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时间:2022-11-11 04:20:40
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关键词:物理学科;类比方法;逻辑思维
【中图分类号】G424.1
1.什么是类比推理
类比推理,也称"类比法",这是根据两个对象某些属性的相同,推出它们的其他属性也可能相同的间接推理。也可以说类比推理是立足在已有知识的基础上,为进一步认识事物的一种有效的试探性方法。例如荷兰物理学家惠更斯曾运用类比推理,提出了光波的概念,思路如下:光和声这两类现象具有一系列相同的性质:直线传播,有反射、折射和干扰的现象,而声有波动的性质,他由此推出结论:"光可能有波动性质"。再如丹麦物理学家奥斯特由电生磁的发现震动了十九世纪初期的物理学界,一些勇于探索和创新的科学家不约而同地思考着这样一个问题:既然电可以生磁,反过来,磁可不可以生成电呢?带着这样的思索信念,英国物理学家法拉第经多次实验,终于实现了"转磁为电",为人类打开了进入电气化时代的大门。由此可见,类比推理的逻辑性质特点,决定了它同创造思维,科学假说、灵感紧密相连,它是一种重要的思想方法。
2.类比推理可以起到联系新旧知识的纽带作用
新旧知识的联系,除了有递进式的联系外,还有平行扩展式的联系,它比递进式的关系更广泛,认识这种横向延展的联系,类比是一个很好的方法。通过类比,无论异同,都可以借助于已知的熟悉对象达到对未知的生疏对象的某种理解和启发,起到由此及彼,触发联想,的作用。类比虽不是逻辑论证,但可为新知识的阐述提供依托的支持,使学生对十分陌生的东西很快有"似曾相识"的感觉,从而获得明晰的认识。
类比是多样的,按研究对象的不同来区分有三种:1、局部性质的类比,通常是某些概念或概念的某些性质的类比,比如水位与电位,力与电动势等等;2、整体间的类比,如平动与转动规律的类比;3、体系之间的类比,如力学与电学规律的类比。
有些新规律是不可能直接从旧知识中直接导出的,但是可能存在着形式上或者性质上的某些类似,通过类比的诱导,可以建立横向的平行联系,使知识形成有机联系的网络,使认识得到强化,或者预示着新的规律。比如万有引力定律和库仑定律显然是相互独立的,在教学中将两者类比,可以达到认识物质运动内在规律的同一。库仑定律F=kQ1Q2/r2形似万有引力定律F=Gm1m2/r2,在重力场∮G·dl=0,引出了重力势能的概念:Ep=G·dl,以此可类比在静电场∮E·dl=0,据此引进电势概念:V=E·dl,从而,从能量角度揭示出静电场的特有性质。
著名的薛定谔方程,奠定了量子力学大厦的基础,也是用类比法得到的。薛定谔把光学与力学类比:几何光学是波动光学的近似和简化,若经典力学等同于几何光学,则应该有一门波动力学等同波动光学,它将如波动光学可以解释干涉和衍射一样,用来解释原子领域的物理过程。于是他经引入了波函数,把粒子在力场中的运动描绘成波动过程,建立了薛定谔方程。那么,有关这部分问题的导入,知识的讲授即可采用上述类比推理的思路进行之。
类比推理是在新旧知识之间架起桥梁,是从主体通过向客体(认识对象)的道路,是培养学生研究和创造能力的一种方法。
3.类比方法可以起到增强对旧知识的记忆作用
在教学过程中,经常要对已学过的知识体系进行复习和总结,其目的在于巩固和运用。通过概念、规律的相似性比较,相反性的对照,不仅可以使学生掌握知识的网络,还可以弄清概念之间的细微差异,使纷纭复杂的知识系统化、条理化,便于记忆掌握之。例如将刚体绕定轴转动的概念和规律,与质点力学中的有关概念和规律如刚体与质点、角速度与速度,转动定律与牛顿第二定律等等进行类比是十分方便和有益的:
从上表中对照比较,很容易发现这些知识体系在形、性上的相似和相异,可加深印象,便于记忆。
