導(dǎo)語：中學(xué)物理等效替代法分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:中學(xué)物理在解決實(shí)際問題中，最常見的方式是直接模型建構(gòu)后求解．在遇到比較復(fù)雜的實(shí)際問題中，這種處理往往比較繁瑣，需要用的數(shù)學(xué)知識也往往超出中學(xué)生當(dāng)下的掌握水平．換用等效替代法進(jìn)行處理，往往使得問題得到簡化，即有利于學(xué)生解決問題，也有利于在深度學(xué)習(xí)的指導(dǎo)下，強(qiáng)化學(xué)生對該知識點(diǎn)的理解與應(yīng)用．

關(guān)鍵詞:中學(xué)物理;等效替代法;深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是對新課改中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的積極響應(yīng)，在教育領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)是一種基于理解與遷移的學(xué)習(xí)方式．深度學(xué)習(xí)是基于理解的學(xué)習(xí)，適用于分析、解釋、評價信息等學(xué)習(xí)層面．深度學(xué)習(xí)展現(xiàn)的是高階思維，能夠?qū)⒅R轉(zhuǎn)接到實(shí)際實(shí)踐中．深度學(xué)習(xí)涉及批判性思維、信息的整合，具有自主導(dǎo)向的特征，是學(xué)習(xí)者主動的、積極的行為．深度學(xué)習(xí)需體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，也需要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性．等效替代法是中學(xué)物理核心的學(xué)習(xí)方法，是解決物理問題的常用方式．物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生常常因?yàn)闊o法正確使用等效代替，進(jìn)而導(dǎo)致問題陷入困境，走入漫長的彎路，進(jìn)行復(fù)雜的步驟后能解決，費(fèi)時費(fèi)力;甚至需要用到后面學(xué)習(xí)內(nèi)容，在邏輯上陷入絕境，走入暫時無法處理的困境，以后能解決，但是暫時沒有掌握對應(yīng)的物理方法;也可能在數(shù)學(xué)相關(guān)內(nèi)容上陷入絕境，所需采用的數(shù)學(xué)工具是現(xiàn)階段還沒有學(xué)習(xí)的．目前等效替代法在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中，被研究得極其透徹，能充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)性．筆者試圖從深度學(xué)習(xí)理論的角度，做進(jìn)一步挖掘等效替代法，將成果用于以等效替代法為核心的中學(xué)物理專題復(fù)習(xí)課．

