等效思維在初中物理解題教學(xué)中的應(yīng)用探析

何斌杰

(福建省浦城縣盤亭中學(xué),福建 南平 353414)

初中物理傳統(tǒng)的解題教學(xué)模式題海戰(zhàn)術(shù),幫助學(xué)生建構(gòu)各種物理模型,使他們能夠模板化套用解決不同類型的物理問(wèn)題.然而,這種教學(xué)模式可能導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)條件復(fù)雜、過(guò)程繁瑣的物理問(wèn)題時(shí),不知如何著手思考問(wèn)題.出現(xiàn)這一情況的根本原因在于教師未能有效培養(yǎng)學(xué)生的解題思維能力,他們未能掌握分析和處理問(wèn)題的思維方法.對(duì)此,筆者將結(jié)合對(duì)等效思維法教學(xué)運(yùn)用的認(rèn)識(shí),簡(jiǎn)述如何在初中物理解題教學(xué)中運(yùn)用該思維,以供參考.

1 等效思維的基本概念及運(yùn)用意義

1.1 等效思維的基本概念

等效思維法主要指在相同的條件要素和特性情況下,通過(guò)等效替換、等效類比、等效遷移等思維方法,將復(fù)雜、繁瑣、隱晦的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為直觀、簡(jiǎn)單、等效且熟悉的問(wèn)題.這旨在簡(jiǎn)化學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題的思考流程,使其能夠準(zhǔn)確把握問(wèn)題的處理要點(diǎn),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的客觀規(guī)律,從而提高解決問(wèn)題的效率.初中物理解題教學(xué)中運(yùn)用等效思維法不僅是課程教學(xué)改革的趨勢(shì),更是教師培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科思維能力、鍛煉學(xué)生物理問(wèn)題處理分析能力的最佳手段.因此,廣大初中物理教學(xué)工作者應(yīng)該對(duì)其給予足夠的重視.

1.2 等效思維教學(xué)運(yùn)用的積極意義

等效思維作為初中物理解題教學(xué)中廣泛應(yīng)用的思維方法,其在解題教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)歸納如下:第一,等效思維方法有助于簡(jiǎn)化學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題的分析過(guò)程,突出問(wèn)題處理的核心要點(diǎn),精煉物理圖形,從而為學(xué)生處理物理問(wèn)題提供便利,使其能夠深刻理解和分析各種類型的物理問(wèn)題[1].第二,等效思維方法能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生在解題學(xué)習(xí)中的主觀能動(dòng)性.學(xué)生在簡(jiǎn)化分析物理問(wèn)題中扮演主導(dǎo)角色,而教師則負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等效思維方法,促使學(xué)生主動(dòng)提升個(gè)人的物理解題思維能力,積累等效思維方法在解題中的經(jīng)驗(yàn),從而更好地提高物理解題水平.

2 等效思維在初中物理解題教學(xué)中的運(yùn)用策略

2.1 等效思維簡(jiǎn)化條件,助力學(xué)生推理思考

在初中電路和力學(xué)等板塊問(wèn)題,有助于學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題的遷移推理,更有效地把握解題的核心要點(diǎn).初中教師可通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等效思維法,簡(jiǎn)化題目中的問(wèn)題要素,促使學(xué)生嘗試類比推理不同物體在題目中的等效性,拓展個(gè)體思維,以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化處理各種類型物理問(wèn)題的目標(biāo)[2].

以如下圖1串聯(lián)電路所示,電阻R1為大小恒定的定值電阻,R2為變值電阻,倘若電路中的電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,試求該電路中的變值電阻R2為多大時(shí)滴耗功率最大?

圖1 電路圖

由于本題直接分析題目中的條件要素進(jìn)行功率計(jì)算難度較大,教師首先要使學(xué)生明白電源輸出功率處于一個(gè)變化并不單調(diào)的情況條件.然后教師再引導(dǎo)學(xué)生使用等效思維方法進(jìn)行問(wèn)題的二次分析,讓學(xué)生知道恒定電阻R1與電源內(nèi)阻r可進(jìn)行等效串聯(lián)分析,故可將電源的等效電阻轉(zhuǎn)化為R1+r,電阻R1與電源組成一個(gè)新的電源,可得如下簡(jiǎn)化電路圖2.

圖2 簡(jiǎn)化電路圖

最后教師再讓學(xué)生根據(jù)條件等效替換后所得出的全新電路圖,分析該條件下的變值電阻R2的大小及最大輸出功率.這時(shí),學(xué)生只需要根據(jù)等效替換條件以及所做出的簡(jiǎn)化電路圖,可知道當(dāng)R2電阻大小與R1+r相等時(shí),變值電阻R2的輸出功率為最大.

2.2 等效思維轉(zhuǎn)換圖形,輔助學(xué)生圖形理解

物理圖形是解決力學(xué)和電學(xué)問(wèn)題的重要工具.然而,在一些電路圖中,電學(xué)元件較多,或者在一些力學(xué)圖中,一個(gè)物體受到多個(gè)外力作用,導(dǎo)致這類圖形的分析處理難度大,學(xué)生普遍對(duì)此感到畏懼[3].等效思維在處理這類圖形解題分析時(shí)發(fā)揮重要作用,通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)電路圖的等效替換,以及輔助線、受力圖的繪制等策略,能夠簡(jiǎn)化物理圖形問(wèn)題.

