理方法。客觀世界的任何對象(現象)之間都有著普遍的聯系,當一個對象具有另一個對象的許多屬性時,就可以推斷這兩個對象可能還有其他屬性相同,這就是類比推理存在的客觀基礎。
類比推理作為一種特殊類型的推理,并非出自人們的自由創造、隨意比附;在現實中其存在是有客觀基礎的,這個基礎就是客觀事物之間具有的共同性與差異性。但是正如世界上找不到兩片相同的樹葉一樣,客觀事物之間也存在著差異性,這使得我們并不能根據它們在某些方面的相同或相似,就必然地推出它們在另一些方面的屬性也相同或相似。因此,類比推理是一種或然性推理,也就是說,即使其前提是真的,由于其結論超出了前提所斷定的范圍,其結論并不必然為真。
二、類比教學法概述
類比推理在教學中被大量使用。類比教學法就是類比推理的具體運用。所謂類比教學法就是利用類比方式進行教學,即在教學過程中把新知識與記憶中結構相類似的舊知識聯系起來,通過類比,從已知對象具有的某種性質推出未知對象具有的相應性質,從而尋找解決問題的途徑。類比是由已知探索未知的一種重要方法。它可以是概念性類比,通過概念類比來揭示概念的本質性和非本質性,進而建立新的概念;也可以是過程性類比,通過過程性類比展示知識的發生、發展、形成的過程,從而理解知識的來龍去脈,形成知識網絡,使學生抓住問題的本質,加深對問題的理解;也可以是方法性類比,它可以借助別人發明創造的方法,通過對問題進行多角度、多方面的類比探討與研究;也可以是知識的橫向與縱向類比,探求問題的變式與不變式。
三、類比教學法的意義和作用
1.有助于教師建構生動、真實的情境,激發學生的學習動機。類比教學法是創設真實生動情境的最有效工具之一。教師運用類比法創設的問題情境,能有效地促使學生發現新知識、新方法。學生在類比教學情境中,可以將要探索的問題與已有經驗聯系起來,找到類比的對象,進而運用對此類比對象的知識等進行分析比較,建構類比以尋求規律,作出猜想并找出證明思路。有老師在講授“除法的初步認識”一課時,先通過故事類比引出主題,激發了學生的學習興趣。其具體教學過程如下。老師先給同學講了一個故事。一天,猴媽媽去超市買了6個又大又甜的桃子回來。剛進家門,猴哥哥和猴弟弟就蹦著跳著跑了過來,嘴里喊著:“媽媽,我要吃好吃的!”猴媽媽趕緊說:“別急,媽媽給你們分一分。”猴媽媽給了猴哥哥一個桃子,把剩下的5個桃子給了猴弟弟。這時,猴哥哥跳了起來,喊著:“媽媽偏心,不公平!”猴媽媽只好又在猴弟弟的桃子里拿了一個給猴哥哥。猴哥哥大哭大叫起來:“媽媽不公平,不公平!只疼弟弟,不疼我。”猴媽媽實在沒有辦法了,只好又在猴弟弟的桃子里拿了一個給了猴哥哥。猴哥哥數了數自己的桃子,又數了數弟弟的桃子,高興地拍著手說:“媽媽終于公平了。”故事講完后,老師問學生:為什么前兩次分桃子,猴哥哥說“不公平”?為什么最后猴哥哥說“媽媽終于公平了”?然后通過課件展示引出當堂課學習的主題――平均分。
在上面的教學中,教師運用類比的思想設計教案,創設問題情境,要求學生把當前學習內容所反映的知識盡量和自己已經知道的知識相聯系,并對這種聯系加以認真的思考,引發了學生的學習動機。這樣將原有的知識結構與新知識的學習有機地結合起來,促進了新舊知識的相互滲透,從而自覺地建構出當前所學知識的意義。
2.幫助學生理解抽象的事物和概念,掌握科學的思維方法。類比教學法就是把學生不容易理解的問題通過類比變得容易理解,把學生容易混淆的知識點通過類比變得清晰,把學生難于記憶的知識通過類比變得容易記憶,使學生在學習知識的過程中,提高發現問題、處理問題和解決問題的能力。實踐表明,把類比法應用于教學,不僅可以增強教學效果,有效地提高學生分析問題和解決問題的能力,更重要的意義在于可以使學生逐漸掌握類比聯想的科學思維方法。
有老師在進行“物質的量”教學時,將“物質的量”與質量、時間等其他物理量進行比較,減少學生對概念的陌生感,促進了學生對概念的理解。教學中教師從四個方面對“物質的量”進行類比。(1)量的類比:揭示“量”的含義,有了對“量”這個上位概念的理解,再把同處下位的“物質的量”與其他熟悉的基本量進行類比闡釋,有利于增強對陌生概念的熟悉感和親切感;(2)單位的類比:在理解了量的含義的基礎上,通過定量類比其他計量單位的方法,來認識摩爾這個物質的量的單位,就能夠理解得深刻;(3)集合思想的類比:物質的量及其單位摩爾是具有集合思想的概念,這完全是由于認識客觀物質的需要而提出的,與生活中的“打”、“盒”相似;(4)摩爾質量的類比:運用類比方法來推出1摩爾其他物質的質量,這樣的處理會使問題的解決更簡單一些。經過這樣的類比,學生對摩爾這個概念的內涵就清楚了:摩爾就是“一堆”,一堆數量就叫一摩爾,它實際上是物質的量的單位,說白了就是粒子“堆”數的單位。
3.有助于發展學生求異性思維的能力,從而深化對教學內容的理解。批判性思維是思維品質的一個重要方面。在教學實踐中,創設恰當的類比情境,可以引發學生的深入思考,經過對事物多角度的分析批判性分析之后,會對事物產生更全面、深刻的認識。類比不僅是事物之間相似性的比較,也可以從思考“同”中開始,在思考“異”中推進,在類比的斷裂中,發現出新的意義來。有老師在講授余光中的《鄉愁》時,要求學生把這首詩同席慕容的《鄉愁》相類比,找出兩者的不同,通過這樣的類比,學生發現席慕容的《鄉愁》單純是思鄉卻沒有對祖國的思念,而余光中的《鄉愁》則把家愁與國愁粘連一起,更有凝重感。由此可見,類比可以在一個平面上加以展開或者收斂,但是只有把類比的事物中不可比的一面解釋出來,思路才能向深度突進。
4.有利于培養學生學習的主動性。在教學中,很多新知識都是在原有知識的基礎上發展而來的,因而在這些新知識中多少都會帶有舊知識的痕跡,在新授課時,通過對舊知識的回憶類比給學生創造“最佳思維環境”,可以使學生猜想出新授知識的內容、結構、研究思想與方法,激發學生學習的積極性,變被動聽為主動學。有老師在講授“球及其性質”一部分時,先是請同學回憶圓的定義,通過先行組織者構建新知識,搭建起新舊知識之間的橋梁,尋求新舊知識之間的聯系,進而引導學生自己得出球面的定義,由于定義中將球的定義與圓的定義進行了對比,使學生認識到圓與球之間的區別與聯系,在后續知識的學習中自然由圓的性質聯想出球的類似性質。這樣,學生通過細心類比,在課堂上能主動駕馭學習內容,自覺地抓住問題的本質,從而“再創造”新知識。這樣的類比教學,激發了學生的學習熱情,使他們敢于猜想,善于挖掘,大膽證實,學生獲得的知識遠比單純教師的講授記憶深刻。
四、運用類比教學法注意的事項
類比教學模式是一種很有效的教學手段,但類比推理是一種或然性推理,得到的結論有一定的偶然性,不一定是科學的。若類比使用不當,可能產生認識上的錯誤,增加后續的教學難度。這是因為類比事物間只是在某方面的相同或相似,甚至是在某些特定條件下的相同或相似,而不能泛泛認為二者的所有屬性都可以不加任何約束的一一對應。因此,“限制不明”的“類比”會使學生在界定不清的情況下,因分不清誰是誰非,而將二者的概念、性質等混淆,造成知識的負遷移,導致出錯。因而類比教學的運用有一定的局限性,教師在運用類比教學法時一定要注意。
1.類比要恰當。類比不能局限于表面相似性,更不能“望文生義”,否則有可能會導致錯誤的預測與結論。比如學習“速度”的概念之后,常常是借助研究“速度”的方法,類比引入“密度”、“壓強”、“功率”、“電阻”等物理量,如果沒有說明類比的特征依據,學生只會注意公式的形式,在類比模仿中產生很多歧義,如有些學生認為物質的密度與質量成正比、與體積成反比;認為導體的電阻是由電壓和通過的電流決定的。
2.類比的運用要考慮到學生的年齡特征。類比推理是一種非常抽象的能力,年齡小的學生和沒有經驗的學生對于這種復雜的過程可能會深感困難,他們很難將類比中相關的部分與不相關的部分區分開來,容易錯誤地理解類比中的關系。
在語法課上,我結合自己做學生的體驗和同學們的心理和思維方式摸索嘗試著將不能避開也不該避開的重要語法簡化。
一、共性
我們生活的是一個三維一體的世界――時間、空間和物質。英語學習也包含在這三個方面。如下所示:
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如圖所示,在時間上,分為過去、現在和將來(因為這是從宏觀的角度區分,故此在它們前面加上“一般”?肀硎就ǔG榭觶?;空間上,我們就涉及到英語中的方位介詞(in, on, to, between...and, above, over, under, below);物質上,環繞我們世界中的各種事物可分為可數名詞(即可以數得清的)和不可數名詞(數不清的)。透過這個詮釋,使同學們至少有了一個系統的認知。
二、個性
提及動詞形式的各種變化也令同學們很是“頭痛”,由于受到漢語的干擾,就必須在此提示同學們英漢的差異.例如:
1.我看見你;
2.我昨天看見你;
3.我五年前看見你;
4.我在電影院看見你;
5.我媽經常看見你;
6.我明天會看見你。
顯然,漢語是一種“加詞”現象,無論是時間或是人稱的變化,動詞的外形都不會受其影響(正如例句所示,“看見”始終保持不變).而在英語中則不然,請看:
1.I saw you yesterday.
