穆勒五法在物理教学中的应用

穆勒五法在物理教学中的应用四都中学许艺玲高中物理教师摘要：在中学物理课堂，教师经常以给出定义的形式直接讲解某一概念,然后进行举例或应用，这是比较普遍的概念教学方式。这种教学方式对于教师而言，使用起来很简单，但是却忽视了学生的认知水平和认知规律。如果教师在物理概念教学中，有意识地使用穆勒五法揭示物理概念间的因果关系,让学生了解物理概念是如何建立起来的,那么就可以更好地落实物理教学三维目标,促使学生在深入理解物理概念的同时,掌握基本的物理过程技能和相关能力。关键字：穆勒五法物理概念教学1穆勒五法物理概念是中学物理根本和不可缺少的教学内容，物理概念都是通过概念间的关系来界定的，反映了物理概念间的本质或因果关系。19世纪英国逻辑学家穆勒提出探求因果关系时使用的五种推理方法，在逻辑学中称为穆勒五法，求同法，求异法，共变法，求同求异共用法，剩余法[1]。1.1求同法求同法是通过考察被研究的现象（a）所出现的各个场合,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(A)与被研究对象(a)之间有因果联系[1]。另一说法，求同法是指在不同场合考察相同的学校，如果这些不同场合里只有一个共同的条件，那么，这个条件就是这种现象发生的原因[2]。这两种表述方式，笔者认为第二种条理更为清晰。用表格将其结构概括如下场合先行情况被研究现象1ABCa2ADEa3AFGa所以，A与a有关例如力的作用效果之一：使物体发生形变。这句话如何理解呢？手捏气球,气球变形;风吹树枝，树枝弯曲;网球撞击网球拍，网球拍变形;……;等等,这些现象都有相同的因素:力的作用。因此,我们可以得出,力能改变物体的形状。求同法的特点是“异中求同”。例如伽利略在教堂发现一盏吊灯的摆动，其振幅虽然逐渐减小，但摆动一个周期需要的时间总是不变的，这种摆动周期与振幅无关的现象引起伽利略的兴趣，他仔细观察工作不同材料做成的不同形状不同质量的钟摆，若他们的摆长相同，摆的周期也相同，于是他找到了摆的等时性原理，即摆长相同，摆动的周期也就相同。在中学物理教学中，求同法一般用于分析原因。为了提高运用求同法所得结论的可靠性,要注意两点:一是要尽可能多地比较被研究现象出现的不同场合,比较的场合愈多,愈能排除偶然性,结论的可靠性的程度也就越高。二是注意被研究现象出现的不同场合里,有无其他共同的情况存在,有时人们忽略了不同场合中的另一个情况,而它可能恰好就是被研究现象的真正原因。1.2求异法求异法,通过考察被研究的现象（a）出现与不出现的两个场合，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。换句话说就是，如果在第一个场合被研究的现象(a)不出现,某个情况(A)不出现;在第二个场合,随着被研究的现象(a)的出现,某个情况(A)也出现;并且在这两种场合中其他情况都相同,则情况(A)和被研究的现象(a)有因果联系[2]。其结构如下场合先行情况被研究现象1ABCDa2BCD……所以，A与a有关例如，在物理教学中有许多结论命题是运用求异法获得的，如下面几例场合结果条件1听到铃声玻璃罩中有空气2听不到铃声玻璃罩中没有空气所以，声音可借助空气传播场合结果条件1重力势能不变物体在水平方向运动,重力不做功2重力势能变化物体在竖直方向运动,重力做功所以，重力做功，重力势能改变在中学物理教学中，我们也可以用求异法寻找现象背后的原因或条件场合结果条件1磁针没有偏转导线未通电2磁针发生偏转给导线通电通电导线周围存在磁场，在磁场的作用下，磁针发生偏转如果物理命题是以条件和结果的命题形式呈现，一般用求异法容易获得。同时也要注意，要正确运用求异法,必须满足以下两点：①确定被研究现象(结果)出现和不出现的两个场合。②分析两个场合先行情况中变化因素和不变因素,确定其中是否只有一个因素不同。1.3求同求异共用法求同求异共用法是考察两组事例之间的差异性和同一组事例中的相同性，从而确定被研究现象与某个事件之间因果关系的方法。