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归纳法的启发式教学在物理教学中的应用

时间:2009-11-22 23:34:51  来源:  作者:

归纳推理,又称归纳法,它是从一般性较小的前提出发,推出一般性较大的结论的推理。十九世纪英国逻辑学家穆勒对归纳法作了第一次系统地阐述,提出了著名的探索因果联系的归纳方法 ---- 穆勒五法,推动了归纳法在科学研究中的应用。在物理学研究中,归纳法发挥着重要的作用,许多物理定律的获得都是借助了归纳法的力量。物理学研究的这种特点,也反映在物理教材之中,依照教材的安排,大多数规律是经由实验(演示实验或学生实验)归纳获得的。因而归纳法的教学是中学物理教学中的一个重要方面。要教好归纳法,首先应对归纳法有较为清楚的认识。接下来,我们先简单介绍一下教学中常见的归纳方法 ---- 穆勒五法。
一、探索因果联系的方法 ---- 穆勒五法
1 、求同法:是通过考察被研究现象出现的若干场合,确定在各个场合先行情况中是否只有另外一个情况是共同的,如果是,那么这个共同情况与被研究的现象之间有因果联系。
能够运用求同法的条件:在被研究现象出现的场合中,先行情况只有一个共同因素。
正确运用求同法,必须:
( 1 )分析、确定被研究现象出现的若干场合。
( 2 )分析先行情况中变化因素和不变因素,确定是否只存在一个共同因素。
物理教学中,教师在讲解力时,首先给出有力存在的具体实例,如 “ 人推车 ” 、 “ 人提水桶 ” 、 “ 推土机推土 ” 、 “ 压路机压路 ” 、 “ 磁铁吸引大头针 ” ,然后由上述实例归纳出结论:力是物体对物体的作用。此处所用的归纳法,即求同法。
2 、差异法:是通过考察被研究的现象出现和不出现的两个场合,确定在这两个场合中是否只有另外一个情况不同,如果是,那么这个不同情况与被研究现象之间有因果联系,能够运用差异法的条件。被研究现象(结果)出现和不出现的场合,先行情况中只有一个不同的因素。要正确运用差异法,必须:
( 1 )确定被研究现象(结果)出现不出现的两个场合。
( 2 )分析两个场合先行情况中改变因素和不变因素,确定其中是否只有一个因素不同。
物理教学中,在讲解二力平衡时,教师先给出二力平衡的实例,即两个力满足同物、同线。等大、反向。再给出一个例子,此时两个力满足同物、等大、反向,此例结果物体不平衡,由此归纳出二力平衡必须有同线这个条件。此处所用归纳法即差异法。
3 、共变法。是通过考察被研究现象发生变化的若干场合中,确定先行情况中是否只有一个情况发生相应变化,如果是,那么这个发生了相应变化的情况与被研究现象之间存在因果联系。
能够运用共变法的条件:在结果发生了程度上变化的场合,先行情况中只有一个因素发生了程度上变化。
要正确运用共变法,必须:
( 1 )分析结果存在的若干场合,确定这些场合中,结果发生了程度上的变化。
( 2 )分析先行情况中改变因素和不变因素,确定是否只有一个因素发生了程度上的变化。
物理教学中,在讲解压强时,教师安排两个实验。
并由此归纳出,在压力不变时,压力产生的效果与受力面积有关,受力面积越小,压力效果越大。此处所用的归纳法即共变法。共变法是物理教学中使用最为频繁的归纳方法。
穆勒五法中还有求同求异法和剩余法,因这两种归纳法在教学中出现较少,这里就不再展开讲述了。
从上面讨论可知,使用不同的归纳法,其所需条件及逻辑形式各不相同,但进行归纳的行为却基本相同,即都需要:
( 1 )观察分析结果出现的若干场合,以获得结果变化的有关情况。
( 2 )观察分析这些场合中的先行情况,以获得其中变化因素和不变因素。
二、归纳法的启发式教学
启发式教学,是教师遵循学生认知规律,激发学生的求知欲和学习兴趣,引导学生积极开展思维活动,主动获得知识的一种教学法。
归纳法的启发式教学,就是教师引导学生进行归纳活动,由学生自己完成归纳,得出相应结论 ---- 所要学习的有关知识。
如果要学生能归纳出结论,学生就必须具有形成正确归纳的条件。启发式教学中这些条件应在教师引导下,由学生自己分析获得,因为这些条件可以通过分析结果的变化情况,先行情况中变化因素和不变因素而获得,因而在进行归纳法教学时,教师应:
1 、引导学生分析,获得形成正确归纳的条件。
( a )引导学生观察分析先行情况,由学生自己获得先行情况中的变化因素,不变因素。引导学生观察分析先行情况中的变化因素、不变因素,或两者都要分析。应视运用的不同归纳法而定。
引导语言诸如 “ 这两(几)次实验中,有哪些不同 ” 、 “ 这两(几)次实验中,有哪些共同的地方 ” 、 “ 此次实验与前次实验,有哪些共同点(或不同点) ” 等。
( b )引导学生观察结果,由学生自己获得结果变化的有关情况。
引导语言,如 “ 这两(几)次实验,结果有变化吗? ”“ 此次实验与前次实验,结果有没有不同? ” 等。
2 、在条件具备后,引导学生自己进行归纳,得出结论。
引导语言如: “ 通过以上分析,我们可从中得出什么结论? ” 等。
三、归纳法的启发式教学一例
学习内容:通过实验,归纳得到,压力产生的效果与受力面积有关,受力面积越小,压力产生的效果越大。
使用的归纳法:共变法
运用共变法的条件:结果发生程度不同的变化,先行情况中,有一个因素发生了程度不同的变化。本例中,实验结果为压力产生的效果,先行情况中变化因素为受力面积。
依据共变法的条件,教师在进行启发式教学设计时,应该:
1 、引导学生观察分析,由学生自己获得使用共变法的条件
( a )引导学生观察、分析先行情况,由学生自己获得实验条件中有一个因素(受力面积)发生了变化。
( b )引导学生观察分析结果,由学生自己获得结果(压力产生的效果)发生了程度不同的变化。
2 、在条件具备时,引导学生进行归纳,得出相应结论。
教学设计过程如下:
( 1 )师:桌子正面向上放在沙池中,桌子对沙面有压力吗?
生:有
( 2 )师:是否是整个沙面都受到压力呢?
生:(考虑片刻)不是
( 3 )师:那么有多大面积受到了压力?
生:沙面上与桌脚接触的地方受到压力,(受到压力的面积有 4 个桌脚面积大小)
( 4 )师:如果把桌脚向上,桌面向下放置时,沙面上有多大面积受到了压力?
生:与桌面接触的面积,大小等于桌面面积。
( 5 )师:分别将桌面向上,桌面向下放置在沙地中,并在上面放上同一大小的硅码,这两种方置方法,对沙面来说有什么相同地方?
生:对沙面的压力相等。
( 6 )师:这两种放置方式,又有什么不同?
生:沙池受力面积不同。
( 7 )师:由上面分析可知,这两种放置方式,对沙面压力相等,但受力面积不同。
做演示实验

