物理教学逻辑论文-郁小昌

站在物理师范生的角度谈类比方法郁小昌【物理师范生】物理师范生，大学生的一类，所修专业属于物理教育方向，将来的就业目标比较明确，即到各级各类学校或教育机构从事教学管理工作，是未来物理或科学教师的预备者。

然而当今的师范生已不仅限于师范院校，其他非师范院校相关专业毕业生通过修学规定科目并通过考试达到要求的也可成为师范生，而师范生也不一定要以当老师为最终职业。

因此，作为物理学师范专业的我这一类师范生应该着眼于自身真正能力的提升，而不应局限于毕业就只能当老师这样一座独木桥的思维。

【类比方法】《现代汉语词典》给“类比”下的定义是：一种推理方法，根据两种事物在某些特征上的相似，得出它们在其他特征上也可能相似的结论。

在逻辑学中，类比用下列公式表示：A 对象有特征（或属性）a 、b 、c 、d,B 对象有特征（或属性）a'、b'、c',且a 、b 、c 分别与a'、b'、c'相同或相似， 所以，B 对象也可能具有与d 相同或相似的d'特征（或属性）。

在各种推理方法中，与类比法直接相关的是归纳法和演绎法。

归纳是从由特殊到一般的推理，演绎是由一般到特殊的推理。

类比则走了捷径，是由特殊到特殊的推理，三者的逻辑关系如下图所示。

【分析总结】我国早就有“触类旁通”、“举一反三”的成语，它们言简意赅、非常深刻地说明了类比在认识中的重大作用。

类比的价值也为许多科学家、哲学家所颂扬。

开普勒把类比喻成自己“最好的老师”；康德说：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比……往往能指引我们前进。

”就此而言，类比可以说是科学通向创新的桥梁。

下面站在一个物理师范生的角度从类比方法基本特征及其类型、类比对物理学研究的作用、类比方法的运用三个层面简要对类比作一论述。

一，类比方法基本特征及其类型。

一）类比的基本特征1.对归纳、演绎的综合人类的认识发展史表明，正是类比所包含的归纳与演绎两种成分后来分化出来形成了归纳与演绎这两种推理方法，才极大地促进了科学进步；而归纳与演绎法的完善，又反作用于类比——一方面，在类比之前，由归纳和演绎所得到的科学原理一般 特殊 特殊 归纳 类比演绎可以为类比提供可靠的推理基础；另一方面，在类比之后，可用归纳和演绎对类比结论进行理论论证和实验检验。

2.科学上的创新性类比是根据两个对象的已知相似性，把一个对象已知的属性或规律推移到另一对象上，从而获得对另一对象的新认识。

物理学研究总是要解决新问题、打开新领域，而这种创新通常都没有现成的原理可供使用，只有借助于其他领域的科学原理且通过类比才能达到目的。

比如汤川通过类比这座桥梁，把电磁力这种熟知的力和当时人们还很陌生的核力联系起来，建立了核力理论，对粒子物理学的创新起到了重要作用。

3.推理结论的或然性一方面，客观基础限制了类比结论的可靠性。

事物间的同一性和差异性是类比的客观基础，同一性提供了类比根据，而差异性则限制了类比结论。

另一方面，类比的逻辑根据不充分。

就拿光的本性的研究来说，典型地反映了类比的或然性。

惠更斯以相似性为基础进行类比而创立的波动说，以及牛顿从差异性出发进行比较而创立的微粒说，都在一定程度上揭示了光的本性，但它们都不完全正确。

从逻辑角度考察，这正是类比结论或然性带来的必然结果。

二）类比的类型1.共存类比共存类比以简单共存关系作为推理依据。

简单共存关系是指两个对象各属性之间的关系仅仅在于它们各自属于同一对象。

2.因果类比因果类比是依据两个对象各自属性之间具有同一种因果关系而进行的类比。

3.数学相似类比数学相似类比也叫协变类比，是根据两个（或两类）对象属性之间的协变关系（函数关系）进行的类比。

此类方法在德布罗意那得到了完美的运用，不仅推出了物质粒子也具有波动性，更用其推出了求解波长的相同方程，预言了物质波的波长。

二，类比对物理学研究的作用。

一）解释新鲜事物面对一个新事物及其现象，人们总是试图作出解释——阐明它的本质和原因。

而在这种解释中，人们最习惯于采用类比法。

二）启发探索思路类比法能开阔视野、丰富联想、拓宽思路，使人们在百思不解时能从某一类比物上获得启发，找到探索问题的思路。

这一启发作用是将类比结论作为起点，进一步探索研究对象的特殊本质规律。

比如麦克斯韦通过类比得到了一组重要的电磁场方程，总结出矢量场的重要规律，向着电磁场理论的建立迈出了关键一步。

事实上，这关键一步正是当时麦克斯韦受到了汤姆孙科学类比方法的启发，从而使他找到了研究电磁场问题的有效方法。

三）模拟实验研究自然界有许多对象是无法用实验去再现和认识的。

例如宇宙深处的星体，遥远而无法企及；太阳系的形成，古老而无法重演；地磁变化的过程，缓慢而难以等待……在这些情况下，只能用模拟的实物或环境来代替真实对象进行模拟实验研究。

