新教材背景下高中物理教学中的三个“转化”

管佩磊

摘  要：对学生在高中物理学习过程中的一些抽象、复杂、新颖的知识，可以通过物理教师的深层次备课和巧妙的设计，以学生生活的实际情境、常见模型和思维实际特点出发，帮助学生将这些知识建立形象、简单、熟悉的知识体系。

关键词：新教材实施;高中物理教学;转化

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0062-3

新版教材的实施过程中，发现部分物理概念和规律对学生而言，还是很抽象、很复杂。如加速度、动量、电磁感应、动量守恒定律等，不少学生学起来如雾里看花。物理教师在教学中，如何才能将难点讲清、将难点化解？——必须贴近学生的生活情境、问题解读和思维想象实际，做到贴近生活、形象生动和深入浅出。

笔者通过教学过程中的探索，总结出下面三种方法，取得较好的效果，仅供各位参考。

1    抽象转化为形象

高中物理中，有不少概念既是难点，又比较抽象。这时可设计一些形象化的教学手段，将抽象知识形象化。

（1）例如，讲力的分解——按力的作用效果分解，力的作用效果对不少学生来说是很抽象的。为此，在对斜面上物体的重力进行分解时，笔者设计了实验1：

一木块连接一根细橡皮筋，另一端固定在一块薄木片的一端，然后将薄木片倾斜（图1），学生们都看到了两个十分明显的形变：一个是薄木片被压弯——说明重力有使物体压紧薄木片的效果;另一个是橡皮筋被拉长——说明重力有使物体下滑的效果。

这样，学生就对重力分解为平行于斜面使物体下滑的分力F1和垂直于斜面使物体紧压斜面的分力F2（图2）有了一个感性认识，真正看到了重力的两个作用效果，使抽象的问题变得可视化、形象化。

（2）利用有效类比也能将抽象概念变得形象化。

比如，在讲授“电容”概念时，学生对电容的物理意义（表征电容器容纳电荷能力大小的物理量）感到太抽象，不易理解。

结合学生的实际生活情境，可以把电容器类比为一个学生生活常见的圆柱形水杯：容纳电荷的电量Q与圆柱形水杯装的水量（体积V）相类比对应;电容器上所加电压U与圆柱形水杯中的水位高度h相类比对应。那么根据电容的定义C=Q/U，电容C就与圆柱形水杯的横截面面积S相类比对应了（V/h=S）[1]。

而圆柱形水杯的横截面积具有什么特点呢？

其一，对于一个确定的圆柱形水杯，其横截面积是一定的，无论盛水量多少或者不装水，其横截面积也是不变的;其二，圆柱形水杯的横截面积是由这个水杯的自身结构决定的，与外界各物理量无关。它反映了在相同水位高度下圆柱形水杯盛水量的多少。

那么类比分析，电容也应该具有这样类似的特点：对于一个固定电容器无论所带电量多少或不带电，其电容也是不变的，是由电容器的自身结构决定的，与外界物理量无关。它反映在相同电压下电容器容纳电荷的多少——即容纳电荷能力的大小。

这样就把电容这个抽象的概念类比成了一个形象的——看得见摸得着的东西，学生非常容易接受。

2    复杂转化为简单

在物理学中，有的物理量是由多个变量结合形成的，构成了学生认知的复杂性。这时我们可以引入学生的生活情境，化复杂为简单的方法，通过控制变量的办法逐步认识该物理量的意义[2]。

比如，引入动量概念，笔者是这样设计的：

问：如果飞来一只足球你敢用头顶吗？如果飞来一只铅球你敢用頭顶吗？为什么，学生讨论……教师归纳：一个物体对另一物体的作用效果与物体的质量、速度等因素有关。然后通过实验2来讨论。

实验2：双层碰撞实验器是由结构相同的轨道相互平行的两个碰撞实验器组装而成的，如图3，让小球A和B（mA>mB）同时分别沿平行导轨从离斜槽各自底端同一高度由静止开始运动，去碰撞位于各自斜槽底端的小球D和E（mD=mE）。

学生观察：小球D、E被碰后，D球速度较大。

教师分析：我们知道，小球A、B跟小球D、E在碰撞前的即时速度是相等的，从D球被碰后的速度较大，可知A球对D球的作用效果大，其原因是mA>mB。

结论：在速度相等时，质量越大的物体，对另一物体的作用效果也越大。

实验3：若让球B、C（mB=mC）同时分别由平行导轨离各自斜槽底端不同距离处（LBD=4LCE）从静止开始运动，去碰撞位于各自斜槽底端的小球D、E（mD=mE），如图4。

