蔣迎春

摘要等效思想和等效方法是初中科學(xué)教學(xué)中常用的研究方法,貫穿于整個初中科學(xué)教學(xué)過程之中。在初中科學(xué)教學(xué)中,應(yīng)向?qū)W生展示等效思想和等效方法等科學(xué)研究的思想和方法,以促進(jìn)對學(xué)生能力的培養(yǎng)。本文就其實質(zhì)和應(yīng)用兩個方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞初中科學(xué)教學(xué) 等效思想 等效方法 應(yīng)用

中圖分類號:G633.98文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

科學(xué)思想及研究方法是科學(xué)研究的靈魂。其中等效思想是科學(xué)研究中十分重要的一種思想方法。在初中科學(xué)教學(xué)過程中,我們經(jīng)常遇到的那些比較復(fù)雜的問題,把這些復(fù)雜問題與一些簡單模型進(jìn)行類比,可大大簡化解題過程,且思路能夠清晰明了,這個過程就是運(yùn)用了等效的思想和方法。在初中階段加強(qiáng)對各種等效變換的原理和基礎(chǔ)的教學(xué),將有利于學(xué)生掌握與應(yīng)用等效方法,形成等效思想的科學(xué)方法。因此,初中科學(xué)教學(xué)在傳授科學(xué)知識的同時,也應(yīng)進(jìn)行科學(xué)思想及研究方法的教育,這對于提高傳授知識的質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生能力、實施素質(zhì)教育等是十分有益的。本文就初中科學(xué)教學(xué)應(yīng)用等效思想和等效方法問題,略作一些探討。

1 等效思想及等效方法的實質(zhì)分析

(1)等效思想的實質(zhì)。什么是等效呢?等效的意思就是效果相等。等效思想的實質(zhì)就是人們研究事物或運(yùn)動時,從總體出發(fā),重點考查最后的結(jié)果,忽略事物發(fā)展過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié),只要兩個不同的事物或運(yùn)動具有相同的功能和結(jié)果,就可使二者相互代替,并視其為等效。在初中科學(xué)中普遍蘊(yùn)含著等效思想,由于等效的事物是存在共性的,我們可以把共性的東西抽象出來形成科學(xué)中的“概念”。而相對于課本上的那些生硬的概念,我們通過等效后的概念更容易被學(xué)生接受。例如:等效思想的應(yīng)用是解決初中物理問題的有力工具,在長度測量中同學(xué)們可初步領(lǐng)略了它的風(fēng)采:利用一根彈性不大的柔軟棉線代換地圖上所畫的彎曲的鐵路線,從而測出了曲線的長度;歷史上的曹沖稱象的故事更是一個典型的事例。這里,用易于被刻度尺測量的棉線替換了地圖上所畫的彎曲的鐵路線;用可以采取分次測量的石塊代換難以一次測量的大象,這些都是等效法的具體應(yīng)用。再如:求多個電阻串(并)聯(lián)后的總電阻就包含等效思想,它利用總電阻在電路中對電源所起的作用等效所有分電阻共同對電源所起的作用。

