“等效法”還可如此教學(xué)

蔡晨芳

摘要：“等效法”既是科學(xué)家研究問題的基本思想方法，也是高中物理常用的科學(xué)思維方法。掌握等效思想，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與關(guān)鍵能力，形成科學(xué)的世界觀，為持續(xù)的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定思維基礎(chǔ)。但是，“等效法”教學(xué)焦點問題是學(xué)生易懂，但卻不會借助等效法學(xué)以致用、創(chuàng)新解決問題。針對這種無法學(xué)以致用的困惑，本文從關(guān)注學(xué)生的認知起點、關(guān)注教材編寫的邏輯體系、關(guān)注教學(xué)適切建議三方面闡述“等效法”有效教學(xué)的思考。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維方法；等效思維；等效法；教學(xué)研究

等效法是在保證某一方面效果等同的前提下，用理想的、簡單的、易于研究的物理模型和過程來替代實際情況的研究和處理的方法?！暗刃Хā奔仁强茖W(xué)家研究問題的基本思想方法，也是高中物理常用的科學(xué)思維方法。它不僅是物理學(xué)和工程技術(shù)上普遍采用的方法，而且可解決日常生活中許多復(fù)雜的問題，如德國科學(xué)家用“神經(jīng)計算機”等效模擬大腦細胞對神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系研究：工程技術(shù)中用樁頂?shù)膭偠鹊刃Хń鉀Q近海工程樁基模擬存在的難題等。在高考中運用“等效法”解題，往往有著柳暗花明、意想不到的效果。如借助復(fù)合場中的等效重力場、天體問題中的等效重力加速度，都是突破復(fù)雜問題的有效手段。掌握等效思想，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與關(guān)鍵能力，形成科學(xué)的世界觀，為持續(xù)的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定思維基礎(chǔ)。但是，“等效法”教學(xué)焦點問題是學(xué)生易懂，但卻不會借助等效法學(xué)以致用、創(chuàng)新解決問題。物理教學(xué)不僅僅傳遞基礎(chǔ)知識和基本技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和獨立解決問題的能力，最終形成科學(xué)素養(yǎng)。而素養(yǎng)的養(yǎng)成決不是一朝一夕、一蹴而就的，教師應(yīng)有系統(tǒng)的整體觀，本文就如何循序漸進地滲透“等效法”談?wù)勔韵聨讉€需要注意的問題。

1學(xué)生的前認知是教學(xué)的起點

學(xué)生對“等效替代法”的認識在幼兒時期就已經(jīng)開始了。第一次課文接觸是小學(xué)二年級語文課本上曹沖稱象的故事。耳熟能詳刻記號的替代方法，在每一位孩子的心中播下了等效替代的種子。此后小學(xué)數(shù)學(xué)中對周長、面積等問題的求解再一次滲透了等效長度、等效面積的等效思想。初中物理探究實驗——平面鏡成像特點中蠟燭的虛像尋找，通過動手實驗進一步對等效替代思想就有了變通運用的體驗與感悟。另外，浮力的理解、化學(xué)中的等效平衡，數(shù)學(xué)中等效模擬等多方位深化了對“等效替代法”的認識。所以“等效替代法”的教學(xué)關(guān)鍵是要注意喚起前認知，并引入用等效法處理生活問題的類比例子。增加感性認知，從建構(gòu)角度，理解“等效法”應(yīng)用類型與解決技巧，激發(fā)學(xué)生對“等效法”的同化與內(nèi)化。

2教材的編排序是教學(xué)的邏輯

教材不只是知識的載體，也包含著對學(xué)生進行等效思想、方法、思維和能力培養(yǎng)方面的內(nèi)容。本文以山東科學(xué)技術(shù)出版社2011年7月第4版的“普通高中課程標準實驗教科書物理”為例說明等效法在教材中的邏輯培養(yǎng)體系，

教材有目的、有意識地在各部分介紹運用等效法處理問題的重要作用。在必修1中，第一次引入等效思想是在平均速度概念中，將復(fù)雜的變速直線運動轉(zhuǎn)化為理想、等效的以平均速度v為速度的勻速直線運動。此后，從重心定義、力的合成與分解中的等效力、實驗中重力替代彈力等方面使學(xué)生在形成物理概念、探究實驗過程中明確等效法的功能。在必修2中，通過豐富的等效法處理問題的大量事例：變力做功等效為恒力或平均作用力做功：豎直上拋、平拋、斜拋運動等效為兩個直線運動；萬有引力定律的等效疊加及高速世界的相對性原理與等效變換，這些從運動過程的等效處理說明了等效法在力學(xué)分析研究中的應(yīng)用與意義。（見表1）