( 8 )师:从实验中,我们看到,这两种放置方式,压力产生的效果一样吗?
生:不一样(第二种情况,桌子陷的深)
( 9 )师:刚才我们说过,这两种情况,对沙面压力相同,因而在压力相同时,压力产生的效果还与什么有关?
生:受力面积
( 10 )师:受力面积越大,如第一种情况,则
生:压力产生的效果越小
( 11 )师:受力面积越小,如第二种情况,则
生:压力产生的效果越大
( 12 )师:请一位同学把刚才所学内容总结一下。
生:在压力相同的时候(学生可能会遗漏,教师应提示),压力产生的效果与受力面积有关,受力面积越小,压力产生的效果越大。
第( 1 )~( 3 )问答,引导学生关注压力产生效果的两个相关因素 ---- 压力,受力面积。
第( 4 )问答,引导学生明了另外一种实验条件中,沙面上受力面积的大小。为引导学生分析实验中受力面积的变化做准备。
第( 5 )问答,引导学生分析先行情况中不变因素 ---- 压力
第( 6 )问答:引导学生分析先行情况中变化因素 ---- 受力面积
第( 8 )问答,引导学生观察分析,结果 ---- 压力产生效果的变化情况
第( 9 )~( 12 )问答,引导学生归纳出相应结论
从以上分析,我们可以看出,教师要顺利完成归纳法的启发式教学,应做好。
1 、任务分析:
( a )分析所使用的归纳法
( b )分析正确使用该归纳法所需要的条件
2 、目标导向教学设计:依据所使用归纳法的条件,进行教学设计
在教学设计中,应体现教师的引导作用:
①引导学生分析,由学生自己获得正确使用该归纳法所需要的相应条件
a :引导学生观察分析,先行情况中的变化情况和不变情况
b :引导学生观察分析结果变化情况
②在条件具备后,引导学生归纳出相应结论。 

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