两事例组即正事例组和负事例组。正事例组是由被研究现象(a)出现的若干场合组成的；负事例组是有被研究现象(a)不出现的场合组成。如果在正事例组的各场合中只有一个共同情况(A)并且它在负事例组中又不存在，那么这个情况(A)就是被研究现象(a)的原因。另一种说法：求同求异共用法是指如果在几个场合中(正面场合),有被研究的现象(a)出现,同时就有某个共同的情况(A)出现;而在另几个场合中(反面场合),不出现被研究的现象(a),也不出现情况(A),那么,这个情况(A)和被研究的现象(a)之间有因果联系[2]。该法实际上应用了两次求同与一次求异,从正反面得出来的,所以其结论具有更高的可靠性。如光源概念的形成:有些物体(太阳、火炬、日光灯、萤火虫等)它们都能自己发光,而(月亮、树木、大地、人体等),自己不能发光,只能反射光。于是就把能够自行发光的物体叫光源,本身不发光的物体不是光源。如以下命题就是通过求同求异法获得。曲线运动的条件是合力与运动速度不在一条直线上。已知条件是小钢球在玻璃板上运动的初速度：水平向右次数是否放置磁铁及磁铁位置小球的运动轨迹受力情况1没有磁铁直线合力为02放在球的正后方直线合力与初速度方向相反3放在球的正前方直线合力与初速度方向相同4放在球的右侧曲线合力与初速度方向不在一条线上5放在球的左侧曲线合力与初速度方向不在一条线上所以，曲线运动的条件是：合力与初速度方向不在一条直线上其中1-3组构成负事例组，4-5组够成正事例组。情况（A）曲线运动，研究现象（a）合力与初速度方向不在一条线上。1-3组比较，4-5组比较利用比较法，负事例组和正事例组之间利用求异法，所以说求同求异共用法是综合了求同法和求异法，它两次求同，一次求异。再一种说法：求同求异法是指如果在出现所研究的现象的几个场合中，都存在一个共同条件，而在不出现所研究现象的另几个场合中，都没有这个条件，那么，这个条件就是这种现象的原因。场合各种条件被考察对象1ABCa2ADEa3BC-------4DE--------所以，A是a的原因例如，热敏电阻材料实验场合条件被考察对象1改变温度改变电流大小改变通电时间电阻值变化2改变温度改变光照强度改变电压大小电阻值变化3改变电流大小改变通电时间电阻值不变4改变光照强度改变电压电阻值不变所以，改变温度是电阻值变化的原因求同求异共用法是综合了求同法和求异法，它两次求同，一次求异。在中学物理教学中，可以用求同求异共用法来分析原因。例如为获得“在同种液体的同意深度，液体内部的压强相等”这一规律，可以设计如下实验让学生做。让第一组到第四组的学生将探头置于水下8cm,16cm处，测量压强计两管液面高度差，各组的探头开口分别是向上、向下、向左、向右;让第五组的学生将探头置于水下8cm处，探头开口分别向上、向下、向左、向右测四次压强的值;让第六组的学生将探头置于水下16cm处，探头开口分别向上、向下、向左、向右测四次压强的值。让同学将测量结果进行比较，并思考：实验中，哪些条件是相同的，哪些条件是不同的？相同时，会有什么结果，不同时，结果又怎样？同学经过比较分析，就可以归纳出上述结论。1.4共变法共变法:如果某种情况(A)发生一定程度的变化,被考察现象(a)也发生变化,那么这种情况(A)跟被研究的现象(a)之间有因果联系。场合各种条件被考察现象1A1BCa12A2BCa23A3BCa3所以，A是a的原因共变法是物理研究法中控制变量法的逻辑基础。二者功能的区别表现在，共变法着重探究原因，而控制变量法更趋向于于寻找共同点和差异点。例如获得物理结论：衍射现象的产生取决于障碍物（或孔隙）的尺寸和波长的大小关系，当障碍物（或孔隙）的尺寸比波长小或接近波长时，会产生明显的衍射现象。用图表表示如下场合结果条件1无衍射现象波长为狭缝宽度的3/102有一定的衍射现象减小狭缝宽度，波长为狭缝宽度的5/103出现明显的衍射现象继续减小狭缝宽度，波长为狭缝宽度的7/10所以：衍射现象的产生取决于障碍物（或孔隙）的尺寸和波长的大小关系，当障碍物（或孔隙）的尺寸比波长小或接近波长时，会产生明显的衍射现象。