2.I saw you 5 years ago.
3.I see you.
4.I saw you at the cinema.
5.My mother often sees you.
6.I will see you tomorrow.
英語的謂語動詞的形式會隨時受到時間或是人稱的變化而在詞形上發生改變的。
三、幾處關鍵點
1.詞匯的觀察歸納和總結
漢語的一個詞有原義,比喻義和引申義。在英語中這一現象也廣泛存在。例如:hand(原義是“手”;引申義是“用手,接手,把握”;比喻義是“助手,幫手”)。又如key(原義是“鑰匙”;引申義是“關鍵”)。
2.介詞釋義的直觀法
介詞的“介”,就是媒介,連接的意思。正如,我們生活中的“中介公司”一樣起著搭橋的作用。正是介詞將不及物動詞和名詞或是代詞完美的結合起來。動詞分為兩類――及物動詞和不及物動詞.對于不及物動詞加介詞這種現象可以那同學們來做個比喻.例如,男生A就是一個不及物動詞,這就像他的性別一樣是天生的,不能改變的;而一個女生B是名詞或是代詞。若是他們共同完成一項任務,可以聯手但是不允許直接手拉手,那么他們中間就得連接個東西――繩子,棒子,皮帶,絲巾,鞋帶等可以連接之物。這個東西就是介詞,然而要選擇什么東西有男生來決定――這正如介詞的選擇由動詞決定一樣。另外一個男生C是天生的副詞,他和男生A就可以直接連接,摟著脖子或是抱著腰都行――這就反映不及物動詞和副詞直接連接的特點。同時,使同學們感受到在英語的學習中識別一個詞的詞性很重要(詞性就是一個詞的性別),否則,就會“男女不分”了。
同樣,可以運用這樣的例子來比喻,在英語中有一類動詞后一定要搭配名詞或是動名詞的現象.比如,這類動詞后的位置只接納男同學(代指名詞);如果女同學要通過只能喬妝改扮(即指在要連接的動詞后加上-ing)才能通過。
這樣運用同學們身邊的人來舉例說明,學生感到語法的解釋不但直觀而且生動有趣。
3.五大基本句型
句子成分的辨別總令同學們云里霧里。不妨,讓我們在教學中運用漢語語法來展示。選擇句子時先從簡短又典型的句子開始。如:①我是人。(主系表――由于這是與漢語語法分類不同的特殊句型,故此最先提出來講);②我哭了。(主謂);③我恨你。(主謂賓);④我教你英語。(主謂雙賓);⑤我打你個鼻青臉腫。(主謂賓賓補)。
當同學們能辨別漢語中簡單的句子各自屬于哪一類后,可以請他們自己造各種句子,之后再換成英語來辨別.有必要提示的是:
首先,在辨別任何一個句子時,現將時態抹去不管.如:I am crying. 中劃線部分省去不考慮。
類比法指對兩個或兩種對象進行比較和研究,將這兩者的共性和特性進行列舉和分析,再通過對數據的總結和整理之后得出其中的某個或是某類對象理論和規律,并以此推斷另一個或另一類的對象。然后,對它們之間的相通性和相似性進行研究的邏輯推理和研究方法。其實很多人都知道“知識遷移”是現代教育心理學的一個重要理論,其通過學習的知識和方法對未來的知識進行影響和產生作用。當然,這類影響和作用自然具有兩面性,當其發揮積極作用時稱之為正遷移,而發揮消極作用則稱之為負遷移。在高中物理教學過程中,這類相似性和共性往往會發生在不同的范圍,因此,這類知識也常常運用類比法和遷移的理論進行學習,通過已知系統的物理規律尋找未知系統的物理規律,促進知識的正遷移效果,盡量減少負遷移效果,對教學產生事半功倍的效果。
一、類比思維的意義
類比思維是用一種類比推理的方式靈活應用所學知識,將邏輯梳理清晰,在大腦中通過抽象的類比來實現對新事物的解答。它也是一種舉一反三的能力,知道一件事物的實質,相應的根據彼此的相關性,可以推導出未知事物所具有的性質,關鍵在于要有聯系已知的能力,類比法對未知做出判斷。類比思維是具有創造性的,要求有較強的創新能力來支持類比思維方式的形成;同時類比思維作為一種抽象的思維方式,它需要將抽象具體化形成形象的表達方式,將原本只觀察表面看似毫無聯系的兩個事物聯系起來,尋找出相似的特征,得到未知領域的新成果。
二、高中物理教學中類比法的簡述
類比法,也就是通過兩個或者兩個以上類別的事物比較,讓學生發現其中的相同點以及不同點,在此基礎上,將其中的一個或者一類事物的知識體系推演到另一類事物上,得出推論,論證這兩類事物是相似還是相同,類比法屬于這樣一種邏輯推理和研究方法。知識遷移的概念來源于現代教育心理學,關于知識遷移已有的定義是人類已經形成的認知結構,包括知識、技能、方法以及態度這幾個方面對學習新知識的影響。知識遷移符合唯物論辯證法中一切事物都普遍存在聯系的觀點,可以使一個人在已有知識的基礎上構建新的知識,并使前后知識發生作用,產生積極或者消極的相互影響。這其中積極影響稱為正遷移,消極影響稱為負遷移。《高中物理教學大綱》中存在許多同一前提有不同問題,相似形式的教學內容,對于高中生來說不容易理解記憶。如果教師能夠讓學生學會類比法,運用遷移理論找到知識之間的相似性,去學習新的物理規律,可以提高學習效率。
三、高中物理教學中類比法的使用
共存類比指將兩個或者兩個以上的知識點,進行溝通聯系的推理過程。一般來說,在引入新課時,學生感到學習困難的一個重要原因就是對已授知識遺忘較快,而對新授知識又難以完全理解,而有效運用共存類比法,組織“溫故知新”,可以溝通新舊知識點,有效導引新課教學。
比如,學習電場“引入試探電荷以定義電場強度概念”時,考慮到有些學生一下子接觸這樣的抽象定義方法會有些“吃勁”,教學設計中可將電場和空氣中的風進行類比,風是由于空氣的流動所形成的,既看不見也摸不著,但是一種客觀存在,“那么我們如何判斷所感受風力的大小與方向呢”?一般會借助“風中物體的受力情況”,比如觀察風中小旗向哪個方向飄動,就可以判斷出風力方向,又可以根據小旗在風中飄動的激烈程度,判斷出風力的大小。而電場也是一樣,它存在并迷漫于電荷周圍,也是一種看不見摸不著的物質,我們如何定義電場的大小與方向呢?采用借助類似“小旗受力”檢測的辦法,如以放入電場中的試探電荷所受的靜電力的大小和方向來定義場強強弱與方向,進而明確定義電場強度的研究思路。借助于此類比法,我們還可以對試探電荷做出進一步的約束,如“我們可不可以用一面非常大的旗子的受力來判斷風力的大小和方向呢”“不行,如果旗子非常大,由于旗子本身的存在,就會改變原來所處位置風力的流向與大小”,由此類比,我們同樣要對試探電荷做出科學約束。
