運用等效思維方法促進(jìn)初中物理課堂教學(xué)

陳輝鳳

摘 要：等效思維是一種發(fā)散性的思維方式，同時也是一種高效性的解題策略，將其應(yīng)用于初中物理教學(xué)課堂上，可以助力學(xué)生更加深入地理解物理概念，更加輕松地解決物理難題，從而獲得高質(zhì)量的學(xué)習(xí)效率。本文將詳細(xì)探究等效思維在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略，從而助力初中物理教學(xué)質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：等效思維;初中物理;物理教學(xué)

【中圖分類號】G633.7? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1005-8877（2022）17-0045-04

Using Equivalent Thinking to Promote Physics Classroom Teaching in Junior

High Schools

CHEN Huifeng （Xiamen Wuyuan Experimental School， Fujian Province， China）

【Abstract】Equivalent thinking is a divergent way of thinking and an efficient problem-solving strategy. Applying it to junior high school physics teaching classes can help students understand physics concepts more deeply， solve difficult physics problems more easily， and obtain high-quality learning efficiency. So as to obtain high-quality learning efficiency. This paper will explore in detail the application strategies of equivalent thinking in junior high school physics teaching， so as to help improve the quality of junior high school physics teaching.

【Keywords】Equivalent thinking; Junior high school physics; Physics teaching

伴隨著素質(zhì)教學(xué)改革的持續(xù)推進(jìn)，教師不僅需要在教學(xué)課堂上幫助學(xué)生完善知識結(jié)構(gòu)，還需要幫助學(xué)生鍛煉思維能力，讓學(xué)生在提升學(xué)習(xí)質(zhì)量的同時大力發(fā)展綜合素養(yǎng)。等效思維方法作為一種突出物理本質(zhì)、探究事物內(nèi)在規(guī)律的高效思維方式，具有啟迪學(xué)生思維、拓寬學(xué)生視野、促使學(xué)生觸類旁通的作用。為此，初中物理教師在課堂教學(xué)中需要對等效思維方法加以高度重視，并在革新教學(xué)理念與教學(xué)方式的基礎(chǔ)上對其加以科學(xué)應(yīng)用。充分發(fā)揮等效思維方法的實踐應(yīng)用效力，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生得以更好地學(xué)習(xí)與發(fā)展。

1.初中物理課堂教學(xué)現(xiàn)狀

（1）教學(xué)方式陳舊

素質(zhì)教學(xué)改革要求教師在教學(xué)過程中契合學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況與能力發(fā)展需求創(chuàng)新教學(xué)模式化。但是，在現(xiàn)階段的初中物理教學(xué)中，部分教師由于缺乏教學(xué)創(chuàng)新的意識與能力而依然沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即以教師為教學(xué)主體對學(xué)生進(jìn)行知識的灌輸，旨在促使學(xué)生掌握更多解題技巧來獲取更高的考試分?jǐn)?shù)。在這樣一種傳統(tǒng)、陳舊的教學(xué)方式下，學(xué)生的主體位置得不到凸顯，以至于其長期處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)下而漸漸失去學(xué)習(xí)的興趣、自主性與思維能力，最終也就導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的不甚理想以及綜合素養(yǎng)得不到發(fā)展。

（2）課堂氛圍沉悶

課堂氛圍沉悶是現(xiàn)階段初中物理教學(xué)中存在較為普遍的一個問題，導(dǎo)致這一問題出現(xiàn)的原因主要有以下幾點。首先就是初中物理學(xué)科的知識點具有一定的抽象性與難度，導(dǎo)致部分理解能力較差的學(xué)生無法獲得良好的學(xué)習(xí)效果而漸漸失去物理學(xué)習(xí)的積極性。其次就是部分教師在教學(xué)過程中對學(xué)生的主體位置不夠重視，甚至完全忽略，以至于學(xué)生在被動接收知識的狀態(tài)下難以活躍起來。最后，就是缺乏教學(xué)互動，如沒有通過提問來與學(xué)生互動，也沒有通過問題探討來與學(xué)生互動。如此，在沉悶的課堂教學(xué)氛圍中，學(xué)生難以有較高的思維活躍度，從而也就難以有理想的課堂學(xué)習(xí)效果。

