孫慶成

摘? 要： 通過對物理思維方法的剖析，使學生經歷猜想、模仿、質疑、推理、評價、遷移等思維活動過程，真正理解物理思維方法，從而實現深度學習。實踐表明這是一種較為有效的教學方法。

關鍵詞：思維;深度學習;等效替代法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1003-6148（2019）10-0005-3

義務教育物理課程指出，應注意讓學生經歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題和解決問題的能力。因此，在課堂教學中要注重物理思維能力的培養(yǎng)，促進學生的深度學習。在日常教學過程中，常常由于對物理思維方法剖析不到位，導致學生理解不深刻，知其然而不知其所以然，出現“似懂非懂”“一變就錯”的情況?，F以一道初三電學“等效替代法”測電阻的典型題為例，談一談如何運用物理思維方法，促進學生深度學習。

例 如圖1，已知電源電壓恒定。當單刀雙擲開關S接a時，電流表的示數為0.3 A;當S接b時，調節(jié)電阻箱R2的旋盤，直到電流表示數又為0.3 A為止，讀取電阻箱的電阻值為60 Ω。由此可知，R1的阻值為_____Ω。

對初中生而言，電路中電流與電阻、電壓三者的關系比較抽象，難以理解。對復雜一些的電路則更難。

這道題筆者希望采用“等效替代法”，先通過對“曹沖稱象”問題解決的物理過程進行分析，幫助學生掌握分析這類電路問題的方法。在例題教學之前，首先請一位同學介紹故事大意：曹沖建議先把大象牽到船上，在船舷外水面處做好標記，再把船上的大象換成石頭，當水面到達標記處時，停止加石頭。此時稱出石頭的重（質量）就等于大象的重（質量）。

問：為什么石頭的質量就等于大象的質量？

學生：因為兩次是等效的（水面位置相同）。

問：為什么兩次效果相同，質量就一定相同呢？

學生：……

問：如果兩次船不一樣，行不行？

學生：不行

問：為什么不行？

學生：……

通過一連串層層遞進的提問，讓學生站到了“等效替代法”核心思想面前。學生原本對“等效替代法”的認識只是停留在表面現象上，并沒有真正理解這種物理思維方法的本質。接下來，師生共同推導：

因為漂浮時浮力等于重力，所以第一次是（G+G）=ρVg，第二次是（G+G）=ρVg。兩次的V相同，兩次的浮力、總重力相同，所以石頭和大象的重力相等。從兩次的表達式可以看出，船體必須相同。

通過推導過程可以看出，“等效替代法”不僅僅是表面上要求效果相同，同時也需要控制一些相關條件。通過剖析“曹沖稱象”故事背后的物理本質，學生才能深刻理解“等效替代法”。

接下來，回到例題上，讓學生思考：本題中哪個元件可以看作是“船”？哪個元件可以看作是“大象”？哪個元件可以看作是“石頭”？前后兩次什么樣的“效果”要相等？

學生經過一番思考和討論，可以得出：“R0”相當于“船”，“R1”相當于“大象”，“R2”相當于“石頭”，前后兩次的電流要相等。

此時，進一步追問：這種“等效替代法”測電阻的物理本質是什么？

學生在經歷“曹沖稱象”本質的推導過程后，已經有了初步的推理經驗和能力，可以得到：第一次是I=，第二次是I=，由于U、I、R0都相等，所以R=R。也可以寫成：

U=I（R+R）和U=I（R+R2），得到R=R。

如果例題教學到此結束，看似已經解決了問題，其實學生還是在模仿“曹沖稱象”運用“等效替代法”，對這種物理方法的本質并不一定真正理解和掌握。因此，筆者又設計了幾個問題：