學習物理過程中,這一類方法的運用很多,如學生很難理解電勢能這一抽象概念,我們可以用重力勢能進行類比;彈性勢能、動能的研究方法可以和重力勢能的研究方法加以類比;定義電容器電容時可以運用水容器進行類比,等等,使學生在學習新概念時,能對一些從沒見到過的知識少一分恐懼,多一分親近。共存類比法究其實質就是將一些抽象的原理、概念變得具體、形象、簡單。所以,它在高中物理教學中的應用十分普遍。
四、類比法在開發學生創造性思維中的應用
運用類比法教學,不但可以幫助學生理解知識,建立知識網絡,使知識條理化,還可以培養和開發學生的創造性思維。隨著物理教學的深入,學生掌握的知識逐漸形成網絡,這里有知識的橫向式拓寬,也有遞進式的深入,學生的知識和能力就產生了質的飛躍,學生創造性思維的發展也就寓于其中了。在這過程中,類比法是揭示這些知識內在聯系的好方法。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,學生對圖線的物理意義有了深刻的認識。
【關鍵詞】 初中數學;類比法;教學意義;應用策略
在初中數學的學習中,面對大量的習題,學生常常會產生厭煩的情緒,在這種情緒的作用下,學生的學習效果也不好. 因此,初中數學教師在教學過程中,應該注重樹立學生的數學類比思想,將相類似的題目進行有效的歸納、整理,從中發現這些題目的異同點,再利用所學的相關知識發現新的知識與理論,以此培養學生的創造性思維能力與邏輯推理能力. 一、初中數學背景下類比法教學的意義
類比思想是初中數學教學中的一種重要的解題思想,它是將新舊事物之間相類似的部分進行有效的對比,并從中找到解題的方法,實現解決問題的目的. 這是一種創造性的數學思想,也是一種簡單的解題方法,在初中數學教學中具有重要的意義. 本文將從類比法應用的不同類型進行探討. 首先,知識與知識類比. 在初中生的數學學習過程中,已經學過對知識點進行有效的整理與分析,但是對于知識點之間的類比,還是需要教師指導完成. 初中數學教師通過創設有效的教學情境,引導學生將兩個相關的知識點作比較,可以使學生在比較中記憶新知識,鞏固舊知識,提高學習效果. 其次,知識與實踐類比. 初中數學教學中,教師常常會將生活實踐中的事例引入到課堂中,以幫助學生理解相關知識或者數學理論. 因此,數學知識理論與生活實踐之間是存在著一定的聯系的,有效地將兩者聯系起來,可以提高學生對數學知識理論的理解效率,也可以促進學生樹立將數學知識應用到生活實踐中的意識,提高學生數學知識的綜合應用能力. 最后,數學與其他學科類比. 數學作為學生學習的基礎工具性學科,培養學生各種解題能力,這也為其他學科的學習提供了基礎. 所以在初中數學教學中,教師也可以將數學與其他學科之間類似的部分進行類比,這能有效激發學生學習的興趣,開闊學生的知識視野,促進學生創造性解決問題能力的形成.
二、初中數學背景下應用類比法教學的策略
初中數學教學過程中,教師應用類比思想進行教學,不僅可以有效激發學生學習的興趣,提高學習效率,還可以促進學生數學綜合實踐能力的培養. 因此,初中數學教師可以靈活運用各種教學方法,提高學生利用類比方法解決問題的意識,進而在不斷學習與練習中,促進學生類比能力的發展.
1. 創設各種教學情境,提高學生類比意識
在教師進行初中數學課堂教學過程中,教師可以通過創設各種教學情境,來向學生滲透類比思想,提高學生的類比意識. 只有學生具備了利用類比方法解決問題的意識,才有可能有效地運用類比方法,提高數學學習效率.
2. 挖掘類比素材,激發學生類比解題的興趣
初中數學教材中有很多相聯系的知識點,教師可以利用這些知識點之間的相關性,組織學生觀察、思考,進而指導學生通過分析得出結論,使學生體驗成功的喜悅. 教師還可以在課外生活中或者其他學科中挖掘數學類比素材,啟發學生從知識的延伸、相似、互逆等方面思考,并在比較中發現未知知識或者理論,激發學生類比解題的興趣,提高解題效率與學習效果. 比如,講解“軸對稱圖形”知識時,教師可以將教材中的圖形與生活中的事例相類比,通過觀察與思考,理解軸對稱圖形即是一個圖形沿一條直線折疊,直線兩旁的部分能夠完全重合的圖形.
3. 為類比法的應用提供環境基礎,合理利用類比方法
初中數學教師在編寫教案時,可以將類比法貫穿于整個課堂教學過程中,營造輕松、愉悅的教學環境,為類比法的應用提供環境基礎,使學生隨時都能夠感受到類比法應用的優勢,并在教師的講解與不斷練習中,增強利用類比法解題的意識,促進類比能力的形成與發展,進而提高教學效果與學習效果. 比如,在講解“相似三角形的判定條件”時,可以利用全等三角形與相似三角形相類比,讓學生親自動手裁剪出全等三角形與相似三角形,營造一個輕松的、愉悅的教學環境,使學生通過有效的比較、思考,得出相似三角形的判定方法,即是將全等三角形中兩邊及其夾角對應相等換成兩邊對應成比例且夾角相等,三邊對應相等換成三邊對應成比例,就能判定兩個三角形是相似三角形.
總而言之,初中數學作為學生學習的基礎課程,也是培養學生計算、邏輯推理、空間想象等能力的重要課程,所以初中數學教師應該積極探討創新的教學思想與有效的教學方法,以提高數學教學效果與學生的學習效果. 經過不斷實踐證明,類比法在初中數學教學中可以幫助學生提高解決問題的效率,促進學生數學綜合實踐能力的發展. 相信,隨著類比法在初中數學中的應用越來越廣泛,它所起到的作用也將越來越重要.
【參考文獻】
[1]曹莉萍. 類比法在初中數學教學中的應用[J]. 淮陰師范學院教育科學論壇, 2006(04).
[2]松萬軍. 淺談初中數學類比思想的教學策略[J]. 課程教材教學研究(中教研究),2009(Z6) .