对于不同体系的知识规律,同样也可用类比法加以对照比较。例如可将在LC电路中发生的电磁振荡过程与弹簧振子的简谐振动过程进行类比,也是比较恰当的,可作以下的对应:
mv2(弹簧振子的动能)Li2(线圈中的磁场能)
kx2(弹簧振子的动能)q2/c(线圈中的磁场能)
我们很容易列出力学量与电学量的对应关系如下表:
力学量电学量
mL
vi
kl/c
xq
弹簧振子做简谐振动时,系统的机械能守恒:
对LC振荡电路而言也有类似的规律:
即在LC电路电磁振荡过程中,磁场能与电场能相互转化,但总能量守恒。
记住了力一电关系对应表,也就可以记住磁场能、电场能的表达式以及它们在LC电路电磁振荡过程中能量转化及守恒关系式。
需要指出的是类比法作为形式逻辑思维的一种方法,虽然有判断推理作用,但是由于类比的客观基础限制了类比结论的可靠性,即同一性提供了类比的根据,而差异性限制了类比结论的可靠性,所以由类比提出的结论具有局限性或或然性,即是说类比不能代替结论分析和实验研究,而且正是需要后者来检验和核实。
参考文献
[关键词]应用型;大学物理;教学改革
[中图分类号]G642
[文献标识码]A
[文章编号]2095-3712 2015 13-0070-02
[作者简介]宗波 1981― ,男,江苏泰州人,硕士,南京理工大学泰州科技学院讲师,研究方向:稀土合金和铁氧体材料研究。
一、地方应用型本科院校大学物理教学现状
随着经济的发展,市场的人才需求也不断发生变化,应用型人才是当今市场急需的具有扎实的理论基础知识,同时具有较强的实践应用能力,专业口径宽、思维能力强,能将所学理论技术知识应用于生产当中解决实际问题的复合型人才。[1]《大学物理课程教学大纲》明确规定,大学物理课程教学应侧重帮助学生总结得到相关理论知识的方法与过程。通过构建物理模式让学生理解物理知识,同时培养学生分析问题和解决问题的能力。[2]为满足市场的人才需求,应用型本科院校正改革大学物理教学。但纵观我国地方应用型本科院校的大学物理教学可发现其仍有许多不足之处。
第一,教学内容陈旧,与社会需求脱节。受苏联教育模式的影响,为体现知识的完整性和严密性,我国地方应用型本科院校大学物理教学所使用的教材多是以理论为主,辅以公式和数学推导来解决问题。传统教材过分注重理论知识而忽略了知识的应用,很少有与实际生活相联系的物理知识应用方面的内容,教学内容与社会需求严重脱节,难以实现培养应用型人才的目标。
第二,教学方式落后,难以激发学生学习兴趣。受传统教学思想的影响,很多教师采取传统的教学方式,用“教师讲,学生听”“教师演,学生看”的方式进行教学。这种教学方式未认识到学生的主体性,采取“填鸭式”的方法将知识灌入学生脑中,导致学生不明所以,长此以往地使用这种教学方式不仅不利于学生消化知识,还会使学生逐渐失去学习物理的兴趣。
第三,教师素质不高,影响教学质量。即使是处于信息化的现代社会,还是有很多教师难以跟上时代步伐,在教学的过程中“照本宣科”。就算是物理实验教学,也有部分教师依照教材所示方法给学生讲解和演示,或要求学生依照其事先拟好的方案进行实验,这完全违背了培养应用型人才的要求,也影响了教学质量。导致这种现象出现的主要原因是教师素质不高。有些教师因忙于科研工作而忽略了教学,有些教师则是因为专业基础不扎实,缺乏创新精神导致难以引导学生顺利进行实验或创新课堂教学方法。
第四,成绩考核体系不科学。现大多数地方应用型本科院校的大学物理课程考核多是采取笔试成绩为主、实验成绩为辅的方式,其中实验成绩主要包括学生平时的实验报告和实验过程中的表现。但很多学生的实验报告只是在网上搜索的,有些甚至是抄袭的,而学生在实验过程中的表现教师也难以全面了解;笔试又多是考理论知识,难以全面、客观地反映学生的真实学习情况,在很大程度上打击了学生学习物理的自信心和积极性。
二、地方应用型本科院校大学物理教学改革措施