（3）不重視實驗教學(xué)

物理是一門研究物質(zhì)規(guī)律與性質(zhì)的科學(xué)，實驗是其研究的主要手段所在，但是在現(xiàn)階段的初中物理教學(xué)中，不少教師對實驗教學(xué)的重視程度卻并不高，認(rèn)為實驗教學(xué)的開展會浪費教學(xué)時間。例如，部分需要通過教師演示的實驗其只是通過語言講解的方式進(jìn)行教學(xué)，而部分需要通過學(xué)生動手的實驗，其只是通過教師演示的方式進(jìn)行教學(xué)。除此之外，在學(xué)生親自動手進(jìn)行實驗的過程中，其還會框定學(xué)生的實驗方式與思維。如此，在教師對實驗教學(xué)不夠重視的情況下，學(xué)生就難以通過實驗來更加深入地理解知識點以及難以通過實驗來鍛煉自身的創(chuàng)新思維能力、發(fā)散思維能力和實踐操作能力，最終也就導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和綜合素養(yǎng)發(fā)展得不到保障。

2.等效思維方法在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

（1）利用等效思維方法理解抽象概念

在初中物理教學(xué)中，有很多概念性知識，這些概念性知識通常較為抽象，不利于學(xué)生理解，因此會導(dǎo)致學(xué)生難以獲得高質(zhì)量、高效率的學(xué)習(xí)效果，甚至?xí)?dǎo)致學(xué)生對物理學(xué)習(xí)失去興趣。教師為改變這種情況，可以積極利用等效思維方法將原本抽象的概念性知識變得具象化，促使學(xué)生更好地理解。

例如，在教學(xué)重力相關(guān)知識時，學(xué)生很容易對重力概念進(jìn)行理解，即物體由于地球吸引力而受到的力被稱之為“物體重力”。但是學(xué)生卻并不容易對重心概念進(jìn)行理解，因為重心作為一個抽象性概念，大多數(shù)學(xué)生對重心的理解會簡單地認(rèn)為其就是某個物體的中心點，但其實重心并不一定是物體的中心點，可在物體的各個位置，甚至不在物體之上。如此，當(dāng)學(xué)生不能正確地理解重心概念時，其所畫出來的力的示意圖就可能錯誤百出，不能正確解題或?qū)W習(xí)知識。為有效避免這一問題的發(fā)生，在教學(xué)過程中，教師可以積極地利用等效思維方法來幫助學(xué)生理解重心概念，即通過簡單的、等效的轉(zhuǎn)化來將重心概念轉(zhuǎn)變?yōu)椤白饔糜谖矬w各個部分的力都集中于一點，這個點就是該物體的重心”。如此，這樣的一個等效轉(zhuǎn)化，不僅不會影響對物體的受力分析，還可以幫助學(xué)生更加直觀、具象地對重心概念進(jìn)行理解，從而促使學(xué)生在畫力的示意圖時便可以更加準(zhǔn)確，包括將物體所受到的浮力、摩擦力、重力、壓力等都集中在一個點上，更加精準(zhǔn)地對其進(jìn)行受力分析與做功分析，化難為易、化抽象為具象，深化理解，為之后的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。

（2）利用等效思維方法構(gòu)建理想模型

在初中物理教學(xué)中，時常需要構(gòu)建理想物理模型才能夠正確解答的復(fù)雜問題。為此，初中物理教師在教學(xué)過程中需要對物理理想模型的構(gòu)建加以高度重視，并充分利用理想模型展示整個物理過程，將原本復(fù)雜的問題簡單化，促使學(xué)生高效解答。而有的時候理想模型的構(gòu)建并不容易，如所構(gòu)建的理想模型很難符合全部條件，針對此種情況，教師需要積極地利用等效思維方法引導(dǎo)學(xué)生將原本不理想的物理模型轉(zhuǎn)化成理想的物理模型。