【關鍵詞】類比法 C語言教學 數據存儲 鏈表 數組
【 基金項目】防災科技學院重點教研項目2012A04;防災科技學院第一批精品建設課程。
【中圖分類號】TP313 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)06-0136-02
形象類比法屬于講授教學方法的一種,即借助于兩類不同本質事物之間的相似性,通過比較,形象地將一種已經熟悉或掌握的特殊對象推移到另一種新的特殊對象上去的推理手段,也是教學中創設真實生動情景的有效工具之一[1]。
在自然界中,數據元素之間的邏輯結構關系存在兩種不同的表示方法:順序映象和非順序映象,并由此得到在計算機中兩種不同的物理存儲結構表示:順序存儲結構和鏈式存儲結構。順序存儲方法是把邏輯上相鄰的結點存儲在物理位置相鄰的存儲單元里,結點間的邏輯關系由存儲單元的鄰接關系來體現,由此得到的存儲表示稱為順序存儲結構。順序存儲結構是一種最基本的存儲表示方法,通常借助于程序設計語言中的數組來實現。鏈接存儲方法它不要求邏輯上相鄰的結點在物理位置上亦相鄰,結點間的邏輯關系是由附加的指針字段表示的。由此得到的存儲表示稱為鏈式存儲結構,鏈式存儲結構通常借助于程序設計語言中的指針類型來實現。
數據的物理存儲結構對初學者來說非常抽象,文章提出了形象類比法將抽象概念形象化,幫助學生很好的掌握數據在計算機中的物理存儲概念。
一、順序存儲和鏈式存儲的創建
如何來理解順序存儲結構和鏈式存儲結構,分別以一維數組和單鏈表為例,用一個形象的例子來說明空間是如何來分配的。
假如現在一個有20個人的班級的全體同學出去旅游幾天,首先解決的就是住宿問題,內存就像一個很大的賓館,這20個人有兩種入住的的方法。
1.1建立數組
第一種,假設目前是旅游淡季,20個同學在賓館里要了連續的20個房間,然后按學號的順序入住在這20間房間里,用C程序語言描述為:
int a[20];// 內存連續的分配20個int大小的空間
1.2建立單鏈表
第二種,假設目前是旅游旺季,沒有連續的20個房間,還要保證在知道第一個學生的房間號的情況下,能找到所有其他學生的房間號,那么如何分配呢?首先給1號學生分配一個房間,把1號學生的房間號告訴班主任;然后給2號學生分配一個房間,把2號學生的房間號告訴1號學生;再給3號學生分配一個房間,把3號學生的房間號告訴2號學生……最后當所有學生的都入住進去之后,單鏈表就形成了。建立一個含有20個元素的單鏈表,用C程序語言描述為:
typedef struct Node
{ int data;
struct Node *next;
}List;
List *Create()
{ int a,i=1;
List *head,*p,*q;
p=(List *)malloc(sizeof(struct Node));//為第一個學生分配一個房間
scanf(“%d”,&p->data);
head=p;
while(i
{ q=(List *)malloc(sizeof(struct Node));//為后面的每一個學生分配一個房間
scanf(“%d”,&q->data);
q->next=NULL;
p->next=q;
p=q;
i++;
}
return head;
}
整個鏈表建立完成之后,返回單鏈表的首地址,也就是班級負責人記錄下1號學生的房間號。
二、數據的查找
2.1在一維數組中查找數據
如何在順序表中查找某一個元素呢?現在我們已經知道第一個學生的房間號,根據數組數據存放的特點,即20個學生之間是連續的入住在賓館里,那么我們可以通過學號計算出任何一個學生的房間號。Loc表示某個元素的地址,那么:Loc(a[i])=Loc(a[0])+i;時間復雜度為O(1),所以數組是隨機存取結構,可以隨機存取數組中的任意一個元素。
2.2在單鏈表中查找數據
如何在單鏈表中查找某一個元素呢?例如:如何查找4號學生的房間號?我們知道4號學生的房間號3號學生知道,而3號學生的房間號2號學生知道……所有我們要在單鏈表中查找某個學生的房間號必須從1號學生開始,1號學生知道2號學生的房間號,2號學生知道3號學生的房間號……。查找的時間復雜度為O(n)。用C程序語言表示如下:
List *Search(List *head,int i)//head 存放1號學生的房間號,i待查找的學生的學號
{ List *p;
p=head;
while(i!=p->data) p-p->next;
return p; //返回i號學生的房間號
}
三、數據的插入和刪除
關鍵詞:類比,高中物理,概念教學
一、類比法應用的內容
1、新、舊知識類比
物理學是自然科學中的一門基礎科學,它不僅有一定的知識內容,而且這些內容之間存在著必然的內在聯系。將新、舊知識進行類比,給學生以啟示,使學生易于掌握新知識,同時也鞏固了舊知識。
如在學習靜電場一節內容中,“電場”概念的建立是極為重要的,但由于此概念比較抽象,學生往往難以理解。可以用力學中所學重力場與之類比:地球周圍存在著重力場,地球上所有物體都處于重力場中,都受到了地球的作用――重力。同樣,電荷的周圍存在著電場,電場對處于其中的電荷有電場力的作用,(如:點電荷間的庫侖力的作用)。再由物體在重力場中具有了與地球位置有關的重力勢能,引導學生總結出,檢驗電荷在電場中也應具有與場源電荷位置有關的電勢能。如此類比,相當于在新舊知識間架起了一座橋梁,讓學生能夠從已掌握的舊知識中順利地接受和理解新知識。
又如:場強E和電勢ψ這兩個描述電場的物理量,E、ψ與檢驗電荷q有無關系呢?而牛頓第二定律M=F/a,當物體受到的合外力為零時,物體產生的加速度也為零,但物體的質量為一定值;再有,歐姆定律中R=U/I,若電阻不接入電路中,U、I均為零,但電阻R卻一定。究其原因,蓋它們都是事物本身的物質屬性。這種簡單的類比,使學生頓悟:E、U是描述電場本身性質的物理量,電場是客觀存在的,與檢驗電荷無關,而定義式:E=F/q、ψ=EP/q只是定義E、ψ和計算E、ψ大小的。
2、生活經驗與物理規律的類比
學生在日常學習生活中積累了一定的生活經驗。用學生身邊的事例進行類比,可啟發學生的思維,調動學生學習的積極性,培養學生在生活中觀察和分析事物的能力。
如講電勢差時,可用瀑布來作為例子,瀑布的水量越大,落到底部的動能越大;而瀑布落差越大,落到底部的動能也越大,動能是由重力勢能轉化獲得的,即瀑布的重力勢能與瀑布的水量、落差有關。讓學生自己類比得出:電勢能與電荷量和電勢差有關:E=qu
介紹彈簧振子的振動時,振子向平衡位置方向運動為變加速運動,學生不能理解加速度減小而物體速度增加這一現象,可用人的身高增長作類比:人從出生到成人,其身高逐漸增高。當人的年齡接近成人階段,其身高增長速度將逐漸減慢,但人的身高卻仍在繼續增高,只是增高變緩了,而并非人越長越短。當身高停止增長,人的身高達到了他一生中的最大身高。學生從這一簡單的類比中高很易理解:加速度在減小,只意味著速度的增量在逐漸的減少,但物體的速度值卻在增加,為變加速運動。 3、相關學科知識與物理知識的類比
自然科學分科龐雜,物理只是眾多學科之一,可以用其它學科的一些學生已學過的知識進行類比,幫助他們理解一些物理現象和物理過程。
如講解飽和汽,學生往往認為達到飽和狀態時,液體不再蒸發。這可與生物學中“根對水的吸收”類比:當根細胞內的細胞液的濃度與土壤溶液的濃度相等時,相同時間內進出細胞膜的水分子數相等,為一動態平衡。學生可從類比中得出結論:密閉在容器中的液體達到飽和汽狀態時,單位時間內液體蒸發產生的汽分子數和回到液體內的汽分子數相等,也是一個動態平衡。故宏觀上液體分子總數不再減少,汽分子數不再增加。
