初中物理转换思想的应用

李晶

【摘要】转换法是初中阶段学生必须要掌握的基本科学研究方法之一，教学中不仅是重点也是难点，本文依据沪科版初中物理教材和教学实例，探讨归纳转换思想在初中物理实验探究活动中的应用。为教师在教学中渗透转换思想提供参考。

【关键词】转换法 初中物理 实验探究

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）12-0111-01

相当一部分物理量的大小不容易直接用人体感官判断，又或初中阶段没有学过测量这些物理量的专用工具，因此需要用相关物理规律将这些量转换成更直观的现象或能够直接测量的量，这种研究问题的方法就是转换法。在初中阶段是必须要掌握的科学研究方法之一，转换思想也利于学生将来处理问题，但沪科版课本中多次应用却没有直接介绍该方法，相关教学资料也较少结合实际教学情况去总结归纳。

《物理课程标准（2011年版）》课程目标要求“在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和科学研究方法”、“经历科学探究过程，具有初步的科学探究能力，有运用研究方法的意识”。因此，在物理教学中不仅要帮助学生结合必修实验认识这种方法，将转换思想渗透入学生思维，使他们在解决问题过程中能够灵活使用，也是十分重要的。

一、教学中运用转换法的具体情况

转换法在初中阶段使用方法，主要有在探究活动中将不以观测的现象转换为直观的或可测量的；在测量活动中将不易直接测量的物理量通过公式转换为可以测量的其他量；在测量工具中应用。转换法中被转换的对象很多，可以是物理现象也可以是物理量大小。实际采用转换法时，往往有以下应用思路：

1.微小现象“放大”

例如探究声音的产生原因，发声体的振动非常微小，直接用眼观看看不清振动，也无法比较振动快慢或幅度，利用声波可以传递能量的特性，将振动转换成乒乓球球跳动、水花、碎纸片跳动等等，这样发声体的微小振动就被“放大”成较大物体的振动。

探究“力的作用效果使物体发生形变”实验中，微小形变不易观察，如压力使桌面凹陷，用平面镜反射光将形变“放大”；挤压玻璃瓶，玻璃瓶在压力作用下发生形变，可以将玻璃瓶密封装染了红色的水，在密封胶塞上穿孔插一根玻璃管，将瓶子的形变转换成液面在玻璃管中升高高度。

2.无法观测的现象“替代”

需要在探究活动中观察的现象有些是看不见、摸不着的，需要通过另一物体“替代”需要观察的物体。

“力”是一个较抽象的概念。从力的定义角度“物体对物体的作用”，也很难让学生有较直观的想象。虽然人可以感受到力，但如果施力物体与受力物体皆与人无关，又不易研究力的各种特点了。故在观察力有关的现象时，往往是通过受力物体的形变情况或运动状态的改变来实现对力的现象的观察。

在“平面镜成像”实验中，物体A像的大小、到镜面的距离，都不可能直接测量，教学中用透明玻璃板代替平面镜，以便可以用另一等大物体B代替物体A的像，这样将看得见但摸不着的物体A的像转换成实物体B。

研究磁体磁场分布时，用铁粉或小铁针“替代”，将看不见的磁场转换成铁屑的分布。而磁场的方向也可以转换为场内小磁针的指向。

电流大小也无法观察，为了让学生能够直观见到电流的变化，教学初期采用将电流转换为小灯泡的亮度。

压强、动能、重力势能、热量等物理量在学习之初没有专有测量工具，而在实验探究中又需要大致比较其值的大小。将压强转换成海绵凹陷程度、动能转换为推动物体的移动距离、重力势能转换为小桌下陷深度、“研究物质吸热能力”实验中，热量转换为加热时间长短。

3.间接测量物理量

测量活动中转换法的应用相当广泛。初中阶段所学测量工具不多，大部分物理量无法直接测量。

对于这些不易测得的物理量，通过物理公式转换成可以测量的物理量，也是转换思想的应用之一。例如伏安法测电阻，将无法直接测量的电阻通过欧姆定律的变形式R=U/I转换成测量电压和电流。测量滑动摩擦力实验中，测力计只能测拉力，所以必须让物体匀速直线运动，利用二力平衡条件，将滑动摩擦力的大小转换成拉力大小。

二、教学中渗透转换思想具体策略及意义

在教学中渗透转换思想，不仅是将运用到转换法的实例直接向学生说明，如上述列举的应用转换法的情形，还要加以归纳、启发和推动学生在学习中通过所掌握的物理规律运用转换法，培养学生学科核心素养。

转换法的运用对学生能力要求已经较高，在初三教学中有比较多涉及。在教学中注重让学生主动提出自己的方案，并加以讨论比较，可以极大提高学生设计实验的能力。

例如“探究电阻大小影响因素”实验中，电阻大小无法直接测量，但在之前学习中，学生已经知道电阻对电流有阻碍作用，课堂教学中教师向学生提出问题：如何判断电阻大小？大部分学生都会回答用电流表测电流或比较小灯泡亮度，将两种方法都进行演示，比较各自优点，学生不仅学习运用简单的转换法，还能判断不同方法的优缺点，培养分析综合能力以及合作交流能力。

对不同学情，渗透转换思想时要求也不同。例如《科学探究：电流的热效应》一节中，需要比较电流产生的热量，然而热量无法直接测量，课本上利用已学过的热量与物质升高温度的关系，将导体浸在煤油中，电流通过导体放出热量，转换成煤油升高温度。可以直接介绍并采用该方法进行演示实验；也可以只是提示转换法，经过多次训练的学生就有提出用电热点燃火柴比较点火时间、加热水或空气比较气压变化等等让人惊喜的想法。

渗透转换思想不应只局限于课本实验。物理学史上大气压存在的马德堡半球实验就是转换法的一次精彩应用，看不见、不为人所知的大气压，将两个铜半球紧紧挤压在一起，用十六匹马将其拉开，将空气的力量转换为十六匹马的拉力，不仅直观且震撼人心，在科学史上留下了灿烂的一幕。托里拆利实验将大气压大小转换为水银柱的高度，奥斯特实验中利用小磁针偏转“看见”电流的磁效应。在教学中适时介绍，吸引学生兴趣同时，转换的思想也慢慢渗透入物理课堂了。

各种各样测量工具的原理，其实也是转换思想的应用。例如天平其实是利用杠杆平衡条件将物体质量转换为砝码质量，弹簧测力计利用弹簧伸长量与拉力成正比转换力的大小，温度计利用液体热胀冷缩将温度转换为液体体积，电流表利用磁场对通电导体有力的作用将电流大小转换为指针偏转角度；液体压强计将液体压强转换为U形管两侧液柱高度差，验电器将电荷转换为金属箔片张开的角度。在教学中涉及这些测量工具时带着转换思想，向学生渗透这样一个观念，测量工具并没那么神秘莫测，学习了相关物理规律后，自己也可以制造不同的测量工具，将学生带入广阔的应用空间，培养动手实践能力，提高学习兴趣效果明显。

在教学中适时渗透转换思想，培养学生良好的思维习惯，遇到问题不拘泥于表象，能想到利用相关物理规律，换一个角度思考、解决问题。学生拓宽视野，不断提高科学素养，也是实现课程改革的目标。