楊燦梅

摘 要：新高考的選拔愈來愈注重考生的能力和素質(zhì)，其命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查，等效思想和方法作為一種迅速解決物理問題的有效手段。高中物理教學(xué)除了傳授學(xué)生物理知識外，更應(yīng)在科學(xué)研究方法的形成過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力和習(xí)慣。本文基于物理核心素養(yǎng)下從教與學(xué)的角度、解決問題的角度，探索在物理教學(xué)中顯化等效思想方法的對策。

關(guān)鍵詞：等效思維;高中物理教學(xué);應(yīng)用

引言

等效思維是一種特殊的科學(xué)思維，有促進(jìn)學(xué)生能力發(fā)展的作用。從本質(zhì)上講，等效思維是基于事物的等同效果而做出的心理選擇，它能夠?qū)⒃緩?fù)雜的物理現(xiàn)象或物理過程，用相對簡單的現(xiàn)象和過程展現(xiàn)出來，等效思維可以有效調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程，讓思維活動的難度大幅度降低，在處理物理問題過程中可以發(fā)揮出重要作用。高中生在學(xué)習(xí)物理時，經(jīng)常會用到等效思維的方法，該方法可以幫助高中生直面物理問題中的模型建立、概念認(rèn)知、運動體會、過程梳理等情況，讓分析問題的思路變得更加清晰，解決問題的過程變得更加簡便。高考中的物理越來越關(guān)注對學(xué)生能力和素質(zhì)的考查，命題和思維能力的關(guān)聯(lián)愈加緊密，作為一種使物理問題得到快速解決的思維方法，等效思維和高考模擬試題相結(jié)合，可以促進(jìn)解題效率的提升。文章強調(diào)了等效思維在高中物理教學(xué)中的重要性，從教師利用等效思維建立理想模型、促進(jìn)概念認(rèn)知、體會物理運動、探索物理過程等方面，探討了等效思維方法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用。

1等效思想顯化教學(xué)的現(xiàn)狀

《課標(biāo)》教學(xué)明確要求教師要引導(dǎo)學(xué)生體會“等效”的物理思想，讓學(xué)生在觀察、實驗的基礎(chǔ)上通過科學(xué)推理和科學(xué)論證等得到結(jié)論，由此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。課標(biāo)中并未對等效思想方法的具體內(nèi)容直觀用文字的形式體現(xiàn)出來，學(xué)生也只能在教師的引導(dǎo)下，潛移默化地被滲透等效思想方法的教育，這種“隱性教育”方式不利于當(dāng)前學(xué)生的快速發(fā)展。另外，絕大多數(shù)教材對概念、規(guī)律只安排教學(xué)要求，對物理等效思想方法也極少有專門篇幅介紹。我們認(rèn)為，教師在物理概念、規(guī)律、實驗、習(xí)題等教學(xué)中落實等效思想方法的“顯性教育”，更有利于學(xué)生的快速學(xué)習(xí)及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