学生观察：小球D、E被碰后，D球速度较大。

教师分析：虽然mB=mC，但因LBD>LCE，B球到达斜槽底端的即时速度大于C球到达斜槽底端的即时速度，使B球对D球的作用效果大于C球对E球的作用效果。

结论：在质量相等时，速度越大的物体对另一物体的作用也越大。

以上实验证实了一个物体的质量越大，速度越大，则它对另一物体的作用效果也越大，为了表明运动物体的这一特性，引入一个新的物理量——动量。

这样也就很自然地引入了动量概念，这种把多因素转化为单因素的处理方法，化复杂为简单的效果是显著的。

在物理解题训练时也常常遇到比较复杂的问题，有的物理过程由几个“子过程”组合而成，这时可从分析物理情境入手，建立过程模型，分段解决，分解难点，化大题为小题，化复杂问题为简单问题。这是物理学中化解难题的一种非常重要的方法。

3    新颖转化为熟悉

除了上面所说的，由于问题的抽象和复杂，使学生感到疑难外，另一种就是问题的形式和内容比较新颖，使学生感到无从下手傻了眼，而成为难点。

解决新颖问题的关键在于教学中注意提高学生的应变能力，极大地发挥学生的创新意识，化新颖为熟悉，提高解决新颖问题的能力[3]。

（1）比如，在电磁感应中，做“断环闭环”实验时，可帮助学生分析，磁极（无论是N还是S）插入闭合导体环，其本质意义是什么？——原磁通量增强，我们看到此时闭环会退走，其本质意义又是什么？——闭环受到排斥力;磁极抽出闭合导体环，闭环会跟着来相互吸引，总是阻碍导体和磁场间的相对运动——这就是著名的“断环闭环”模型。凡是碰到原磁通量增强的情况就可想象成磁铁插入闭环——受到斥力;凡是遇到原磁通量减弱即可看成是磁铁从闭环中抽出——受到引力。经过这样总结、拓展和变通，可提高应变能力。

例题1 如图5，导体线圈abcd与直线电流共面，当线圈向右运动（远离导线）时，等效于将磁铁从线圈中抽出，迅速判定：此时直线电流应与线圈相互吸引，根据同向电流相互吸引，可判定ab上电流方向为b→a。

再比如：异步电动机的转动问题，对旋转磁极式电动机，当磁极转动时，相当于把磁极从线圈中抽出，此时要阻碍导体和磁场间的相对运动，线圈受到吸引力。线圈会跟着磁极同方向转起来，但其转速肯定要小于磁极的转速——因为若转速相同，就没有相对运动了，也就没有电磁感应了。

碰到电磁感应中新颖的问题，如果能将它们回归到熟悉的“断环闭环”模型中来，就会大大降低题目的难度，也提高了物理解题的速度，同时也逐步理解电磁感应的本质。

（2）在学习“动量守恒定律的应用”时，笔者给学生总结了两大基本模型：“人船模型”和“子弹打木块模型”。很多问题都可回归到这两个基本模型来解决。关键在于怎样从具体的物理情境中抽象提炼出“人、船”或“子弹、木块”来。

例题2 如图6，质量为M的木块A静置于光滑水平面上，其1/4圆弧部分光滑且底端切线水平（半径为R），水平部分DE是粗糙的，现有一小物体B（质量为m），自最高点静止下滑，设DE足够长，物体B最后停在水平部分P点上，且DP=d。

（1）物体B停在P点后，木块A如何运动，为什么？

（2）物体B停在P点时，木块A运动了多大位移？方向如何？

不少学生将这个物理过程分成两个阶段来解决：第一阶段物体B在光滑圆弧面上下滑至D点，利用系统水平方向动量守恒和机械能守恒，求出物体B和木块A的速度;第二阶段物体B在木块A的水平段相对滑动并停在P点，利用动量守恒和能量守恒求解，但很难求出在第一阶段两物体的位移。

若圓弧是粗糙的，更无法求解了。

但仔细分析，发现这整个过程就是一个“人、船”模型。物体B即是“人”，木块A即是“船”，“人”在“船”上向右走了（R+d）的距离。当然“船”会向左后退m（R+d）/（M+m）的距离，人走船走，人停船停，所以最后系统是静止的。

这样就将一个新颖而复杂的问题，转化成了一个熟悉而简单的问题。在新高考形势下，对学生的建模能力、思维迁移能力和综合分析能力的要求越来越高，因此在平时思考和训练中多设计一些情景化的案例，多进行“一题多解”“一题多变”“多题一解”“多题归类”“举一反三”“举三反一”的训练，对一些经典物理模型进行总结、拓展和变通，进行一些“与生活实际相联系的小实验”等，都是提高灵活运用物理知识、提高应变能力解决新颖问题的重要途径。

综上，在高中物理教学中，如果我们做到了三个“转化”，会大大地降低学物理的难度，也会极大地调动学生学习物理的积极性，同时也符合新教材的实施特点，符合新高考的要求。

参考文献：

[1]陈立勇，靳志稳.深入浅出 优化物理教学[J].陶瓷研究与职业教育，2006，4（03）：30-31+48.

[2]胡伟东.试论物理课堂教学的最优化[J].科学大众（科学教育），2011（05）：57.

[3]张代富.例谈突破物理教学难点的方法[J].中国现代教育研究杂志，2005（08）：15.

（栏目编辑    罗琬华）