又如,學生在化學這門學科中詳細學習了物質的內部結構,知道了物質不滅定律,類比就可以知道電荷守恒定律。
這樣類比,可以使學生領略“類比”這一重要的認識問題的方法,既加強了各學科間的橫向聯系,又激發了學生學習的興趣;既降低了某些物理新知識的教學難度,又增強了學生學好物理的信心。
二、類比法應用的范圍
1、應用類比方法形成物理觀念
對于一些極為陌生、抽象的物理概念,如果用熟悉的、形象化的事物去類比,那么往往會產生“一語道破天機”的驚人作用,幫助學生加速認識過程。例如:學習電容器的電容概念時,電容是個陌生、抽象的物理概念。若把電容器、電容、儲存電荷類比容器、容積、儲存物資(具體水杯存水),可以使學生輕松形成電容是反映電容器儲存電荷的本領這個概念。繼續類比引申:電容器儲存電荷的特性如何表征呢?是否同水杯存水一樣?一樣的話,它涉及的是哪些物理量?學生自然會結合自身的知識體系思考、猜想,得出電容器的電容類似容器的容積一樣由本身結構決定,加深“電容”概念的形成。
2、應用類比方法引進新概念
例如講磁感應強度的概念時,可這樣引入:磁場和電場一樣都是看不見、摸不著的特殊物質,磁場跟電場是否有相似的特性。在電場一章知道電場對放入其中的電荷有力的作用及描述這一特性(電場強弱)的物理量電場強度,利用比值方法定義了電場強度E=F/q。那么,磁場對放入其中的試探體有無力的作用及描述這一特性(磁場強弱)的物理量是什么?如何定義?通過實驗發現研究磁場和研究電場類似,若知道放在磁場任何一處的任何電流的受力情況,這個磁場就研究清楚了。同樣利用比值定義了描述磁場強弱的物理量磁感應強度B=F/IL。應用類比方法引進“磁感應強度”,降低了學生接受這一概念的難度。
3、應用類比方法理解概念
關鍵詞: 類比法 歸納推理 演繹推理 數學教學
類比是數學猜想和思維創新的指南針。在自然科學發展史上,無論古代、近代,還是現代,類比在科學發現中都是一種被普遍應用的方法。類比方法的應用是隨著科學思維水平的提高而不斷發展的。這種發展具體表現在:從簡單到復雜,從靜態到動態,從定性到定量的發展。
一、類比
1.類比的涵義
所謂類比是這樣的一種推理,它把不同的兩個(兩類)對象進行比較,根據兩個(兩類)對象在一系列屬性上的相似,而且已知其中一個對象還具有其他的屬性,由此推出另一個對象也具有相似的其他屬性的結論。簡稱類推、類比。它是科學研究中常用的方法之一。
類比是一種推理方法,根據兩種事物在某些特征上的相似,做出它們在其他特征上也可能相似的結論。
?相似或相同屬性是推理的依據,即為前提。
?推出兩個事物的其他屬性相似或相同,即為推理結論。
?例如:
2.類比法的優勢
*類比法不限于同類事物中比較
*類比法不限于事物的個數多少
*類比法可以比較本質特征也可以比較非本質特征
3.類比法的模式表式
M對象有a、b、c、d屬性
N對象有a、b、c屬性或a′、b′、c′屬性(表示相同或相似)
所以N對象可能有d或d′屬性
上述的“M”、“N”是指不同的對象:或是指不同的個體對象,比如地球與太陽;或是指不同的兩類對象,比如植物類與動物類;或是指不同的領域,比如宏觀世界與微觀世界。類比推理的應用場合是多種多樣的,有時也可以把某類的個體對象與另―類對象進行類比,例如,為了弄清某種新藥物在人類身上的效用和反應如何,往往是用某類動物個體來做試驗,然后通過類比求得答案。
4.類比結論都是正確的嗎?
答案是否定的。
如果前提中確認的共同屬性很少,而且共同屬性和推出來的屬性沒有什么關系,這樣的類比推理就極不可靠。這種類比稱為機械類比。
類比的結論是或然的。類比的結論之所以具有或然性主要是由于以下兩方面的原因;一方面是因為對象之間不僅具有相同性,而且具有差異性。就是說,M,N兩對象盡管在一系列屬性(a、b、c)上是相似的,但由于它們是不同的兩個對象,總還有某些屬性是不同的。如果d屬性恰好是M對象異于N對象的特殊性,那么我們作出N對象也具有d屬性的結論,便是錯誤的。例如,地球與火星盡管它們在一系列屬性上是相似的(太陽系的行星,存在著大氣層,適于生命存在的溫度,等等),但是地球上有生物,能不能說火星上也有生物呢?不能,因為火星還有不同于地球的特殊性。近年來航天的科學考察表明,火星上并未發現什么生物。另一方面,對象中并存的許多屬性,有些是對象的固有屬性,有些是對象的偶有屬性。比如,血液循環是人體的固有屬性,而吃了雞蛋產生過敏反應,這是個別人身上的偶有屬性。如果作出類推的d屬性是某一對象的偶有屬性,那么另一對象很可能就不具有d屬性。
類比,作為一種推理方法,它是通過比較不同對象或不同領域之間的某些屬性相似,從而推導出另一屬性也相似。它既不同于演繹推理從一般推導到個別,又不同于歸納推理從個別推導到一般,而是從特定的對象或領域推導到另一特定對象或領域的推理方法。
盡管類比推理可以在某類個體對象與另一類對象之間進行,但是類比推理卻不能在某類與該類所屬的個別對象之間進行。如果以為類比推理是歸納推理和演繹推理的壓縮,那就錯了。類比推理只能在兩個不同對象或不同領域中進行過渡。
有人認為存在著這樣一種類比推理:
S類的某一個體具有屬性a,b,c,d。
S類具有屬性a,b,c。
所以,S類具有屬性d。
這種觀點是錯誤的,因為這是憑主觀想象用類比推理的模式去描述了一個實際上是歸納概括的邏輯過程。誠然,無論是歸納推理還是類比推理都是已有知識的外推和擴展。但是不能因此而混淆了兩種推理方法之間的根本區別:歸納推理是從個別(特殊)概括到一般,而類比推理是從某一特定的對象或領域外推到另一個不同的特定的對象或不同的領域。
還有人認為有這樣一種類比推理:
S類對象具有屬性a,b,c,d。
S類的某一個體對象具有屬性a,b,c。
所以,S類的某一個體對象具有屬性d。
這種觀點同樣也是錯誤的,因為這是憑主觀想象用類比推理的模式去描述了一個實際上是演繹的邏輯過程,演繹推理是從一般推出個別(特殊),而類比卻是從某一特定對象或領域外推到另一個特定對象或領域的。這種根本區別不能混淆。
二、類比在數學教學中的應用
數學類比:數學解題與數學發現一樣,通常都是在通過類比、歸納等探測性方法進行探測的基礎上,獲得對有關問題的結論或解決方法的猜想,然后設法證明或否定猜想,進而達到解決問題的目的。類比、歸納是獲得猜想的兩個重要的方法。
在中學數學教學過程中,如定義、定理、推導公式、證明等,我們常常會有些“似曾相識”的感覺。如果把“似曾相識”的東西進行比較,加以聯想,可能就會出現許多意想不到的結果和方法。這種“把類似進行比較、聯想,由一個數學對象已知的特殊性質遷移到另一個數學對象上去,從而獲得另一個數學對象的性質”的思維方法就是類比法。
1.公式、定理等形式上類比聯想
實踐證明這是正確的。
長方形與長方體有很多屬性相同:對邊互相平行,鄰邊互相垂直。
其性質類比聯想:長方形對角線的平方等于長和寬的平方和。
?陴長方體對角線的平方等于長、寬、高的平方和。
同理:柱體與矩形相似、錐體與三角形相似,臺體與梯形相似,故進一步類比聯想:
立體幾何知識是平面幾何知識的發展和推廣,在公式計算,解題方法上有很多相通之處,故立體幾何問題往往轉化為平面幾何問題來解決。
2.運算、方法等實質上類比聯想
用字母來表式數就有了式,故在加、減、乘、除、通分、約分等運算法則上數與式是相似的。這給我們解決問題帶來了很大的方便。
例:多項式除以多項式
問題:填空:( )(2x+1)=6x+7x+2
這個問題實際上求(6x+7x+2)÷(2x+1)=?