(2)等效方法的實質(zhì)。我們所謂的等效方法是指對問題中某些因素進(jìn)行變換或直接利用相似性利用某一規(guī)律進(jìn)行分析而得相等效果的一種科學(xué)方法。按照這一思想和方法來理解,在等效變換過程中,能保持某些特定方面的效果相同是關(guān)鍵,應(yīng)借助于對具體問題具體分析,從不同的角度去建立和尋找其中的等效關(guān)系。其變換的特點是“以熟代生”,“以簡代繁”,能夠把新的問題轉(zhuǎn)化為已經(jīng)解決的問題,在知識間良好地遷移,通過變換,更清晰地認(rèn)識和把握問題的實質(zhì),以便找到分析問題和解決問題的途徑。我們研究等效從某種意義上講就是研究變換。關(guān)于等效方法的實質(zhì),我們具體可從初中科學(xué)教學(xué)中常見的等效方法進(jìn)行論述。在科學(xué)方法論的基本方法(觀察、實驗、模擬、抽象、理想化、比較、分類、類比、歸納、演繹、分析、綜合、證明、反駁、數(shù)學(xué)方法和科學(xué)假設(shè)方法)中,并沒有等效方法,那么等效方法與它們有什么關(guān)系?等效法的實質(zhì)是什么?其實初中科學(xué)的等效方法的實質(zhì),就是以甲代換乙,其效果相同。也就是把直接觀察或測量較困難的科學(xué)特性、過程用其他間接的可觀察、易測量的科學(xué)特性、過程進(jìn)行研究。這種方法可以使被研究的問題得到一定程度的簡化,是一種精確的定量化的科學(xué)方法。如:對于形狀不規(guī)則的固體的體積,直接測量不容易,借助量筒用排水法,問題就容易了。再如:在平面鏡成像的實驗中,我們可以利用兩個完全相同的蠟燭,驗證物與像的大小相同,因為我們無法真正的測出物與像的大小關(guān)系,所以我們利用了一個完全相同的另一根蠟燭來等效替代物體的大小。

因此,我們可以看出等效思想和方法的實質(zhì)是在理想化(或近似)下的變換,等效法雖然在方法論諸法中找不到,它卻是其中某些方法的實際應(yīng)用和綜合應(yīng)用。

2 初中科學(xué)教學(xué)對等效思想和等效方法的應(yīng)用

等效思想和等效方法是一種化繁為簡、化難為易的特殊方法,只要一事物與另一事物間存在著某種意義上的等效性,就可以將它們在該意義上進(jìn)行變換,以使得所研究的問題簡化,由此及彼,觸類旁通。在初中科學(xué)的學(xué)習(xí)過程中有著廣泛的應(yīng)用,它可以用等效思想和方法來處理分析、研究科學(xué)問題(包括實驗問題)。在初二教材關(guān)于長度的測量中,已經(jīng)出現(xiàn)用細(xì)棉線代換地圖上所畫的彎曲的鐵路線。這種等效思想和等效法在教學(xué)中不僅是獲得知識的有力工具,而且也是我們應(yīng)用知識解決物理問題的一個有力工具。再如:等效變換。這也是物理實驗中常用的方法。我們在不規(guī)則容器的容積里,可將容器盛滿水,再將水倒入量筒中來測量。這在保證結(jié)果相同的前提下,把不規(guī)則容器的容積變換成水的體積,使問題簡化?？捎妙愃频姆椒ㄇ蟪霾灰?guī)則物體的體積。下面,我們具體分析其在初中科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用:

(1)用等效思想和等效方法提出新概念。在教學(xué)中,有的科學(xué)概念利用等效代換的方法把它提出來,有助于學(xué)生領(lǐng)悟到所學(xué)的科學(xué)概念的實質(zhì)。如:在學(xué)習(xí)有關(guān)電路的知識中,總電阻的提出就是這樣的。首先在教學(xué)中,可借助實驗讓學(xué)生發(fā)現(xiàn),電阻R1;R2串聯(lián),R3;R4并聯(lián)后,分別接在同一電路的兩點之間,它們先后都與電阻R單獨接在該電路兩點間產(chǎn)生的效果是相同的,即看相向的電壓和電流強(qiáng)度,在此基礎(chǔ)上便可引入總電阻的概念。借助這一教學(xué)過程,可以幫助學(xué)生領(lǐng)悟到總電阻概念的實質(zhì),使學(xué)生以等效為出發(fā)點理解總電阻概念,而不是片面抓住“總”字把總電阻理解為各電阻的電阻值之和,錯誤地把總電阻的計算歸結(jié)為加加減減,由此一來,對并聯(lián)電路總電阻的計算方法就會感到難以理解。