培养应用型人才既是现代社会经济发展的必然需求,也是本科院校立足于教育市场的有效方法。大学物理是很多地方应用型本科院校的必修课程,这门课程可帮助学生打好扎实的专业基础、提高学生的科学素养及创造性思维能力。[3-4]因此,地方应用型本科院校大学物理教学现存在的问题必须解决。
第一,更新教学内容,实施“模块组合”教学。教学内容是学生获取知识的主要来源之一,不同教学内容的组合是激发学生学习兴趣的一种手段。首先要更新教学内容,将最新的前沿成果融入教材当中,让学生了解所学知识与实际生活的联系,使其认识到大学物理在社会生活中所发挥的作用。如在讲波动光学时可引入激光、光信息、光刻等方面的技术知识,联系生活中常见的光盘记录、激光防伪等技术,使学生感受到物理知识与实际生活有密切的联系,对物理产生浓厚的兴趣。此外,大学物理的课时有限且多为公共课,不同专业的学生对这门课程的需求也不尽相同,教师要恰当地选择教学内容,将其模块化,并科学、合理地进行组合,实施“模块组合”教学。如将大学物理中相对独立的质点力学、刚体力学、振动和波、热学、电磁学、波动学列为纵向模块,将近代物理及物理应用归为横向模块,这样可以根据课时安排或不同专业的培养目标组合各模块,让学生既能学到物理知识,又能提高逻辑分析能力及应用能力。
第二,改善教学方式,联系实际应用。传统的教学方式难以触及学生兴趣点,导致课堂气氛沉闷,教学效果不佳。教师可以采用探究式教学法、实验教学法、演示教学法等方式,活跃课堂氛围,激发学生学习的积极性和主动性。如在讲“红限”时,因其概念抽象,教师可用演示实验的方法,用不同强度的红光照射于金属钾电极表面,都不会产生任何光电流,但用绿光进行照射却有光电流出现。通过这个实验,学生很容易就能理解“红限”的概念。此外,为加强学生的实际应用能力,教师应将课堂教学与实际应用相联系,激发学生兴趣,引导学生将所学知识应用于实际生活当中。如在讲“霍尔效应”时,可引入新闻“量子反常霍尔效应”,这样不但增长了学生的课外知识,而且通过前沿问题的反应让学生了解到大学物理在实际生活中的作用,使学生乐于深入探索物理知识。
第三,提高教师职业素养,加强教师教学能力。教师在教学的过程当中起主导作用,教师的职业素养是影响整个课堂效果的主要原因之一,要想提高教学质量就必须提高教师的职业素养,加强教师的教学能力。为此,可让教师进入专业的培训中心进修,转变教师的教育理念、改善其教学方式、端正其教学态度。另外,借助教研活动让教师在授课之余了解最新的物理科技动态及科研成果,丰富教师的物理应用知识。鼓励教师加强自身的创新能力,在实验的过程中深入思考新问题,这样才能为学生树立榜样,激发学生的创新热情,培养学生的创新思维。
第四,完善成绩考核体系。成绩考核是对学生学习成果的检验,成绩考核的方式在一定程度上影响成绩考核的结果。为全方位、客观地考查学生的学习成绩,教师可采取多元化的考核方式,根据实验的不同层次采取不同的考核方式。如针对基础实验可采取实验成绩加笔试成绩的考核方式,其中实验成绩包括预习成绩、实验过程中的表现及实验总结报告三方面。通过考查学生的预习成绩可提高学生学习的主动性;实验过程中的表现考查学生的动手能力和综合素质;实验总结报告考查学生的数据分析及处理能力。另外,通过笔试成绩可清楚地了解学生对理论知识、实验原理、操作步骤的掌握程度。这种考核方式是改善了传统的考核方式,全面体现了学生的综合素质及能力。
三、结语
大学物理是地方应用型本科院校的专业课程之一,同时也是培养应用型人才的基础课程之一。对于地方应用型本科院校来说,大学物理教学有着举足轻重的作用。为此,在实际的教学过程当中,不仅要重视物理理论知识的教学,更要注重学生实际操作能力的培养,让学生能将所学知识应用于实际生产、生活当中,提高学生的实际应用能力。
参考文献:
[1] 刘冬冬,樊秋波,张文涛.应用型本科院校大学物理教学的探讨[J].佳林斯教育学院学报,2013 5 :205-206.