例如，在教學(xué)交流電相關(guān)內(nèi)容時，教師便需要積極地在教學(xué)過程中融入建模思維。首先，教師可以利用多媒體為學(xué)生播放大型工廠的生產(chǎn)操作視頻，讓學(xué)生直觀、真切地感受大型交流發(fā)電機的工作狀態(tài)。之后，教師可以通過課堂演示的形式，將學(xué)生在視頻中所觀看到的大型交流發(fā)電機利用實驗?zāi)Ｐ驼故境鰜?，包括展示其零部件?gòu)成以及相關(guān)工作原理。在展示過程中，教師需要讓學(xué)生進(jìn)行仔細(xì)觀察，如仔細(xì)觀察電流表的指針顯示情況，從而對交流電的基本內(nèi)涵進(jìn)行深入探討。除了以課堂演示的形式進(jìn)行模型的構(gòu)建與展示以外，教師還可以積極引導(dǎo)學(xué)生以繪圖的方式構(gòu)建模型，通過等效的轉(zhuǎn)換與模仿來將原本看似復(fù)雜的實物模型演變?yōu)榧垙埳虾喴椎墓ぷ髟韴D。如此，學(xué)生可以利用這一工作原理圖更好地解答相關(guān)問題，并最終獲得學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升與綜合思維的發(fā)展。

（3）利用等效思維方法變換物理過程

在初中物理的很多問題中，無論是過程的發(fā)展，還是狀態(tài)的確定，都是由許多因素共同決定的。在這眾多因素的決定過程中，如果某些因素的決定作用與另一些因素的決定作用相同，那么這些因素與另一些因素就屬于等效因素，從而二者之間可以相互替代，同時不會對最終結(jié)果造成影響。而通過這樣一種相互替代，可以使得原本看似復(fù)雜的問題簡單化，更有利于學(xué)生進(jìn)行理解與解答。基于此，教師在教學(xué)過程中需要積極利用等效思維方法來變換物理過程，提升學(xué)生解題效率與提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量。

首先，教師可以利用等效思維方法將原本抽象的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)榭陀^存在的普通問題，即利用模型構(gòu)建的方式將原本復(fù)雜的物理現(xiàn)象與物理實驗轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚奈锢韱栴}，從而有效抓住其中的原理與本質(zhì)解答問題。其次，教師可以利用等效思維方法將原本難以理解的復(fù)雜物理規(guī)律和本質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^清晰的物理過程，即利用問題分解方式來逐層揭開物理規(guī)律與本質(zhì)，讓學(xué)生迅速有效地解答復(fù)雜問題。最后，教師需要利用等效思維方法鼓勵學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識與問題條件，即利用形式變換的方式將知識點或問題條件進(jìn)行不同角度的變換，以此高效解題。

（4）利用等效思維方法探索物理規(guī)律

物理規(guī)律指的是發(fā)生在不同物理現(xiàn)象之間的同一條件，其可以有效反映物理變化的本質(zhì)。在初中物理教學(xué)中，物理規(guī)律的教學(xué)是重點所在，同時也是難點所在，很多學(xué)生由于不能良好地掌握物理規(guī)律而導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不甚理想。針對物理規(guī)律的學(xué)習(xí)，教師可以在教學(xué)過程中積極利用等效思維方將原本抽象、復(fù)雜的物理規(guī)律直觀、簡單地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，并在此基礎(chǔ)上大幅度提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

如重為800N的物體，其體積為1000cm3，將其放入水中，那么該物體靜止時的最終狀態(tài)是怎樣的？解析：判斷一個物體的最終狀態(tài)，主要是通過分析該物體的受力情況進(jìn)行判斷，而在該問題中，將物體放入水中，那么這個物體就會受到重力與浮力的作用。如果重力與浮力相等，那么這個物體就會懸浮在水中;如果重力大于浮力，那么這個物體就會下沉到水底;如果重力小于浮力，那么這個物體就會上浮于水面。基于這一物理規(guī)律，該問題的關(guān)鍵就在于如何判斷該物體的重力與浮力的大小。那么，在思考過程中學(xué)生便可以利用假設(shè)的方式進(jìn)行探究，即假設(shè)該物體最終是懸浮于水中的。因而，根據(jù)阿基米德原理：浸在液體中的物體，所受到的浮力等于物體排開液體的重。所以，該物體排開的水重可以等效為該物體所受到的浮力，即F浮=G排=m排·g=ρ水·v排·G。由此，得出的結(jié)論浮力大于重力，并且假設(shè)錯誤，該物體的最終狀態(tài)是漂浮于水面上的。阿基米德原理從概念上理解是抽象的，通過本題中浮力的計算，讓學(xué)生體會到等效替代法的內(nèi)涵，即可以用直排開的水重來替代抽象的、看不見摸不著的浮力大小，使問題簡單化、直觀化，有助于學(xué)生理解吸收。