(2)把等效思想和等效方法作為獲得新知識的工具。在阿基米德定律的教學(xué)中,可以利用等效代換法獲得物體在液體中受到的浮力大小等于物體排開的液體受到的重力這一結(jié)論。阿基米德巧妙地運(yùn)用等效替代法,用溢流杯把溢出的水收集起來再倒入阿基米德金屬桶,得到物體所受到的浮力等于物體排開水的重力。其具體過程就是:在靜止液體內(nèi)部選取一部分與待研究物體形狀、大小均相同的液體為對象,因所選的這部分液體處于靜止?fàn)顟B(tài),由二力平衡的知識得出:周圍液體對這部分液體的浮力大小等于它自身受到重力大小,然后假設(shè)用物體代換所選的這部分液體,可知,物體受到的周圍液體對它的浮力大小等于被代換的那部分液體受到的重力,換言之,浸在液體中的物體受到浮力的大小等于物體排開的液體受到的重力。

(3)運(yùn)用等效思想和等效方法幫助學(xué)生理解新知識。在關(guān)于熱量的教學(xué)中,由于教材對水所吸收的熱量大小跟水的質(zhì)量、升高的溫度之間存在的比例關(guān)系沒有設(shè)置實驗去證實,也沒有加以論證,學(xué)生只能把它們間存在的關(guān)系建立在自己憑直覺判斷問題的基礎(chǔ)上,很不深入。運(yùn)用等效思想和等效方法可以幫助學(xué)生找到知識的依托點,使學(xué)生能深入理解所學(xué)的這部分知識。再如, 要證實熱量與質(zhì)量之間存在的關(guān)系的過程也是如此:52克水溫度升高1℃吸收多少熱量:如果把52克水等分成52份,再分別讓每份是1克的水溫度升高1℃,那么,每份水吸收了1卡的熱量,它們共吸收了52卡的熱量,再把這52份1克的水合到一起,52克水溫度升高了1 ℃,用以上的過程取代52克水直接吸收熱量溫度升高1℃這一過程它們的效果是相同的,這樣學(xué)生可以發(fā)現(xiàn),52克水溫度升高1℃吸收的熱最是1克水溫度升高1 ℃吸收熱量的52倍。

(4)運(yùn)用等效思想和等效方法幫助學(xué)生解題。如:

如下圖1所示:

先向容器較大的部分盛滿水,然后再向上面較小的部分注滿酒精,此時容器底部受到液體的壓強(qiáng)為P0,當(dāng)酒精和水充分混合后(不考慮混合后體積的變化),容器底部受到液體的壓強(qiáng)為P,則P0和P的大小關(guān)系為()。

(A)P0=P(B)P0P(D)條件不足,難以判斷

分析:前后容器沒有改變,變化的是容器中液體混合前后的平均密度,由于深度相同,容器底部受到液體的壓強(qiáng)大小跟液體的平均密度有關(guān),只要比較液體混合前后的平均密度的大小關(guān)系,就可以比較前后壓強(qiáng)的大小關(guān)系。

解析:根據(jù)上述分析,將容器中液體混合前后分別作等效圖(如下圖2、3所示),因為在液體同一深度的壓強(qiáng)處處相等,所以只要比較B區(qū)域底部的壓強(qiáng)大小就可以了。剛開始時B區(qū)域內(nèi)液體的平均密度是酒精和酒精正下面的水的平均密度,而充分混合后B區(qū)域內(nèi)液體的平均密度是酒精和全部水的平均密度,很顯然,后者大于前者,因此這題的正確答案應(yīng)該選(C)。

總之,上述內(nèi)容告訴我們,掌握方法與培養(yǎng)能力密切相關(guān),能力不能孤立存在,它以知識為基礎(chǔ),技能為載體,方法為工具。對方法的掌握是衡量一個人能力高低的一個因素。在初中科學(xué)教學(xué)中妙用等效思想和等效方法,不僅能讓學(xué)生將新舊知識聯(lián)系起來,簡化解題過程,而且能讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)研究的方法、思想和方法的傳授,將為學(xué)生的繼續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ),會使他們終身受益。

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