[2] 孙厚谦,洪林,史友进,等.应用型工科“大学物理”课程教学改革的实践与思考[J].中国大学教学,2010 12 :49-51.
关键词:高职物理 教学改革 教学实践 探索创新
物理学是高职院校工科类专业的一门重要的文化素质课,它是自然科学和工程技术的基础,也是技术的主要源泉。物理教学的目的是不仅要学生掌握物理知识,更重要的是让学生接受物理学的思维方式和研究方法。如何发挥物理教学在高职教育中的作用,培养具备一定物理学基础知识的高素质技能型人才,是摆在我们每一位高职教育工作者面前的重要课题,而高等职业教育的大力发展也为物理教学的改革提供了有力的契机。我们近几年探索了在高职物理教学中如何实施素质教育这一重要课题,探索高职物理教学改革的新思路和方法。
1、课程体系改革。高职物理教学改革的根本目的就是全面体现对学生知识结构的优化及能力、素质的培养,更新教育观念,使物理知识与工程技术应用相结合,在教学方法和手段上体现素质教育。为了更好地适应高职特点,我们从以下几个方面作了一些实践探索。
1.1 强化应用性。过去由于过分强调教学体系的完整性,而忽视了物理学与工程实际的联系,一些学生看不到物理学在现代技术中所起的作用,在他们心目中觉得物理学无用。事实上,物理学与工程技术的关系十分密切,物理学的许多发现和重要效应常常是技术发展的先导,迄今为止的大多数工程技术都是从物理实验室中发展起来的。我们的做法是在讲清物理概念和基本原理、教授物理学思维方法后,结合专业特点,适当介绍所学知识在技术上的应用,例如动量守恒定律在火箭中的应用、压电效应在电子技术中的应用等。改革高职物理教学是一项艰巨的任务,教师不应是照本宣科的“教书匠”,而应当是物理教育和职业技术教育事业的探索者。
1.2 增强针对性。由于高职教育培养的是高技能人才,因此在物理教学上力求体现以应用为日的,以讲清概念、掌握规律、加强理论联系实际、强化应用作为教学重点,以便更好地为专业服务。目前,我院工科已经开设高职物理课程的专业有9个。我们根据各专业的培养目标,分大类制定课程标准。例如,电子、计算机类专业,加强电磁学、振动和波等内容;机械、机电类专业,由于后续专业课涉及刚体力学内容,我们加强这部分内容的教学。
1.3 加强科学素养教育。高等职业院校要坚持育人为本,德育为先,把立德树人作为根本任务。培养高技能人才,不仅要进行专业知识的教育,也要重视其他方面的素质教育与培养。而物理课的开设正是培养高职学生科学素养的重要环节,这正是由物理课程本身所具有的特点决定的。物理教学一方面要把知识性内容传授出来,另一方面就是把其内容背后所蕴含着的创造性思维方法揭示出来,以启迪学生,培养学生创造性思维能力。因此,对物理学中所蕴含的思维方法,教师应该尽量诠释给学生,启迪学生的创造意识,培养学生创造性思维能力。这一点在今天以创新教育为先导,推行素质教育的时代,显得尤为重要。
2、教学内容改革。随着科学技术的发展,物理学内容不断补充和完善,向学生全面讲述教材中物理内容已经不可能,必需压缩物理课程学时。因此对物理教学内容必须根据专业人才培养计划的变化彻底改革。我们参考其他高职院校的做法,采用“经典+现代”的模式。
2.1 删减经典物理内容。通过比较高中物理和高职大学物理可以看出,高中物理和大学物理的结构大致相同。这种情况难以激发学生学习物理的兴趣,同时理论课和实验课分家,造成部分内容重叠。为此,我们把理论课和实验课整合为一门课程,压缩了部分内容,又根据我院专业设置特点,删减了热力学和波动光学等内容。同时更新教材,使用最新版本的高职物理教材,构建了较好的教与学的教学内容体系,强调了讲清物理概念和物理结论,帮助学生建立形象的物理图像的同时,重视物理学原理在生产技术中的应用,并适当融入近代物理学的观点,作为了解近代物理和其技术应用的窗口,充分体现了高职物理教学的基本特点。