用豎式計算:21 類比 2x+1
用多項式乖法可證明這是正確的。
3.學思路上類比的助發現作用
類比還常常被用于解釋新的理論和定義,它具有助發現作用,當新理論剛提出之時,必須通過類比用人們已熟悉的理論去說明新提出的理論和定義,這就是類比助發現作用的表現。在科學發現中,類比的這種助發現作用是不可忽視的。
例如:觀察(1)=2 (2)=3
形式上:左式是和取根式,右式是數乘根式,且數字位置不變。即有
=a
可證明成立:===a
這是一個由特殊到一般的過程,很妙的。可是朋友們,再想想還有更妙些的嗎?由推導過程我們還可發現分數指數與根指數有關。可進一步推廣到下式成立:
=a
它是從個別到個別,或者說是從特殊到特殊的推理。類比推理能啟迪人們的思維,促進人們的聯想,從而可以擴大人們的視野,開拓人們的認識。它是一種創造性思維方法,在發現科學事實及提出科學假說方面有著重要的作用。類比是我們推廣數學概念、拓展數學命題、探究解題思路、進行數學猜想和思維創新的重要推理方法。
還有如:等差數列與等比數列(僅一字之差),無論是定義上,還是性質上、解題方法上都是非常相似的,因此在教學上教師可以利用類比的方法去引導學生。在學習新知識時,通過對已學知識的回憶類比,給學生創造最佳的思維環境,引導學生猜想出新授知識的內容、論證的思想方法,激發學習積極性,變被動接受為主動學習。
4.類比推理在圖形推導上的應用
ABC的周長為l,內切圓O的半徑為r,連接OA,OB,OC,ABC被劃分為三個小三角形,用S表示的ABC面積(可作為三角形內切圓半徑公式)。
S=S+S+S=AB?r+BC?r+CA?r=lr
(1)理解與應用:利用公式計算邊長分別為5、12、13的三角形內切圓半徑;
(2)類比與推理:若四邊形ABCD存在內切圓(與各邊都相切的圓)且面積為S,各邊長分別為a,b,c,d,試推導四邊形的內切圓半徑公式;
(3)拓展與延伸:若一個n邊形(n為不小于3的整數)存在內切圓且面積為S,各邊長分別為a,a,a,…a,合理猜想其四邊形的內切圓半徑公式。
解:(1)S=×5×12=30
30=lr
r=2
(2)r=2S/(a+b+c+d)=lr
(3)r=2S/(a+a+a+…+a)=lr
5.條件判定上的類比推理
例:(2010年南京)學習“圖形的相似”后,我們可以借助探索兩個直角三角形全等的條件所獲得的經驗,繼續探索兩個直角三角形相似的條件。
(1)“對于兩個直角三角形,滿足一邊一銳角對應相等,或兩直角邊對應相等,兩個直角三角形全等”類似地,可以得到:“滿足一銳角對應相等,或兩直角邊對應成比例,兩個直角三角形相似”。
(2)“滿足斜邊和一條直角邊對應相等的兩個直角三角形全等”,可以得到:“滿足斜邊和一條直角邊對應成比例,兩個直角三角形相似”。
證明略。事實證明這些結論正確的。
三、合理性原則
為了使類比在科學發現中發揮有效的作用,人們進行類比推理時應當注意以下原則。
第一,類比所根據的相似屬性越多,類比的應用也就越為有效。這是因為兩個對象的相同屬性越多,意味著它們在自然領域(屬種系統)中的地位也是較為接近的。這樣去推測其他的屬性相似也就有較大的可能是合乎實際的。
第二,類比所根據的相似屬性之間越是相關聯的,類比的應用也就越為有效。因為類比所根據的許多相似屬性,如果是偶然的并存,那么推論所依據的就不是規律的東西,而是表面的東西,結論就不大可靠了。如果類比所依據的是現象間規律性的東西,不是偶然的表面的東西,那么結論的可靠性程度就較大。
第三,類比所根據的相似數學模型越精確,類比的應用也就越有成效。因為只有在精確的數學模型之間作出類比,才能把其中相關的元素分別地準確地對應起來,才能較為有效地作出新的發現。
參考文獻:
[1]類比.百度百科.
1類比法應用過程模型
所謂“類比法”,就是指在認識新事物時,引入類似的已知事物,通過仔細比較、對照和分析,由已知事物的特征和規律類推出新事物的特征和規律的方法,是立足于已有知識來認識新知識的一種創新性、有效性的方法,是研究和學習物理的極其重要的推理方法.在應用類比這一思維的過程中,揚棄了精確的推理步驟,而著眼于類似事物之間的聯系或區別.
根據皮亞杰的認知發展理論,人們在認識新事物時把新感知的材料或經驗納入已有的圖式中加以理解,而類比法就是把陌生的未知對象和熟悉的已知對象進行對比,陌生的知識便可以通過同化和順應被納入學生已有的圖式中進行內化和理解,從而幫助學生有效地理解知識,提高學習效率,達到事半功倍的效果.發展心理學認為,中學階段是人生認知發展的關鍵時期,又是轉折和成熟時期.中學階段,學生的觀察力進一步提高,識記內容以理解記憶為主要的方式,抽象邏輯思維水平由經驗型向理論型(科學型)轉變.類比則是建立經驗和理論聯系的橋梁,它能促進經驗向理論的正向遷移,幫助學生深刻理解知識,從而實現理解記憶.
有學者研究指出類比包含三個要素,即類比源、類比泉和類比知識單元,所謂類比源是指被當做參照物的已有舊事物或經驗,類比泉是指即將學習和了解的新知識或事物,類比知識是指二者之間的相似之處.類比法就是一種將類比源的部分特征嫁接到類比泉上的過程.這一過程經歷三個步驟:第一步,尋找合適的類比源,類比源要與類比泉有相似之處,并且是學生已知的或容易想象的事物或經驗,這樣運用類比才能促進學生對新知識的理解和學習,若是學生不知道或者想不清的事物,反會增加學生的學習負擔;第二步,結合某個待解決問題的實際從類比源中抽象出某種隱含的屬性,也即知識抽象化,是形成類比的基礎或橋梁的過程;第三步,將類比知識單元進行知識遷移,以嫁接到類比泉上,稱之為知識具體化過程.類比的過程模型如圖1所示.例如用類比法講授“電流”時,第一步選擇類比源:“水流”;第二步抽象出知識單元:①“水流”是水的定向流動形成的,②水流可以帶動水輪機轉動;第三步知識遷移:①“電流”是電荷的定向流動形成的,②電流可以使電路中的用電器工作.
2類比法在初中電學教學中的應用
2.1類比法在電學概念教學中的應用
物理概念反映了事物的物理本質屬性,理解了物理概念,才能深刻認識相關物理現象.物理教學能否順利進行很大程度上取決于學生對相關物理概念的把握程度.然而,由于初中電學概念通常具有高度的抽象性,學生對電學概念難以理解和把握.那么,怎么樣搞好電學概念的教學呢?筆者認為,類比法教學是個不錯的選擇.如“短路”,是初中物理電學的重點和難點知識,由于它的存在使得電路千變萬化,電學試題也更加豐富多彩,同時增加了學生分析電路的難度.利用類比法講授短路概念,能夠使學生深刻理解其內涵.教學中可以將“隧道”作為類比源,如圖2所示,某人(或學生自己)要從A地去往B地,以往只有經過山頂的一條路,所以只能從這條路翻山到達B處,翻山的過程需要消耗人的大量體能;現在從A到B打通一條寬敞平坦的隧道,人可以直接穿過隧道,暢通無阻的到達B處,人都有惰性,此后他會選擇走隧道而不再去翻山.山頂這條路就相當于有用電器的電路,隧道就相當于短路線,電流和人一樣也喜歡偷懶,選擇容易的路,所以電流從短路線經過而不經過用電器,即用電器被短路而不工作.具體類比如表1所示.如此類比,形象直觀,將短路的概念和特點清晰地呈現出來,學生很容易就能理解短路的內涵和特點.
