類比思維能力的培養(yǎng)及在提升物理化學(xué)教學(xué)效果中的應(yīng)用

1、類比思維才能的培養(yǎng)及在提升物理化學(xué)教學(xué)效果中的應(yīng)用類比思維才能的培養(yǎng)及在提升物理化學(xué)教學(xué)效果中的應(yīng)用在材料、化學(xué)、化工、生物、制藥、冶金等相關(guān)專業(yè)中，學(xué)生對(duì)物理化學(xué)知識(shí)的掌握程度影響到對(duì)其他課程知識(shí)點(diǎn)的把握。同時(shí)物理化學(xué)也是諸多大學(xué)研究生入學(xué)的專業(yè)考試課程。但是，在物理化學(xué)課程具有課程起點(diǎn)高、知識(shí)點(diǎn)密集、知識(shí)點(diǎn)抽象、難度大的特點(diǎn)。這也使得物理化學(xué)教與學(xué)的難度都較高。如何提升教學(xué)效果，一直是物理化學(xué)教學(xué)中研究的一個(gè)重要課題。在詳細(xì)教學(xué)中，通過(guò)聯(lián)想、分析、比擬、歸納，把已經(jīng)熟悉的知識(shí)模型、知識(shí)規(guī)律與所研究的各種現(xiàn)象和過(guò)程相聯(lián)絡(luò)，找出它們?cè)谀承┓矫娴南嗨浦?，并用類似的方法處理稱為類比思維方法。類比

2、思維曾經(jīng)幫助人類獲得大量的知識(shí)，很多物理學(xué)家如開普勒、牛頓、麥斯偉爾都運(yùn)用類比思維解決了很多物理學(xué)難題，可見，類比思維才能是進(jìn)展學(xué)習(xí)和研究的根本素質(zhì)之一。根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)原理，在學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識(shí)，尤其是比擬抽象的知識(shí)時(shí)，最好能找到新舊知識(shí)之間的聯(lián)絡(luò)。對(duì)于物理化學(xué)教學(xué)而言，通過(guò)相似關(guān)系舉出學(xué)生熟悉的領(lǐng)域中的實(shí)例，可以幫助學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和認(rèn)知。由于物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象，類比思維可對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程提供直接的指導(dǎo)和啟發(fā)。另外，類比思維也是一種科學(xué)的思維方法，運(yùn)用類比有助于迅速地把握處理問(wèn)題的關(guān)鍵，變通物理化學(xué)規(guī)律，進(jìn)步分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的才能。一、與熟悉的形象化的事物進(jìn)展類比物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中有

3、很多抽象的概念，比方焓、熵函數(shù)、活度、相律等。這些概念不易理解，但是用學(xué)生熟悉的形象化的事物去類比，可幫助學(xué)生較快地理解與掌握這些概念的含義。這種類比思維方法的根本過(guò)程是，確定要類比的目的問(wèn)題對(duì)象，然后確定類比源對(duì)象；之后對(duì)目的問(wèn)題對(duì)象與類比源對(duì)象進(jìn)展比擬，進(jìn)而找出他們之間的類似關(guān)系；根據(jù)目的問(wèn)題對(duì)象的信息，對(duì)其相似關(guān)系進(jìn)展重整化處理。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第二定律章節(jié)內(nèi)容中利用熵判據(jù)S0來(lái)判斷隔離系統(tǒng)的方向與限度時(shí)，普遍感到不好掌握，我們就類比生活中的現(xiàn)象來(lái)進(jìn)展解釋。即讓同學(xué)試想自己生活的房間，假如平時(shí)不注意清潔和整理，用過(guò)的東西隨意丟棄擺放，用不了多長(zhǎng)時(shí)間房間就會(huì)變得很混亂。這樣，同學(xué)們?cè)?/p>