2.2 增加现代信息。我们把教材中和中学重复的内容,及一些与专业课关系不大的内容删除或改为学生选学,而课堂上主要讲授与专业课有关的内容,适当补充现代物理和一些与现代热门技术关系密切的物理知识,即在物理学与新技术方面给学生开一个“窗口”,装一个“接口”,使学生对物理学现状、前沿有所了解,对物理学内容的前后交叉、相互渗透、演变过程有所认识。在对教学内容改革时,我们本着“以必须、够用为度,强化应用”的原则,使“学以致用”深入到每一个教学内容。
3、教学方法改革。我们根据“学生是主体、教师是主导”这一原则,努力探索在物理教学中怎样全面实施启发式教学,把“按部就班,严谨认真”的传统教学方法和现代教学方法结合起来。
3.1 教学方法现代化。我们的做法是教学方法改革要突出“现代化”特征,体现现代教育理论的观点,大力提倡“启发式”教学,贯彻教师的主导作用与学生的主体作用相统一的教学原则。并加强课堂讨论,鼓励学生主动参与教学活动,打破原来僵化的你教我学的局面,把学生当成知识的主动参与者,而不是消极被动的接受者,注意在传授知识的同时加强学生智能的培养与素质的训练,充分调动学生学习的主动性和积极性,把获得知识的主动权交给学生,让学生在探索活动中不断提高。
3.2 教学手段的现代化。要获得最佳的教学效果,应在启发式教学方法的指导下,在教学中根据实际情况,综合运用多种教学方式,使各种教学方式相互配合,发挥教学方法的整体功能,优化教学过程。其次,由于科学技术的发展,现代教学手段也日益丰富,目前由过去的幻灯、投影、录像教学,已进入多媒体辅助教学时代。为此,我们借助立体化的教学资源,制作了《大学物理》电子教案,适度利用多媒体课件进行直观教学。如在讲授机械波的产生和传播过程时,通过动态模拟,使学生感到印象深刻,容易理解,逼真系统地再现事物变化的全过程,使学生了解到理论与科技、生产的结合,受到学生的一致欢迎,激发了学生学习的兴趣,极大地提高了教学效果。
4、考核方法改革。在考核过程中,我们遵循三个原则:全过程考核的原则,公开考核的原则,重能力和素质的原则,改变了过去仅由课程期终考试决定课程成绩的做法,完善了课程考核方法。具体做法为:
课程总评成绩分理论和实验两部分,其中理论成绩占60%,实验成绩占40%。
4.1 理论成绩又分为平时成绩(占25%)和期终闭卷考试成绩(占75%)。考试内容包括概念、规律和简单的应用;题型分为填空、选择、判断和解答;题量适度,知识覆盖面较广,难度较小。
4.2 实验成绩又分为出勤(占10%)、试验具体操作(占45%)、实验报告(占45%)。
通过考核方法的改革,使教师在教学中把学生的注意力引向平时的努力学习,看中平时学习本身,而不是期末考试分数,使学生既重结果更注重过程,从而提高了学生的学习效果。
总之,经过近几年教学改革和实践探索,说明只要我们变革教学思想,更新教学内容,革新教学方法,改革考核方法,正视存在的问题,开拓新思路,探究新方法,就能发挥物理教学在高职教育中的作用。
参考文献:
1.教育部,关于加强高职高专教育人才培养工作的意见,教高[2000]2号
2.国务院。关于大力发展职业教育的决定,中办发[2005]35号
3.教育部,关于全面提高高等职业教育教学质量的若干问题,教高[2006]16号
4.周明星,教师工作创新[M],北京:中国人事出版社,2000