表1 “短路”與“隧道”的類比類比源:隧道 類比泉:短路線類比知
識單元人翻山電流流過用電器山路連有用電器的電流通路上山消耗體能用電器消耗電能人因惰性選擇隧道電流因惰性選擇短路線2.2類比法在電學規律教學中的應用
初中電學中的物理規律比較多且容易混淆,學生往往不容易理解和記憶,從而導致學習效率低下,也容易使學生產生厭學情緒.若能結合學生的日常經驗應用類比法進行物理規律教學,不但可以使學生理解記憶物理規律,而且引入生活經驗能夠緩解學習壓力,調動學生的興趣和學習的積極性.
如在串并聯電路電流、電壓的特點教學中,可以引入水管作為電路的類比源,如圖3所示.水流通過管道從蓄水池中流出,串聯電路相當于一根管道a,串聯電路中的各點相當于管道中的A、B、C 等各位置,在同一管道中,A、B、C等各處水流量相等,串聯電路中電流特點與此類似,即串聯電路中電流處處相等:I=IA=IB=IC.串聯電路中的電壓類似于管道中的水壓,AB、BC段依次連接,就像依次串聯的各部分電路,管道中AC段總水壓等于AB、BC段水壓之和,串聯電路總電壓等于各部分電路電壓之和:UAC=UAB+UBC.對于并聯電路,就像蓄水池外并列的若干管道,如圖4所示,從水壩流出的總水流量等于各管道的水流量之和,即并聯電路中干路的總電流等于各支路電流之和:I=Ib+Ic;各管道兩端的水壓差相等,即并聯電路中各支路電壓等于電源總電壓.具體類比知識單元如表2所示.
表2 電路與水路的類比類比知
識單元一根管道中各點水流量之間的關系串聯電路中各點電流之間的關系多跟管道的總水流量與各管道水流量的關系并聯電路中干路總電流與各支路電流的關系一根管道中各段水壓與管道總水壓的關系串聯電路中各部分電路電壓與電路兩端總電壓的關系多跟并列管道兩端的水壓關系并聯電路各支路兩端的電壓關系2.3類比法在實驗探究中的應用
物理實驗是物理教學的基本手段之一,通過實驗可以有效地引導學生發現問題,激發其求知欲望,能使學生進一步理解物理概念和定律是怎樣在實驗基礎上建立起來的,從而有效地幫助學生形成概念,導出規律.但是初中學生的物理實驗能力和思維能力還有所欠缺,在發現問題、猜想結果時會遇到困難,此時教師不能直接代替學生提出問題并猜想假設,這樣不利于培養學生的思維能力和創新意識,教師應該引導學生發現問題,猜想結果.這一過程用類比法可以達到觸類旁通的效果.如《探究影響導體電阻大小的因素》實驗中,為了引導學生提出問題和做出猜想,可用獨木橋作為類比源:過獨木橋的難易程度跟橋的長度、橋木的粗細、橋面的光滑程度等都有關系.對于同樣粗細的獨木橋,橋越長,走起來越困難,內心壓力越大,即同種材料制成的相同橫截面積的導體,其長度越長,電流流過導體越不容易,導體的電阻越大;對于同樣長度的獨木橋,獨木橋越粗大,走起來越容易,內心壓力越小,即同種材料制成的相同長度的導體,其橫截面積越大,電流流過導體越容易,導體的電阻越小.導體的材料對電阻大小的影響就像獨木橋的材質對行走難易程度的影響,用光滑的鋼管制成的獨木橋比用粗糙的樹干制成的獨木橋更難以行走,類比知識單元如表3所示.如此類比形象生動,可以引導學生做出實驗猜想,最終還能幫助學生理解實驗結論,同時將學生的情感賦予物理規律之中,使得物理的學習不再枯燥無味.
表3 獨木橋與導體電阻的類比類比源:獨木橋類比泉:導體電阻類比知
識單元其它條件相同時,橋越長,過橋越難其它條件相同時,導體越長,電阻越大其它條件相同時,橋木橫截面越大,過橋越易其它條件相同時,導體橫截面越大,電阻越小橋光滑程度影響過橋難易程度導體材料影響電阻大小再如,串聯電路分壓特點,可以類比于高大肥胖的成人和瘦小的小孩同坐地鐵,一排座位,胖人因為體型肥胖而占據位置寬,而瘦小的小孩占據位置窄,體型越肥胖占據的位置越寬,體型越瘦小占據的位置越窄,即串聯電路中,電阻越大分得電壓越多,電阻越小分得電壓越少.并聯電路分流可以類比于校門的兩個大小不同的出口,放學人流高峰期時,越大的出口阻礙越小,人流量就越大,越小的出口阻礙越大,人流量就越小,即并聯電路中電阻越小電流越大,電阻越大電流越小.這樣的類比從學生的生活經驗出發,可以促進學生對物理規律的理解,同時培養學生的思維能力.
2.4類比法在習題教學中的應用
初中電學習題形式多樣,解題方法靈活多變,對學生的解題能力要求較高.解題過程是培養學生物理思維的途徑之一,因此在習題講解過程中有必要滲透解題方法,達到授學生以“漁”的目的.如圖5所示的電路中,電源電壓確定不變,閉合開關S,當開關S1從斷開到閉合的過程中,兩個電流表示數變化情況如何?很多學生認為,電源確定,輸出電流也就確定了,所以無論開關S1閉合還是斷開,干路電流應該是確定不變的,因此電流表A1的示數不變,A2示數變大.當然這種觀點是不正確的.由歐姆定律I=UR知,電源電壓一定時,電流的大小受電路中電阻的影響.該電路可以以家庭中的水路為類比源:電路中的干路相當于家庭供水的總管道,兩條支路相當于通往廚房和洗手間的兩根管道,兩管道中的水流互不影響,當只是廚房用水時,總管道只為廚房供水,水流大小為廚房管道水流大小;當廚房和洗手間同時用水時,總管道水流大小為二者之和.遷移到電路中便是:電路中L1與L2所在支路互不干擾,當S閉合、S1從斷開到閉合, L1一直正常工作,L2先不工作后開始工作,流經L1的電流不變,干路中的電流先是只提供給燈泡L1,后提供給燈泡L1和燈泡L2,所以干路總電流變大,即電流表A1的示數變大,A2的示數不變.類比知識單元如表4所示.
表4 題中電路與家庭水路的類比類比源:家庭水路類比泉:題中電路類比知
識單元總管道中的水流干路中的電流通往廚房的支流流經L1的支路通往洗手間的支流流經L2的支路3運用類比法的注意事項
類比法在教學中處理得好,則相得益彰,既能加深對概念、性質、公式的理解,又能對所學主要內容起到強化記憶的作用,還可以引導學生擯棄陳腐的學習方法,培養學生的思維能力.但是,類比法不是一種精確縝密的推理方法,類比結果不一定都是準確無誤的,在運用類比法教學時,應注意以下幾點.
第一,所選類比源一定是學生熟知的事物或經驗,并且盡可能其與類比泉有本質相同的屬性.初中教學中運用類比思想的目的主要在于化難為易,化繁為簡,從而幫助學生理解和記憶,若選擇的類比源比類比泉更難以想象和理解,類比就失去了意義,不但達不到事半功倍的效果,反倒適得其反.