4、理解熵增加的本質(zhì)即系統(tǒng)內(nèi)部自然發(fā)生的隨機(jī)過(guò)程打破了原有的狀態(tài)限制，使得系統(tǒng)內(nèi)部元素的狀態(tài)更多，就會(huì)感到抽象的內(nèi)容更加形象化，更易于理解與承受。所以，利用類比法，使抽象、生疏的概念變?yōu)樵敿?xì)、熟悉的知識(shí)，降低承受抽象概念的難度，進(jìn)步了學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。這種思維方式通過(guò)選取適宜的類比源對(duì)象和目的問(wèn)題對(duì)象以直觀的、形象的圖景映入學(xué)生腦海中，使其具有形象思維的特征。二、與其他課程內(nèi)容進(jìn)展類比學(xué)習(xí)類比思維主要是讓學(xué)生知道很多知識(shí)點(diǎn)之間不是孤立的，而是互相聯(lián)絡(luò)、互相促進(jìn)的。類比思維的培養(yǎng)，既依賴于形象思維，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)想象作必要的類比示意圖，才能將原來(lái)不同的兩種物理模型、物理規(guī)律之間互相聯(lián)絡(luò)起來(lái)。同時(shí)

5、又借助于抽象思維，因?yàn)橹挥谐橄笏季S才提醒出兩個(gè)事物的共同特征，抓住事物的本質(zhì)。在詳細(xì)的課程理論中，除了與形象化的事物進(jìn)展比照，物理化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)還可以與很多其他課程內(nèi)容進(jìn)展類比，以此來(lái)幫助學(xué)生靈敏地運(yùn)用已掌握的知識(shí)來(lái)解決遇到的新的物理化學(xué)問(wèn)題。特別是物理化學(xué)與其他課程，比方大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)乃至高中物理和化學(xué)之間都有局部相似的教學(xué)內(nèi)容，那么就可以采用類比教學(xué)法，利用學(xué)生較為熟悉、已經(jīng)掌握的舊知識(shí)，去啟迪學(xué)生理解和掌握物理化學(xué)中新的知識(shí)。例如，熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是大學(xué)物理課程中的內(nèi)容，同時(shí)也是物理化學(xué)中的內(nèi)容；那么，在講授物理化學(xué)中的熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律這兩節(jié)內(nèi)容時(shí)，就可以采

6、用類比法，指出與大學(xué)物理所學(xué)內(nèi)容的一樣之處，同時(shí)強(qiáng)調(diào)二者存在的差異，如此循序漸進(jìn)同學(xué)們更容易承受新知識(shí)。在詳細(xì)的教學(xué)理論中，我們指出，不管是大學(xué)物理還是物理化學(xué)，熱力學(xué)第一定律解決的都是系統(tǒng)在變化過(guò)程中的能量問(wèn)題，包括功、熱和熱力學(xué)內(nèi)能或稱內(nèi)能等。但不同的是，大學(xué)物理課程內(nèi)容中，僅針對(duì)理想氣體這一簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，計(jì)算過(guò)程也相對(duì)簡(jiǎn)單；而物理化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容里，系統(tǒng)不僅包括理想氣體還包括液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)，而且系統(tǒng)經(jīng)歷狀態(tài)復(fù)雜，不僅有恒溫、恒壓還有相變化以及化學(xué)反響等復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)相應(yīng)的引入了新的概念，如摩爾相變焓H、摩爾反響焓H等，所以計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。這樣，通過(guò)類比就讓學(xué)生在新、舊知識(shí)之間架起了一座橋

7、梁，讓新舊知識(shí)之間互相溝通。三、對(duì)課程內(nèi)部知識(shí)之間進(jìn)展類比物理化學(xué)課程中有很多非常相似的知識(shí)點(diǎn)，這些知識(shí)點(diǎn)集中以大量類似的化學(xué)方程式來(lái)呈現(xiàn)。面對(duì)大量的物理化學(xué)化學(xué)方程式，學(xué)生往往感覺記憶困難。巧妙運(yùn)用類比法，會(huì)讓方程式記憶變得輕松并且深化。例如，范德霍夫浸透壓公式被認(rèn)為是物理化學(xué)界的經(jīng)典理論之一，被寫在世界各國(guó)的物理化學(xué)教科書中，范德霍夫的浸透壓方程式表述為V=nRT，但是其概念不容易掌握。我們可比照學(xué)生們所熟知的理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，發(fā)現(xiàn)二者具有相似的組成，比例常數(shù)與氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R也根本一致，所以可比照這兩個(gè)公式的特點(diǎn)來(lái)幫助同學(xué)們進(jìn)展理解、掌握與記憶。再比方，物理化學(xué)中有些