以“如圖3所示F1、F2、F3為作用于同一個(gè)點(diǎn)的力,且彼此之間互成120°,現(xiàn)已知F1、F2、F3大小分別為20 N、30 N、40 N,試求三者合力的大小及方向?”問(wèn)題中的等效圖轉(zhuǎn)換運(yùn)用為例.

圖3 受力分析圖

再以“探究電路”單元中的問(wèn)題教學(xué)為例,教師可引進(jìn)問(wèn)題“已知圖6電源電動(dòng)勢(shì)為6 V,電阻R1為9 Ω,整個(gè)電路消耗總功率P為10 W,而且電路中其他電阻大小均為R,若將電路R1電阻換為阻值大小為3 Ω的電阻R2,那么此時(shí)電路消耗的總功率T2為多少呢?”

圖6 實(shí)際電路圖

教師引導(dǎo)學(xué)生利用等效思維進(jìn)行圖形替換分析處理,可將圖中除R1外的七個(gè)大小均為R的電阻看成一個(gè)整體R0,這時(shí)七個(gè)電阻所組成的大電阻與電阻R1為并聯(lián)關(guān)系,所以可得如下轉(zhuǎn)換圖形如圖7.

圖7 等效電路圖

2.3 等效思維剖析過(guò)程,簡(jiǎn)化分析物理過(guò)程

在力學(xué)問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析處理中,通常涉及物體在不同階段的過(guò)程狀態(tài)以及不同物理因素之間的連鎖作用.其中,一些因素是等效的,可以在過(guò)程和狀態(tài)分析中運(yùn)用等效思維,這為學(xué)生處理問(wèn)題時(shí)提供了有效的切入點(diǎn)[4].因此,教師應(yīng)重視在物理問(wèn)題過(guò)程分析中運(yùn)用等效思維法,有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生挖掘問(wèn)題中存在等效性的物理量,并讓學(xué)生將挖掘到的等效物理量進(jìn)行替換,從而簡(jiǎn)化對(duì)物理過(guò)程變化中各個(gè)狀態(tài)的分析.這樣的引導(dǎo)有助于學(xué)生找到處理物理問(wèn)題的有效方法,充分發(fā)揮等效思維在物理過(guò)程分析中的應(yīng)用效果[5].

例如,假設(shè)甲乙分別在不同的城市,且彼此之間的距離為d,兩個(gè)人分別以U、V的速度相向而行,倘若這時(shí)丙以M的速度行駛在甲、乙之間,同時(shí)當(dāng)丙追上甲時(shí),立即調(diào)轉(zhuǎn)方向向乙行駛;而遇到乙時(shí)立即調(diào)轉(zhuǎn)方向向甲行駛,如此往復(fù)行駛,請(qǐng)問(wèn)當(dāng)甲乙相遇時(shí)丙行駛的路程d1為多少?

2.4 等效思維推論定律,夯實(shí)解題理論基礎(chǔ)

由于一些初中物理知識(shí)之間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,一些知識(shí)要點(diǎn)可以直接串聯(lián)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系.因此,在解題教學(xué)中,教師可以運(yùn)用等效思維法來(lái)加強(qiáng)對(duì)物理知識(shí)定律的理解.在定理推論演繹的解題教學(xué)中,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用等效思維進(jìn)行相關(guān)解題技巧方法的推論演繹.這有助于學(xué)生深入理解不同定理定律在題目要素變化下所具有的不同內(nèi)涵,嘗試等效轉(zhuǎn)換運(yùn)用各種物理定律,從而避免盲目記憶和套用物理公式和定律.

以“力與運(yùn)動(dòng)”板塊的定律推論教學(xué)為例,教師在解決相關(guān)問(wèn)題時(shí)常使用“物體在力的作用下保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或者保持靜止?fàn)顟B(tài)”的知識(shí)點(diǎn).然而,部分學(xué)生對(duì)于“勻速直線”與“靜止”這兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的理解存在不足,導(dǎo)致在解題時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤.這些學(xué)生往往認(rèn)為在這兩種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體處于不受力狀態(tài),進(jìn)而出現(xiàn)錯(cuò)誤.在這種情況下,教師可以運(yùn)用等效思維方法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行推理,使學(xué)生明白“受力平衡”與“不受外力”所產(chǎn)生的效果是相同的.接著,教師結(jié)合“物體在平衡力作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”進(jìn)行解題教學(xué),促使學(xué)生運(yùn)用等效思維方法,將“不受外力”轉(zhuǎn)化為較為熟悉的“受力平衡”,嘗試定理規(guī)律的等效轉(zhuǎn)換運(yùn)用,進(jìn)行加速度的推理學(xué)習(xí).通過(guò)逐步掌握“力與運(yùn)動(dòng)”板塊的物理知識(shí)定律等效替換運(yùn)用的方法,學(xué)生能夠?yàn)楹罄m(xù)深入解題運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

3 結(jié)束語(yǔ)

初中物理解題教學(xué)落實(shí)運(yùn)用等效思維法,傳授學(xué)生等效替換、等效轉(zhuǎn)換、等效類比等方法技巧,不僅輔助學(xué)生簡(jiǎn)化問(wèn)題要素,優(yōu)化問(wèn)題流程,高效圖形替換,提高其處理解決各種物理問(wèn)題的效率,還能切實(shí)發(fā)展學(xué)生的思維能力,滿足新課程對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展訴求.