类似地，在中学物理教学内容中诸如：在验证牛顿第二定律的实验中，讨论加速度a与合力F，a与m的关系[3]；在一定质量的理想气体中，讨论P与V，P与T，V与T的关系；在得出向心力公式中，讨论F向与w，F向与r，F向与m的关系；都可以通过实验和共变法推导得到。1.5剩余法剩余法,如果有一复合现象(a、b、c)是由另一个复合原因(A、B、C)引起的，那么把其中有确定因果联系的部分减去，所余部分，是结果的剩余部分的原因[1]。剩余法可用公式表示如下：已知复合原因(A、B、C)与复合现象(a、b、c)之间有因果关系。已知B是b的原因，C是c的原因所以：A是a的原因例1,居里夫人发现镭以前，观察到一定量的沥青铀矿所发出的放射性强度很强；纯铀所发出的放射性强度较弱一些；所以她判断：在沥青铀矿中一定还含有某种放射性极强的未知元素。经过艰苦的提炼，她终于发现了新的放射性极强的元素镭。剩余法也可以应用于物理审题方面。例2，一道物理问题，包含了若干已知条件（包含隐含条件），每一个已知条件都可能提供某种解题思路，当我们分析了多个已知条件之后，它们所提供的思路并不能得出问题的解，那么我们会寻找还有哪些条件没有用上，这个还没有用上的条件，就是解题的关键。其实这个节经历，正是应用了剩余法。例3，对命题“惯性与物体的速度无关”的理解，也可以应用剩余法得到。假设速度越小,惯性越小;那么当物体速度为零时,惯性就为零（即静止的物体就没有惯性）。但是,根据惯性定义,静止的物体显然有惯性。所以速度越大,惯性越大的说法不对。对命题“惯性与物体的质量有关”的理解，可引导学生进行剩余法推理:根据假设①:质量越大,同样的力作用在物体上,物体的运动状态难以改变,也就是物体保持原来的运动状态的性质强一些,物体的惯性大一些。由此可以得出惯性与物体的质量有关。2注意事项归纳法在物理概念和规律的教学中还需要注意以下几个方面2.1从思维进程来看，穆勒五法属于不完全归纳法，其结论是或然的，只有尽量满足其逻辑要求，结论才越可靠。结论的可靠性，最终必须经过实验的检验。2.2关注学生的教学前概念杜伊特把在接受正规的物理教育之前所形成的概念称为教学前概念,教学前概念又可分为错误概念与前概念。大量的物理实践表明,学生并不是带着空白的头脑进入教室的，在学习过程中,学生认知中的错误和偏差是难免的。如果采用传统的死记硬背的方式，很难纠正错误概念和前概念,从而难以真正形成物理概念[4]。因此,在教学过程中应尽量结合穆勒五法，帮助学生顺利形成物理概念。2.3对于穆勒的因果五法的价值,不可等量齐观。穆勒本人认为,求同法和求异法是两种基本方法,其中以求异法最为可靠,剩余法是对求异法的修改,共变法是对差异法的补充。2.4帮助学生形成概念体系在深入透彻地掌握某一概念的同时,教师还应该要帮助学生形成概念体系,进而让学生从更高的角度理解某一概念。在归纳法教学中,容易忽视概念与概念之间的联系,在教学中应尽量避免这种现象。例如,在分别介绍线速度、角速度等概念之后,可以请学生归纳一下二者之间的异同,进一步理解概念之间的关系。2.5尽量提供非语言化的素材帮助学生理解和掌握概念。根据我国学者朱智贤和林崇德的研究,初中阶段学生思维发展的基本特点是从经验型抽象逻辑思维向理论型抽象逻辑思维过渡。因此,在物理教学中,鼓励学生动手操纵实物或模型,从中得到更多的感性认识,比只让他们观看更容易习得概念。因为动作表象比视觉表象记忆更深刻。在物理概念教学中,可以从实验、演示的教学中帮助学生习得概念。3反思和不足笔者认为本次论文的选题较为合适，对以后的物理教学生涯将会有很大的帮助，尤其是物理概念的教学方面。在一些重要的物理概念的教学中，尽量采用穆勒五法的教学方式。希望学生能更好地理解概念的形成过程，从而建构自己的知识体系。同时不足之处表现在：①同类选题的论文以及可作为参考文献的不多；②笔者也是第一次涉及该选