8、方程式的導(dǎo)出過(guò)程也可采用類比的方法進(jìn)展推導(dǎo)。比方真實(shí)氣體的范德華方程式P+V-b=RT，就是通過(guò)與理想氣體狀態(tài)方程PV=RT進(jìn)展比照，添加了壓力修正項(xiàng)和體積修正本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理項(xiàng)b而得出的。類似地，在多相多組分熱力學(xué)章節(jié)中，提出了偏摩爾量這一重要概念，解決了體系中多相、多組分的組成變化對(duì)體系狀態(tài)影響的問(wèn)題。采用類比思維，只要將純物質(zhì)的任一廣度量交換成偏摩爾量，那么可根據(jù)純物質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系，寫出多組分系統(tǒng)中任一組分的熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系。物理化學(xué)課程方程式繁多、復(fù)雜，看似難以理解和記憶，然而從整體上去把握，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同章節(jié)的方程式只不過(guò)是同一個(gè)方程式在不同條件下的演變形式而已。因此，

9、在講授根本原理和根本方程式的過(guò)程中，靈敏運(yùn)用類比或比擬的方法，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。另外通過(guò)類比來(lái)找出各個(gè)方程式之間的共同點(diǎn)和關(guān)聯(lián)性，既加深對(duì)物理化學(xué)本學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的理解，也使學(xué)生對(duì)自然規(guī)律的普遍適用性有了更深化的認(rèn)識(shí)。四、如何引導(dǎo)學(xué)生正確運(yùn)用類比思維類比思維是一種富有創(chuàng)造性的思維形式，類比推理的過(guò)程是形象思維、抽象思維、直覺思維的辯證統(tǒng)一的過(guò)程。從某種程度上講，類比思維是類比推理過(guò)程中的各種思維形式的總稱。要引導(dǎo)學(xué)生正確運(yùn)用類比思維，需要從以下幾點(diǎn)進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)。首先，通過(guò)向?qū)W生介紹類比思維在科學(xué)開展史上做出重大奉獻(xiàn)的歷史事件，讓學(xué)生深化體會(huì)到類比思維的重要性。比方愛因斯坦從引力場(chǎng)幾何化的成功

10、作類比推理，致力于電磁場(chǎng)的幾何化，進(jìn)而建立統(tǒng)一場(chǎng)論的思想，這樣的類比案例可以幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀，以及實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，從而鼓勵(lì)并增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用類比思維解決新問(wèn)題的勇氣。其次，老師在詳細(xì)的教學(xué)過(guò)程中，要根據(jù)學(xué)生的情況選用學(xué)生熟悉的類比源。雖然類比思維既可以近親類比，還可以邊緣類比。但是老師與學(xué)生在生活經(jīng)歷、知識(shí)積累等方面還存在著一定的差異。特別在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，老師與學(xué)生的生活環(huán)境、成長(zhǎng)經(jīng)歷、心理特征都呈現(xiàn)出較大的不同。局部老師在追求專業(yè)知識(shí)精深的同時(shí)卻對(duì)當(dāng)前大學(xué)生的生活方式和時(shí)代背景少有理解，這可能造成老師在進(jìn)展類比教學(xué)時(shí)難以找到適宜的類比原型。另外，局部學(xué)生生活經(jīng)歷的匱乏可能導(dǎo)致他們?cè)诶斫忸惐仍磿r(shí)產(chǎn)生一定的困難。這都需要老師要主動(dòng)地積累深沉而廣博的知識(shí)，盡可能廣泛地涉獵目前時(shí)代開展的特征和其他領(lǐng)域的知識(shí)。這樣類比源的選擇范圍越廣泛，類比的形式越靈敏，也越能發(fā)揮類比的作用。最后，類比法中雖然包含了許多辨證的關(guān)系，如相似與一樣、同一和差異、偶爾聯(lián)絡(luò)和必然聯(lián)絡(luò)，現(xiàn)象相似與本質(zhì)相似等等，但是老師應(yīng)該適時(shí)地提醒學(xué)生，類比思維作為一種形式邏輯思維方法，它不同于從一般到特殊的推理，也不同于從特殊到一般的歸納，它的結(jié)論具有偶爾性。因此，采用類比思維學(xué)習(xí)新知識(shí)的時(shí)候，必須事先提醒學(xué)生注意到各種差異對(duì)類比結(jié)果的影響。老師