摘要:類比法是一種重要的物理思維方法,在初中物理課堂應用類比法不僅可以幫助學生更好的理解抽象的物理量,物理規律,而且對培養學生的思維能力,理解能力和解題能力都大有裨益,通過類比思想的灌輸,學生能夠逐漸形成思維的方式,在今后遇到新問題時能夠觸類旁通,激發靈感,富有創造力。
關鍵字:類比;抽象思維;教學;應用
老子云:“授人魚,不如授人以漁。”授人魚,只能解燃眉之急,而授人以魚,則能讓人們終身受用,而《師說》中也說過:“師者,所以傳道授業解惑也”,作為一名優秀的人民教師,不僅僅要傳道、授業、解惑,更重要的是培養學生的物理思維,從日常的教學中逐漸培養學生認識問題,發現問題并獨立解決問題的能力,讓學生能夠通過方法的指引,思維的鏈接,在遇到新問題的時候,能夠觸類旁通,獨立的解決新問題。而類比法在初中物理教學中的應用,通過幫助學生把感到陌生的問題與自己熟悉的事物進行比較,從而找出它們的相似或相近之處,達到認識事物的規律。通過類比,學習掌握新知識,聯系復習舊知識。
類比法的客觀基礎在于不同事物間的相似性,不同事物在結構,特點,功能,數學形式以及描述上都有相同或想通之處,故而可以進行比較學習,通過人們已經形成的習慣思維的舊事物去類比即將學習的新事物,通過比較分析達到通俗易懂的目的。而事物間的差異又限制了類比的范圍,它只能在一定的條件下才能進行,所以在類比的同時我們要辨別不同事物的差異,不能盲目類比。
一、類比法在比值定義中的應用
我們知道比值定義法在初中物理中經常使用,在遇到一個新的物理量時,往往通過比值定義來定義,對于類比值定義的物理量我們同樣可以通過的類比的方法進行教學,通過聯系學生熟悉的物理量來導入,符合學生的認知規律,讓學生更好的掌握。這類新的物理量在物理量一類分為描述物體運動狀態或工作狀態的物理量,如,速度,功率,電功率,二類為描述物質基本屬性的物理量,如密度,比熱容,電阻,燃料的熱值等,這類定義往往有一共同特征:物理量有自身因素決定,與比值定義中的物理量無關。
“單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量叫做這種物質的比熱容。比熱容是物質的一種特性,用來描述物質吸熱本領的大小。”這些對初學物理的學生來說較難理解。我在教學中,將比熱容比喻為人的飯量,吸收的熱量比喻為人吃的飯,升高相同的溫度比喻為都吃飽。“讓飯量不同的兩人都吃飽,飯量大的吃得多。讓他們吃同樣多的飯,飯量小的先吃飽。”類比“質量相等的不同物質,升高相同的溫度時,比熱大的物質吸收的熱量多,而它們吸收相等的熱量時,則比熱容小的物質溫度升高的多。”這樣容易理解得多了。
二、類比法在抽象物理量教學中的應用
自進入電學以來,我們陸續會接觸比較抽象的物理量,比如電路中的電流,電壓,力學中的力,電磁學中的電場,磁場等等,這些基本的概念是我們日常生活中能夠感受但不能直觀的展現在我們的面前,這些學生新接觸的物理量,比較抽象,學生很難理解,那么采用“類比與歸納”思想對學生學習新知識,重新構建知識體系,建立物理模型,培養學生形象思維都有很大的好處。通過類比真正讓學生能夠通過聯想,觸類旁通,在以后進一步的學習中形成思維的習慣。下面通過幾個實例來說說明類比法在初中物理學中的教學。
1、摩擦起電中的應用
在講解這一節中摩擦起電的原因時,學生對兩個物體摩擦時,束縛電子能力強的原子得電子帶負電,束縛電子能力弱的原子失去電子帶正電,以及同種材料的原子摩擦不帶電的問題很難理解。可將原子核類比為皇帝,離原子核較近的電子類比為皇帝身邊的內臣(備受寵幸),較遠的電子類比為皇帝的外臣(備受冷落),當不同的原子相互摩擦時類比為原子核的最外層電子(外臣)在相互交流,(互相訴苦),備受冷落的核外電子就開始跳槽(不受重視要換工作)進入到了另外一個原子中,故摩擦起電的實質是電子的轉移,電子從一個原子轉移到了另一個原子,得到電子的原子對外顯負電,失去電子的原子對外顯正電,在電子轉移的過程中電荷是守恒的。通過這一類比,學生能夠很快明白摩擦起電的原因,同時也形象生動,增強了學生學習的興趣。
2、電路中的應用
水流類比電流,水壓類比電壓,電阻類比高山,導線類比平緩的河床。
對于剛進入初二階段的學生,剛進入電學就開始學習電學中的三個基本物理量,電流,電壓,電阻,對于這類看不見摸不著的抽象物理量的教學,我們要聯系學生思維中所熟知的生活常識,通過類比分析達到同學掌握抽象物理量的目的,通過平日的教學,我總結了電路的類比學習方法。
在日常的教學中我還自創了“高山流水圖”幫助學生理解電流,電壓,電阻。
3、 重力場,電場,磁場的類比應用
場作為一種抽象的物質,我們看不見摸不著,不好直接引入新課,所以在新課之前必須有前期的鋪墊。我們可以先引入生活常見的風,對于風,我們也是看不見摸不著的,但是我們可以根據風的作用效果來研究它,感受它,比如,風吹過樹葉會發出聲音,樹葉會搖擺,我們可以感受到風帶給我們的感受,春天,春風拂面,夏天,涼風爽朗,秋天,秋風蕭瑟,冬天,寒風刺骨。通過樹枝的偏折程度判斷風的大小,樹枝的偏折方向判斷風的方向。同理,場我們也看不見摸不著,我們同樣可以用它們所產生的效果來研究它們的特性。如在研究重力場時,我可以根據任何上拋的物體都會落回地面說明重力場的方向豎直向下,同理可以根據磁極間的相互作用效果說明磁場的存在,通過大家熟知的重力場的類比讓學生掌握電場,磁場。
三、類比歸納法在同類物理學習中的應用
“類比與歸納”思想指的是聯系已學舊知識與技能,聯想與對比出相近或相似的新知識與技能,從而達成知識的重新構建的思想。在物理教學中教師若能運用“類比與歸納”思想,往往給學生的學習帶來許多方便,加深學生對知識的理解。
例如在學習內燃機的時候,很多同學雖然理解汽油機和柴油機的工作循環過程,但當碰到考試題目的時候依然印象模糊,含混不清,究其原因就在于很多同學沒有通過列表類比兩種不同內燃機工作的異同點,沒有形成清晰的印象,如果通過列表對比學習,同學們就在頭腦中就很清楚的掌握兩種不同內燃機的工作過程,從而提高解題速度,提升正確率。
四、在類比中應該注意的問題
1、教師在類比的時候力求做到語言簡練,通俗易懂,講抽象的問題具體化,復雜的問題簡單化,要適當的配以示意圖,掛圖等多種方式調動學生的學習興趣,力求形象生動,簡單明了。
2、注重科學性,在類比的時候,教師一定要高屋建瓴的看待問題,不能給學生造成思維上的誤導,類比中的誤解,盡量貼近科學實際,做到類比有章可循,嚴密合理。
總之,類比法是研究問題的重要方法,他是在利用已有的知識去類比新知識的一種可行的辦法,無論是在物理學中還是在其他自然科學中都廣泛的應用,物理學中的抽象概念的建立,同類規律的歸納等等都要應用到類比法,類比法的在初中物理課堂的應用不僅可以幫助學生更好的理解抽象的物理量,物理規律,而且對培養學生的思維能力,理解能力和解題能力都大有裨益,通過類比思想的灌輸,學生能夠逐漸形成思維的方式,在今后遇到新問題時能夠觸類旁通,激發靈感,富有創造力。正如康德所說:“每當理智缺乏可靠論證的思路時,類比這個方法往往能指引我們前進。”但在老師在引導的同時一定要注意類比事物之間的區別和聯系,防止學生盲目類比,走進誤區。