2等效思想在物理教學(xué)中的顯化

2.1利用等效思維促進(jìn)概念認(rèn)知

為了充分發(fā)揮等效思維的效果，教師還可以從激發(fā)學(xué)生深層思維的角度，使學(xué)生產(chǎn)生良好的物理概念印象。舉例來說，在描述交變電流的內(nèi)容時，由于交變電流大小與方向都會因為時間的變化而出現(xiàn)周期性的變化，為了使學(xué)生能夠更輕松地學(xué)習(xí)交變電流測量和計算方法等，教師一定要使交變電流效果有等效替代的物理量展示機會?？墒窃诟咧须A段由于數(shù)學(xué)知識的限制，只能提供基于學(xué)生當(dāng)前數(shù)學(xué)能力的正弦式交變電流峰值測量和計算方法，這種做法不能讓學(xué)生準(zhǔn)確記住結(jié)論，無法充分理解其中的本質(zhì)，因此在進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計時，教師有必要使學(xué)生從交變電流及恒定電流給電阻做功的視角思考問題，也就是意識到交流電源（u=Umsinωt）給電阻R供電，當(dāng)時間為t（亦即周期T的整數(shù)倍）時，交變電流的做功是W;在一恒定直流電源給相同電阻進(jìn)行供電的時候，如果時間相同，也做功W，也就是W=UIt。則交變電流做功，用直流電做功等效代替。那么，交流電壓u=Umsinωt有效值是U，交流電流i=Im-sinωt有效值是I。在此過程中，電流熱效應(yīng)如果作用效果是相同的，便有了等效替代的可能性，學(xué)生完全能夠以一種簡單的恒定電流，對復(fù)雜的周期性變化電流進(jìn)行替代，通過等效替代思維的實踐，學(xué)生可以深入理解并計算交變電流有效值。另外，等效思維與基本概念認(rèn)知的關(guān)聯(lián)，在電容器教學(xué)設(shè)計中，也可以發(fā)揮出較好的作用。直流電無法通過電容器，這是由于電容器的兩極板隔離于絕緣介質(zhì)，而當(dāng)交流電源兩端連接電容器的時候，自由電荷實際上并未曾通過兩極板間絕緣介質(zhì)，同時學(xué)生應(yīng)該注意，瞬間電壓確實是處在不斷變化狀態(tài)之下的，如果假設(shè)電容器極板帶電，在正極板處電壓下降時，便可以采取等效思維，認(rèn)為正極板正電荷減少，正極板電勢下降，而因為電荷平衡維持的原理，處于負(fù)極板位置上的電子便需要減少，使電子流出，也正因為這樣，電路有電流形成，亦即等效思維下的交流通過電容器的現(xiàn)象。

2.2在物理習(xí)題教學(xué)中顯化等效思想

高中物理習(xí)題教學(xué)中，有些物理問題用常規(guī)方法無從下手，或是過程非常復(fù)雜，計算又繁雜，若能挖掘等效條件，并合理運用物理等效變換的方法去求解，可使問題快速解決。

比如利用平均速度把一個變速過程等效為勻速運動過程;利用力的合成和分解法解決平衡問題;利用運動的合成與分解解決復(fù)雜的曲線運動;在復(fù)合場中，若重力與電場力平衡，且還受洛侖茲力作用，那么與只受洛侖茲力作用時做勻速圓周運動效果相同等，這些等效處理在物理解題過程中顯得尤為方便。

2.3利用等效思維探索物理過程

過程中的等效應(yīng)用，是幫助完善對能量轉(zhuǎn)化認(rèn)知的重要做法。在進(jìn)行髙中物理教學(xué)時，其中有一部分題目會涉及比較復(fù)雜的物理過程，此時學(xué)生不能利用既有的知識體系內(nèi)容給出比較詳細(xì)的細(xì)節(jié)理解及分析過程。比如，在接觸到能量轉(zhuǎn)化及動量轉(zhuǎn)化過程中，由于過程本身的動態(tài)性特點，定量分析的難度加大。此時，教師便可以引導(dǎo)學(xué)生分析過程從始至終的狀態(tài)，利用等效思維，把復(fù)雜過程向簡單過程演化，從而方便求解。

舉例來說，有兩個圓柱形的盛水容器置于高度相同水平面之上，它們的高度分別是h1和h2，這兩個容器以閥門K相連接。若現(xiàn)在把閥門K打開，則這兩個容器的水位會出現(xiàn)什么變化，其重力勢能以及動能又將出現(xiàn)什么變化，試求出其變化量。在此之前，教師已經(jīng)向?qū)W生講解了連通器原理，因此大家可以意識到：在閥門K被打開之后，這兩個容器里面的水能夠流通，直到兩個水面高度統(tǒng)一為止，而如果考慮到動能與勢能關(guān)系問題時，又如何看待這種變化。教師可以利用提問，讓學(xué)生對初狀態(tài)和末狀態(tài)進(jìn)行探索，明確最終水位的高度變化為左側(cè)下降，右側(cè)上升，并利用等效思維的形式，讓學(xué)生以更加清晰的思路處理原本非常復(fù)雜的物理過程。

結(jié)語

等效思想是解決高中物理問題的一把重要“鑰匙”，讓學(xué)生掌握好這把“鑰匙”，對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力有著舉足輕重的作用。學(xué)生在處理具體問題的時候如果能夠做到舉一反三、觸類旁通地利用等效思想，那么不僅可使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的靈感，更能提升他們的科學(xué)思維能力和品質(zhì)。

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