（5）利用等效思維方法進(jìn)行實驗教學(xué)

物理是研究物質(zhì)性質(zhì)與規(guī)律的科學(xué)，實驗是其最為有效的研究手段，因此，物理是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科。在新課標(biāo)的初中物理教材中，納入大量的演示實驗、探究實驗與實踐活動，教師需要在教學(xué)過程中對其加以高度重視，并積極利用等效思維方法將原本復(fù)雜的實驗過程與實驗現(xiàn)象展示在學(xué)生面前，從而引導(dǎo)學(xué)生更好地探究實驗知識。

如自制一個水氣壓計，并用它來觀察氣壓的變化。面對這一探究實驗，實際操作與測量都是十分困難的，但是通過等效思維方法卻可以很好地加以完成，即利用托里拆利實驗對該探究實驗進(jìn)行等效替換。在托里拆利實驗中可以獲得這樣一個啟發(fā)：裝滿水銀的1米長的玻璃管倒插在水銀槽中，穩(wěn)定后，玻璃管中水銀的高度只有76cm，說明玻璃管中水銀受到內(nèi)外的壓強相等，而此時玻璃管的上方是真空的，所以，76cm高的水銀所產(chǎn)生的壓強就等于大氣壓。基于托里拆利實驗的這一啟發(fā)，學(xué)生可以通過以下方式來完成該探究實驗。首先，需要準(zhǔn)備的實驗器材有普通的硬質(zhì)塑料瓶、小水槽、固定支架以及小刻度尺。其次，實驗步驟如下所示：第一，將小水槽灌滿水，以及在硬質(zhì)塑料瓶中注入四分之三的水;第二，用大拇指堵住硬質(zhì)塑料瓶的瓶口，并將其倒置過來，同時將其瓶口沒入小水槽水中，以及移開大拇指;第三，將硬質(zhì)塑料瓶固定在固定支架上，并將小刻度尺貼在硬質(zhì)塑料瓶瓶身上。最后，通過觀察硬質(zhì)塑料瓶中的水體變化便可以觀察到氣壓的變化。如此，通過這樣一個等效思維方法，學(xué)生有效地完成了該探究實驗，并深刻掌握了其中的原理與知識點。

再如，在平面鏡成像實驗中，找到平面鏡所成虛像的位置，并測量出其與平面鏡之間的距離。這是一個探究平面鏡成像規(guī)律的物理實驗，如何將未點燃的蠟燭放置在平面鏡所成虛像的位置是該實驗的難點所在，同時也是該實驗的關(guān)鍵所在。想要成功完成該實驗，重點就在于準(zhǔn)確找尋平面鏡所成虛像的位置。在實驗開始前，教師首先可以組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，即依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的不同將學(xué)生分成為3～5人不等的小組進(jìn)行彼此之間的交流探討，并讓小組之間相互比賽，看看那個小組能夠最快找到完成這一實驗的方式方法。通過小組探討，學(xué)生共發(fā)現(xiàn)有兩個問題。第一，如果利用玻璃板進(jìn)行成像，那么由于玻璃板背面沒有水銀層，其所成的像并不十分清晰，從而在利用未點燃蠟燭進(jìn)行重合定位時會存在很大誤差。第二，如果利用平面鏡進(jìn)行成像，那么由于平面鏡背面有水銀層，其所成的像不能直接在另一側(cè)顯示，從而也就無法利用未點燃的蠟燭進(jìn)行定位。在發(fā)現(xiàn)這樣兩個問題之后，學(xué)生可以總結(jié)出這樣一個結(jié)論，玻璃板成像可以在另一端呈現(xiàn)，但是并不清晰，而平面鏡成像不能在另一端呈現(xiàn)，但是非常清晰。由此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行這樣的思考，能不能將玻璃板與平面鏡的相關(guān)優(yōu)勢融合起來，并準(zhǔn)確找到所成虛像的位置？這樣一個思考問題的提出實際上就是教師利用等效思維方法引導(dǎo)學(xué)生探究實驗的過程。學(xué)生通過思考制訂了這樣的一個實驗操作方案：第一，先將平面鏡背部的水銀層每間隔2cm便刮去一條2cm的道，使其表現(xiàn)出來的形態(tài)同斑馬線一樣;第二，利用經(jīng)過處理的平面鏡來完成平面鏡成像實驗。最后，在這樣一個實驗操作方案中，學(xué)生清晰地觀看到了平面鏡另一側(cè)的虛像，同時也使用未點燃的蠟燭對其進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，并最終完成了虛像對平面鏡位置的測量，得出結(jié)論：點燃的蠟燭與平面鏡的位置距離同平面鏡所成虛像與平面鏡的位置距離相等，即平面鏡成像的特點是距離相等、左右相反。如此，在這樣一個實驗教學(xué)過程中，教師合理地利用了等效思維方法來幫助學(xué)生完成實驗探究，不僅更加深刻地掌握了相關(guān)知識，還有效地鍛煉了學(xué)生的思維能力。

