等效思维方法在高中物理教学中的应用

杨灿梅

摘 要：新高考的选拔愈来愈注重考生的能力和素质，其命题愈加明显地渗透着物理思想、物理方法的考查，等效思想和方法作为一种迅速解决物理问题的有效手段。高中物理教学除了传授学生物理知识外，更应在科学研究方法的形成过程中培养学生科学思维的能力和习惯。本文基于物理核心素养下从教与学的角度、解决问题的角度，探索在物理教学中显化等效思想方法的对策。

关键词：等效思维;高中物理教学;应用

引言

等效思维是一种特殊的科学思维，有促进学生能力发展的作用。从本质上讲，等效思维是基于事物的等同效果而做出的心理选择，它能够将原本复杂的物理现象或物理过程，用相对简单的现象和过程展现出来，等效思维可以有效调节学习过程，让思维活动的难度大幅度降低，在处理物理问题过程中可以发挥出重要作用。高中生在学习物理时，经常会用到等效思维的方法，该方法可以帮助高中生直面物理问题中的模型建立、概念认知、运动体会、过程梳理等情况，让分析问题的思路变得更加清晰，解决问题的过程变得更加简便。高考中的物理越来越关注对学生能力和素质的考查，命题和思维能力的关联愈加紧密，作为一种使物理问题得到快速解决的思维方法，等效思维和高考模拟试题相结合，可以促进解题效率的提升。文章强调了等效思维在高中物理教学中的重要性，从教师利用等效思维建立理想模型、促进概念认知、体会物理运动、探索物理过程等方面，探讨了等效思维方法在高中物理教学中的应用。

1等效思想显化教学的现状

《课标》教学明确要求教师要引导学生体会“等效”的物理思想，让学生在观察、实验的基础上通过科学推理和科学论证等得到结论，由此培养学生的科学思维。课标中并未对等效思想方法的具体内容直观用文字的形式体现出来，学生也只能在教师的引导下，潜移默化地被渗透等效思想方法的教育，这种“隐性教育”方式不利于当前学生的快速发展。另外，绝大多数教材对概念、规律只安排教学要求，对物理等效思想方法也极少有专门篇幅介绍。我们认为，教师在物理概念、规律、实验、习题等教学中落实等效思想方法的“显性教育”，更有利于学生的快速学习及创新意识的培养。

2等效思想在物理教学中的显化

2.1利用等效思维促进概念认知

为了充分发挥等效思维的效果，教师还可以从激发学生深层思维的角度，使学生产生良好的物理概念印象。举例来说，在描述交变电流的内容时，由于交变电流大小与方向都会因为时间的变化而出现周期性的变化，为了使学生能够更轻松地学习交变电流测量和计算方法等，教师一定要使交变电流效果有等效替代的物理量展示机会。可是在高中阶段由于数学知识的限制，只能提供基于学生当前数学能力的正弦式交变电流峰值测量和计算方法，这种做法不能让学生准确记住结论，无法充分理解其中的本质，因此在进行课堂教学设计时，教师有必要使学生从交变电流及恒定电流给电阻做功的视角思考问题，也就是意识到交流电源（u=Umsinωt）给电阻R供电，当时间为t（亦即周期T的整数倍）时，交变电流的做功是W;在一恒定直流电源给相同电阻进行供电的时候，如果时间相同，也做功W，也就是W=UIt。则交变电流做功，用直流电做功等效代替。那么，交流电压u=Umsinωt有效值是U，交流电流i=Im-sinωt有效值是I。在此过程中，电流热效应如果作用效果是相同的，便有了等效替代的可能性，学生完全能够以一种简单的恒定电流，对复杂的周期性变化电流进行替代，通过等效替代思维的实践，学生可以深入理解并计算交变电流有效值。另外，等效思维与基本概念认知的关联，在电容器教学设计中，也可以发挥出较好的作用。直流电无法通过电容器，这是由于电容器的两极板隔离于绝缘介质，而当交流电源两端连接电容器的时候，自由电荷实际上并未曾通过两极板间绝缘介质，同时学生应该注意，瞬间电压确实是处在不断变化状态之下的，如果假设电容器极板带电，在正极板处电压下降时，便可以采取等效思维，认为正极板正电荷减少，正极板电势下降，而因为电荷平衡维持的原理，处于负极板位置上的电子便需要减少，使电子流出，也正因为这样，电路有电流形成，亦即等效思维下的交流通过电容器的现象。

2.2在物理习题教学中显化等效思想

高中物理习题教学中，有些物理问题用常规方法无从下手，或是过程非常复杂，计算又繁杂，若能挖掘等效条件，并合理运用物理等效变换的方法去求解，可使问题快速解决。

比如利用平均速度把一个变速过程等效为匀速运动过程;利用力的合成和分解法解决平衡问题;利用运动的合成与分解解决复杂的曲线运动;在复合场中，若重力与电场力平衡，且还受洛仑兹力作用，那么与只受洛仑兹力作用时做匀速圆周运动效果相同等，这些等效处理在物理解题过程中显得尤为方便。

2.3利用等效思维探索物理过程

过程中的等效应用，是帮助完善对能量转化认知的重要做法。在进行髙中物理教学时，其中有一部分题目会涉及比较复杂的物理过程，此时学生不能利用既有的知识体系内容给出比较详细的细节理解及分析过程。比如，在接触到能量转化及动量转化过程中，由于过程本身的动态性特点，定量分析的难度加大。此时，教师便可以引导学生分析过程从始至终的状态，利用等效思维，把复杂过程向简单过程演化，从而方便求解。

举例来说，有两个圆柱形的盛水容器置于高度相同水平面之上，它们的高度分别是h1和h2，这两个容器以阀门K相连接。若现在把阀门K打开，则这两个容器的水位会出现什么变化，其重力势能以及动能又将出现什么变化，试求出其变化量。在此之前，教师已经向学生讲解了连通器原理，因此大家可以意识到：在阀门K被打开之后，这两个容器里面的水能够流通，直到两个水面高度统一为止，而如果考虑到动能与势能关系问题时，又如何看待这种变化。教师可以利用提问，让学生对初状态和末状态进行探索，明确最终水位的高度变化为左侧下降，右侧上升，并利用等效思维的形式，让学生以更加清晰的思路处理原本非常复杂的物理过程。

结语

等效思想是解决高中物理问题的一把重要“钥匙”，让学生掌握好这把“钥匙”，对于培养学生科学思维能力有着举足轻重的作用。学生在处理具体问题的时候如果能够做到举一反三、触类旁通地利用等效思想，那么不仅可使学生获得学習的灵感，更能提升他们的科学思维能力和品质。

参考文献

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