1.如果只有電壓表沒有電流表，怎樣才能利用其余器材完成測量任務？請畫出電路圖。

引導學生分析：例題中的電流表是表示R和R串聯后的一種效果，同樣電壓表可以表示另一種效果，所以只要把電壓表并聯在R的兩端即可（與R1并聯也行）。

其本質可以推導如下：

第一次U0=×R，第二次U0=×R，得到R2=R1。

2.電阻R0的作用是什么？沒有它行不行？如果將它換成滑動變阻器行不行？

引導學生分析：例題中的R0是一個保護電阻，起到限流作用。如果電源電壓在安全范圍內，可以省去，但是只能用電流表就不能改成電壓表了;如果換成滑動變阻器是可以的，但是前后兩次必須保持阻值相同。

3.如果將電阻R0換成滑動變阻器Rp之后，進行第2步操作時，不小心將滑片移動少許，則測量結果與R1相比是否發(fā)生改變？

引導學生分析：第一次U=0.3 A×（Rp+R1），第二次U=0.3 A×（Rpˊ+R2），當Rp發(fā)生變化時，R2≠R1。若Rpˊ大于Rp ，則R2R1。此問進一步引導學生思考在運用“等效替代法”時，必須控制其他相關的條件，不能簡單看效果是否相等。

在上述一系列層層遞進的學習過程中，學生經歷了猜想、模仿、質疑、推理、評價等思維活動過程，一步步逼近“等效替代法”的思維本質。最后，要判斷學生是否真正實現了深度學習，需要設計相關問題加以檢驗。

問題1：小清設計的測量某待測電阻Rx 阻值的電路如圖2所示。

①他的測量步驟如下：

第1 步：將Rx 接在電路中A、B 兩點間，閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器的滑片P 至適當位置，此時電壓表的示數為2 V;斷開開關S，移走Rx。

第2 步：再將電阻箱R 接在A、B 兩點間，閉合開關S，保持滑動變阻器滑片位置不變，調節(jié)電阻箱使電壓表的示數仍為2 V，此時電阻箱接入電路中的阻值R=48 Ω;則測得Rx 的阻值為? ? ? ? ? ? Ω。

②若在第2 步中，無意中將滑動變阻器的滑片P移動了少許，最終測得Rx 的阻值為52 Ω，則說明滑片P 向? ? ? ? ? （左/右）移，使滑動變阻器接入電路的阻值改變了? ? ? ? ? Ω。

問題1的設計意圖：（1）對例題進行變式復習，可以檢驗學生對“等效替代法”及串聯分壓公式的掌握情況。（2）通過對測量結果的分析，倒推實驗中出現的失誤，更具有真實性，更有現實意義，使學生對“等效替代法”中需控制的條件有更深刻的認識。

問題2：在“測物體質量”的實驗中，小明在調節(jié)天平時發(fā)現僅調節(jié)平衡螺母無法使天平平衡，受“曹沖稱象”思路的啟發(fā)，他（下轉第8頁）（上接第6頁）找來了一些細沙，利用“等效替代”的方法，用這架天平仍然測出了金屬塊的質量。請將他主要實驗步驟中的空白填齊。

（1）將銅塊放入右盤，在左盤放入細沙，并調節(jié)細沙量，直到? ? ? ? ? 為止;

（2）取出盤中的? ? ? ? ?（金屬塊/細沙），在該盤中加減砝碼，移動游碼使天平平衡;

（3）當盤中所加砝碼和游碼位置如圖3所示時天平平衡，則該金屬塊的質量為? ? ? ? ? g。

本例題的教學不僅僅是為了解決“等效替代法”測電阻的問題，而是為了讓學生更深刻地理解“等效替代法”這種物理思維方法。因此，教學是從分析“曹沖稱象”的浮力本質開始，引申到“測電阻”，再遷移到“測物體質量”，使學生能夠運用“等效替代法”的思維方法解決更多類似的問題，使學生認識到“等效替代法”在日常生活、生產中有廣泛的應用價值，從而增強學生學以致用的意識，真正實現深度學習。

參考文獻：

[1]毛海玲.例談巧用小故事講評“等效替代法”測電阻[J].物理教學探討，2012，30（6）：24-25.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）