等效思維在初中物理解題教學(xué)中的應(yīng)用探析

何斌杰

摘 要：在初中物理解題教學(xué)中，運(yùn)用等效思維法能夠?qū)?fù)雜的物理問題化難為易，更易于理解和解決.同時(shí)，等效思維法還能滿足新課標(biāo)對(duì)發(fā)展學(xué)生思維能力的要求，幫助學(xué)生簡(jiǎn)化物理問題的處理流程，使他們能夠在更短的時(shí)間內(nèi)掌握問題的核心要點(diǎn).通過運(yùn)用等效思維法，可以有效鍛煉和提高學(xué)生的學(xué)科思維能力，為他們的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).因此，探究在初中物理解題教學(xué)中如何運(yùn)用等效思維法十分必要.

關(guān)鍵詞：等效思維；初中物理；解題教學(xué)；運(yùn)用策略

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2024）08-0094-03

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、過程繁瑣的物理問題時(shí)，不知如何著手思考問題.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、隱晦的問題轉(zhuǎn)化為直觀、簡(jiǎn)單、等效且熟悉的問題.這旨在簡(jiǎn)化學(xué)生對(duì)物理問題的思考流程，使其能夠準(zhǔn)確把握問題的處理要點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題的客觀規(guī)律，從而提高解決問題的效率.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)物理問題的分析過程，突出問題處理的核心要點(diǎn)，精煉物理圖形，從而為學(xué)生處理物理問題提供便利，使其能夠深刻理解和分析各種類型的物理問題[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)等板塊問題，有助于學(xué)生進(jìn)行問題的遷移推理，更有效地把握解題的核心要點(diǎn).初中教師可通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用等效思維法，簡(jiǎn)化題目中的問題要素，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？

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.

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？”問題中的等效圖轉(zhuǎn)換運(yùn)用為例.

倘若按照常規(guī)合力問題處理方法解決問題，學(xué)生需要對(duì)圖3的三個(gè)力作平行四邊形合成求解，解題過程會(huì)十分繁瑣，還會(huì)浪費(fèi)大量的作圖時(shí)間.但教師如果利用等效替換添加作用力的方法簡(jiǎn)化受力作用圖，如圖4所示添加兩個(gè)方向相反大小一致的輔助性力，再將力F3拆分成一個(gè)10 N和30 N力的合力.又因?yàn)槿齻€(gè)30 N力由于各成120°而合力為零，故只剩下圖5所示的受力圖，經(jīng)檢驗(yàn)此簡(jiǎn)化圖不影響最終結(jié)果，繼而計(jì)算得出合力大小為103 N，方向如圖5所示，即處于F2、F3之間且與F3成30°角.

再以“探究電路”單元中的問題教學(xué)為例，教師可引進(jìn)問題“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？”

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.

供的P1=10 W，E=6 V，代入公式可得R0=6 Ω，再讓學(xué)生將R2代入可得P2=18 W.這樣教師就通過等效替代思維運(yùn)用，簡(jiǎn)化了題目所提供的電路圖，降低了問題思考的難度，最終達(dá)到提升學(xué)生有關(guān)問題圖形等效替換思維能力目的.

2.3 等效思維剖析過程，簡(jiǎn)化分析物理過程

在力學(xué)問題和運(yùn)動(dòng)問題的分析處理中，通常涉及物體在不同階段的過程狀態(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，可以在過程和狀態(tài)分析中運(yùn)用等效思維，這為學(xué)生處理問題時(shí)提供了有效的切入點(diǎn)[4].因此，教師應(yīng)重視在物理問題過程分析中運(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)生找到處理物理問題的有效方法，充分發(fā)揮等效思維在物理過程分析中的應(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

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)化問題要素，優(yōu)化問題流程，高效圖形替換，提高其處理解決各種物理問題的效率，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.

參考文獻(xiàn)：

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［3］ 肖明輝.淺析等效思維在初中物理解題中的合理運(yùn)用[J].最漫畫·學(xué)校體音美，2018（9）：1.

［4］ 賴振忠.等效思維在初中物理解題中的運(yùn)用[J].數(shù)理化解題研究， 2021（23）：2.

［5］ 蘇濟(jì).等效思維在初中物理解題中的運(yùn)用[J].南國博覽， 2019（4）：1.