選修系列則通過大量的具體原理等效、模型等效、對象等效的例子應(yīng)用，幫助學(xué)生透過表象看本質(zhì)，進一步深化對等效法的理解，這些編排目的對學(xué)生運用等效思想解決物理問題的敏感性、靈活性具有積極作用。選修電磁學(xué)部分從帶電體的等效疊加，電路中的等效電源、等效電壓、等效電流、等效電阻、等效電路，電表改裝等效原理，環(huán)流電流等效條形磁鐵，交流電等效熱效應(yīng)，到以布朗運動實驗把不易觀察的分子熱運動轉(zhuǎn)換為觀察碳粒的無規(guī)則運動為例在實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生運用等效思維的特點進一步簡化或轉(zhuǎn)換解決問題。（見表2）

等效法在教材中的編排體系綜合體現(xiàn)了認知、理解、應(yīng)用、實踐的教學(xué)邏輯順序，如果教學(xué)中能引導(dǎo)學(xué)生在形成概念、解答過程中運用等效法的邏輯體系，循序漸進找出問題的本質(zhì)，學(xué)生就會在學(xué)習(xí)中日積月累、逐漸嘗試用等效法開放性地解決問題。

3設(shè)計的適切性關(guān)系教學(xué)能效

教師對“等效法”的知識體系與編排體系有了清晰的認識后，要研究“等效法”的內(nèi)在的邏輯關(guān)系和解決問題的思維方式。要研究各學(xué)段學(xué)生的疑惑之處，從而確定在各階段的切入點及核心內(nèi)容。通過精選關(guān)鍵內(nèi)容，讓學(xué)生經(jīng)歷“就事論事”、“就事論理”、“借題發(fā)揮”的學(xué)習(xí)過程，促進“等效法”的這種高階思維的形成和鞏固，

高一階段建議“就事論事”，重在等效思想的彰顯。通過生活化的事例，突出反映物理量與過程的等效特性。代表內(nèi)容如力的合成與分解、平拋。此階段學(xué)習(xí)要有意概括運用“等效法”的思維步驟。首先，分析原對象物理問題的本質(zhì)特性和非本質(zhì)特性。其次，尋找替代物，保留原對象的本質(zhì)特性，拋棄非本質(zhì)特性。第三，研究替代物的特性及規(guī)律。第四將替代物的規(guī)律遷移到原對象中去。最后，替代物遵循的規(guī)律、方法求解，得出結(jié)論。思維解法的歸納目的為后階段的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

高二階段建議“就事論理”重在等效思想的理解。通過模型等效的理解，側(cè)重于對等效思想方法的領(lǐng)悟應(yīng)用。代表練習(xí)如選修3-1第30頁作業(yè)1中等效恒力與第84頁作業(yè)4中等效實驗轉(zhuǎn)換等。此階段學(xué)習(xí)注重對等效思維的訓(xùn)練，選擇幾類有代表性的應(yīng)用例子，理解等效法的妙用。

高三階段建議“借題發(fā)揮”，重在等效思想的實踐。通過分析和解答物理問題時，強化物理與數(shù)學(xué)語言的提煉，簡化，找出問題的本質(zhì)。等效思維具有一定的靈活性和技巧性，必須在認真分析物理特征的基礎(chǔ)上，進行合適的等效變換，才能獲得簡捷的求解方法。代表典型問題如復(fù)合場中豎直平面內(nèi)圓周運動模型的等效應(yīng)用，加速場中的等效恒力的運用等。此階段學(xué)習(xí)注重對等效法簡化轉(zhuǎn)換解決復(fù)雜問題的專題研究。

通過上述日積月累的反復(fù)實踐，學(xué)生就會在學(xué)習(xí)中逐漸嘗試用“等效法”開創(chuàng)性地解決問題，逐步學(xué)會從整體優(yōu)化角度處理問題和解決問題。