3.等效思維方法在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用注意事項

（1）等效思維方法并不是簡單的替換

等效思維方法是將實際、復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)化為效果相同的、簡單的、便于研究的物理問題，以便突出物理本質(zhì)，找尋物理內(nèi)在規(guī)律，其有利于啟發(fā)學(xué)生思維、拓寬學(xué)生視野，讓學(xué)生能觸類旁通地進(jìn)行學(xué)習(xí)和解決問題。但是需要注意的是，等效思維方法并不是簡單的替換，包括知識概念的替換與問題條件的替換，其需要建立在綜合的思維考量之上，需保障轉(zhuǎn)換條件之間的等效，不對最終結(jié)果造成影響，還需保障轉(zhuǎn)換后的問題更加簡單、明了，有利于理解與解答。如此，等效思維方法才具有實際應(yīng)用效力和意義。

（2）需與其他科學(xué)方法進(jìn)行有機結(jié)合

在初中物理教學(xué)中，除了可以利用等效思維方法提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率以外，還有很多方法也可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，如控制變量法、理想模型法、推理法、比例法、類比法、轉(zhuǎn)換法、圖像法等。在以上眾多學(xué)習(xí)方法中，無不蘊藏著科學(xué)的思維方式與角度，均能在一定程度上發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力與發(fā)散思維能力。因此，初中物理教師在教學(xué)過程中不能單一地使用等效思維方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，還需要積極地將其與其他科學(xué)方法進(jìn)行有機結(jié)合，從而更好地發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)思維與提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（3）等效思維方法不能依賴信息技術(shù)

信息技術(shù)的高速發(fā)展不僅改變了人們的生活方式，而且改變了人們的學(xué)習(xí)方式。依托信息技術(shù)而產(chǎn)生的各類創(chuàng)新的、先進(jìn)的、高效的教學(xué)手段被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)前的教育中，如多媒體教學(xué)、微課教學(xué)等，具有生動形象、重點突出的特點，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及大幅度提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。但需要注意的是，信息技術(shù)盡管可以直觀地演示物理現(xiàn)象與過程，卻不能直接代替學(xué)生的思維過程與探究過程。因此，初中物理教師在使用等效思維方法對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)引導(dǎo)時，不能過于依賴信息技術(shù)，否則會造成重結(jié)果輕過程的本末倒置現(xiàn)象，從而不利于學(xué)生的思維能力與綜合素養(yǎng)發(fā)展。

4.結(jié)語

總而言之，等效思維方法作為一種發(fā)散性的思維方式，能夠幫助學(xué)生化繁為簡、化抽象為具象，從而更好地理解知識點與解答問題。因此，初中物理教師在教學(xué)過程中需要積極地、科學(xué)地對等效思維方法進(jìn)行利用，包括利用等效思維方法理解抽象概念、利用等效思維方法構(gòu)建理想模型、利用等效思維方法變換物理過程、利用等效思維方法探索物理規(guī)律以及利用等效思維方法進(jìn)行實驗教學(xué)。如此，促使學(xué)生高效學(xué)習(xí)的同時也大力發(fā)展學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

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