显然，这种模拟的实物或环境必须与真实对象相似；只有相似，才能把模拟实验结论推移到真实研究对象上去。

可见，模拟实验研究的逻辑基础正是类比。

而模拟方法又可分为物理、数学、功能模拟三大类。

在三类模拟中，数学模拟仅要求模拟物与研究对象服从相同的数学法则，故具有较大的灵活性。

而物理模拟与数学模拟相比，虽可靠性强但费时费力且难以操作。

四）获得重要发现按照类比提供的线索，有时能获得重要的科学发现，比如当时库仑定律的发现，据历史记载，库仑实验是比较粗糙的，很大程度上离不开与万有引力定律等已有知识的类比。

三，类比方法的运用。

一）物理学家对类比方法的运用1.敏锐地发现相似性要进行类比，就必须从大量事物中选择与研究对象联系最密切的类比物，并找出两者本质性的相似性，这就需要敏锐的目光和超凡的想象。

而麦克斯韦正是以其广博的知识、敏锐的洞察力，通过相似性类比得到的重要结论，统一了原本各自独立的电、磁、光现象，在更高的层次上简化了物理规律。

2.大胆地预言可能性类比结论往往是新奇的、反传统的甚至是出人意料的，容易招致责难非议，所以有些人虽然通过类比得到了有价值的结论，但迫于或然性而不愿公开。

而富有献身精神的物理学家在进行类比时，不但能够敏锐地把握事物之间的本质联系以提高结论的可靠性，而且能够勇敢地把结论公诸于世，以接受事实的检验。

3.坚信结论的正确性就一般情况而言，类比结论是或然性的，但对于一个具体的类比来讲，可能由于准确而本质地把握了两事物的相似性，故所得结论就有较大的可靠性，有时几乎是肯定的。

但从科学的角度讲，无论类比的可靠性有多高，其结论的最终判据都必须由事实给出。

有些时候，类比的事实判据很快就能找到；另一些时候，类比结论就是久久找不到证明，以至人们由赞成变为怀疑。

然而，对于杰出的物理学家来说，一旦相信某一类比结论正确，就会坚定不移地寻找证明，百折不挠。

二）物理教学对类比方法的运用1.类比是系统化知识的途径通过概念、定理、定律相似性的对照，既能使学生掌握知识联系，又可弄清定理、定律的成立条件和适用范围，使繁杂凌乱的知识系统化、条理化，形成相对独立的知识结构。

例如，质点平动和刚体定轴转动间的类比，有利于对已学知识的理解、掌握和记忆。

类比质点平动刚体定轴转动规律的比较匀变速直线运动axattxat221222=-+=+=ννννν匀变速定轴转动βθωωβωθβωω221222=-+=+=ttt平动定律maF=转动定律βJM=动量定理pFdt∆=⎰角动量定理Ldt∆=⎰M动量守恒定律CpF==∑，外0角动量守恒定律∑==CLM，外动能定理)21(2νmdxF∆=⎰动能定理)J21(M2ωθ∆=⎰d2.类比是沟通新旧知识的桥梁运用类比能使学生将看起来抽象、难懂、凌乱的知识加以沟通，将新旧知识有机地联系起来，便于进一步的理解和掌握。

例如静电场概念既多又抽象，可采用类比方法从三方面进行讲解：（1）点电荷与质点相类比；（2）库仑力与万有引力相类比；（3）电场与引力场相类比。

3.类比是解决疑难问题的钥匙有些物理问题如果直接运用公式求解，则其过程可能非常繁琐，有时还得不到结果。

这时运用类比方法，往往既能提高解题速度又能提高准确性。

综上所述，人们在认识自然的探索中创造了类比方法，为人们由事物之间已知的相似性出发，寻找更广泛、更深刻、更本质的相似性架起了一座桥梁，是人们进行科学思维、开展物理学研究的重要方法。

【跳出束缚】以上对于类比的分析总结是切合我们物理师范专业的，不管将来是从事研究还是教学工作，类比的思想我们应该牢记在心。

但作为一名大学生，或许研究和教学并不一定是我们将来的必经之路，因此思想、方法的掌握（或者说能力的培养）显得更加重要，据不完全统计，一般来讲，大学学习的专业知识到了毕业后的几十年里大都不太会用得到，那么大学的纯粹的专业知识的学习是否有必要进行改革呢？答案我也不知道。

现如今很多时候我们把技能的学习和知识的学习进行了划分，在教育心理学的研究中也往往将陈述性知识和程序性知识分隔开来讲，可是我们回顾下物理学史的发展历程，至今经历了物理学的三次大综合（牛顿经典力学的大统一、麦克斯韦电磁场理论的大综合、爱因斯坦相对论的大综合），那么这一系列的大综合是否告诉我们万事万物应该是统一的呢？答案仍是未知的。

根据类比的思想，中国古代道家哲学有这样的说法“道生一，一生二，二生三，三生万物”，那么知识和技能的学习应该也可以统一起来学习，好比万物的统一一样，因此我猜想未来的学习应该注重精神层面的教育，系统地来学习相关知识与技能，一个人的思想决定了其具体的行动（是进行知识、技能的学习，还是放纵自己）。

同样这种类比的思想在国家战略的层面也可以经常看到，比如说最近黄岩岛争端问题，国家与社会各界人士根据经济、军事等各个不同领域的类比正逐步制定出一套符合中国的海洋发展战略，其中又包括了纵向和横向两个大面，单边、双边、多边等各个层面的类比。

一方面在历史的长河中进行今昔类比寻找历史的支撑点，另一方面在国际全球化的大背景下进行地域实力上的类比。

总之，类比的思想或者说方法，无处不在，无时不在，作为一名物理师范生的我来讲，我将充分发挥我的主观能动性，积极运用类比进行学习，努力让其成为思维火花的火种之源。