1等效替代法之簡化模型

“簡化模型”指的是將原本復(fù)雜、抽象的問題等效替代為簡單、形象的模型，從而使得物理問題得以簡化，起到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的作用，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的遷移性發(fā)展，促進(jìn)思維創(chuàng)造性的培養(yǎng)和發(fā)展．在簡化模型中，最為重要的就是從事物的表象出發(fā)，層層剖析，抓住問題本質(zhì)．比如“物體A與物體B通過彈簧發(fā)生相互作用，從開始接觸彈簧到彈簧被壓縮到最短的過程”簡化為“物體A與物體B發(fā)生彈性碰撞”，該簡化過程，抓住運(yùn)動過程的動量不變，忽略了運(yùn)動的中間過程，只取初末狀態(tài)，再結(jié)合物體A與物體B末速度相等這關(guān)鍵信息，生成簡化模型．“不計空氣阻力的情況下，將物體斜拋到最高點(diǎn)”簡化為“從最高點(diǎn)處，物體平拋運(yùn)動的逆過程”，該簡化過程，抓住末速度方向?yàn)樗椒较颍阅顟B(tài)為始狀態(tài)的話，可以直接使用平拋的結(jié)論，簡化問題，進(jìn)而生成簡化模型．“內(nèi)阻已知的電壓表與定值電阻串聯(lián)”簡化為“等效內(nèi)阻的電壓表”，該簡化過程，抓住電壓表本質(zhì)是電阻與表頭的串聯(lián)，再串聯(lián)一電阻后，可以直接看成兩個電阻和表頭依次串聯(lián)，即可以把兩個電阻串聯(lián)后的總電阻當(dāng)成電壓表內(nèi)阻，生成簡化模型．事實(shí)上，在物理知識新授課的時候，我們常常將現(xiàn)要學(xué)習(xí)的模型進(jìn)行簡化，去在之前學(xué)習(xí)的模型中尋找原模型來輔助學(xué)生學(xué)習(xí)及理解．比如在高二講解電場力的性質(zhì)的新授課中，我們常常將電場對電荷的作用等效替代為一個普通的外力作用在電荷上，與高一受力分析的模型做對應(yīng)，喚醒學(xué)生對前置知識，先回顧下對應(yīng)受力分析的模型，來簡化電場中的受力分析模型，來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的難度降低．在系統(tǒng)的復(fù)習(xí)課中，我們也常常將基礎(chǔ)模型進(jìn)行等效替代成各種形式，來豐富課程的內(nèi)容，進(jìn)而擴(kuò)寬學(xué)生的思維．比如，從水平面上物體受到的摩擦力出發(fā)，變形為光滑水平面上電場對點(diǎn)電荷的作用力．下面以模型簡化在運(yùn)動中的應(yīng)用為例進(jìn)行說明等效替代法之簡化模型的應(yīng)用．例1甲船以速度v勻速向東在海上行駛，此時在甲船正南方相距為L處的乙船正以同樣的速度v向北行駛，在后面的運(yùn)動中，甲乙兩船相對的最小距離為．圖1圖2常規(guī)解答:如圖1，以甲船的初始位置為原點(diǎn)，正東為x軸正方向，正南為y軸正方向建立坐標(biāo)軸．則經(jīng)過t時間后，甲船的位置為(vt，0)，乙船的位置為(0，L－vt)，則兩船的距離為:s=(vt)2+(L－vt)2=2(vt－L2)2+L22;當(dāng)vt=L2時，s取到最小值2L2．簡化模型解答:如圖2，選取甲船為參考系，則乙船相對甲船的速度大小為v1=v2+v2=2v，方向tanθ=vv=1，θ=45°．由幾何關(guān)系可知，甲船到乙船運(yùn)動軌跡的距離，垂直的時候最小，所以smin=Lcosθ=2L2．該簡化模型中，主要結(jié)合抓住了運(yùn)動的相對性．選取甲船為參考系，乙在該參考系的最小的位移大小，就是乙相對甲的最小距離．在海平面上乙相對甲的最小距離為二維問題，處理起來相對繁瑣，而轉(zhuǎn)化為乙在新的參考系下最小的位移大小的一維問題后，該題的難度是急劇下降的．我們有時候?qū)⒍S的問題降維成一維的問題處理，實(shí)現(xiàn)模型的簡化，常見于運(yùn)動參考系的選擇、直角坐標(biāo)系的建立、極坐標(biāo)的建立等．我們有時候還通過割補(bǔ)法，將不規(guī)則物體的模型降維成規(guī)則物體的模型處理，實(shí)現(xiàn)模型的簡化，常見于等效電場的求解、補(bǔ)償法求萬有引力等．我們有時候甚至將二維的復(fù)雜問題簡化成三維的有結(jié)論的模型處理，實(shí)現(xiàn)模型的簡化，常見于高中物理競賽．

2等效替換法之相互作用等效替代

不同的相互作用往往意味著不同的復(fù)雜程度，意味著學(xué)生對相互作用不同熟悉程度，意味著學(xué)生對相互作用不同程度的理解．我們常將復(fù)雜的相互作用轉(zhuǎn)化為簡單的相互作用進(jìn)行處理，將未知的相互作用轉(zhuǎn)化為已知的相互作用進(jìn)行處理，將不熟悉的相互作用轉(zhuǎn)化成熟悉的相互作用進(jìn)行處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)簡化問題．以電場力的定性分析為例:電荷與電荷相互作用為庫侖力，這是電場中較容易理解的相互作用．電荷之間是通過電場相互作用的，可以將一個電荷換成電場，這樣電荷間的作用就變形成電荷與電場之間的相互作用，該相互作用是電場的重點(diǎn)，也是學(xué)生相對熟悉的．同理，兩個電荷都可以換成電場，這樣電荷間的作用就變形成電場與電場之間的相互作用，該相互作用就是高中學(xué)生極度不熟悉的了．所以，在解決實(shí)際問題中，我們往往將電場和電場的相互作用，變形成電荷和電場的相互作用，甚至更進(jìn)一步變形成電荷與電荷的相互作用;或者將電荷與電場的相互作用變形成電荷與電荷的相互作用來實(shí)現(xiàn)問題的快速解決．例2如圖3所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵的N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通以如圖方向的電流后，線圈將()．A．不動B．轉(zhuǎn)動C．向右擺動D．向左擺動方法一:直接利用磁場與電流相互作用進(jìn)行解答方法二:磁體與電流的相互作用轉(zhuǎn)化為磁體與磁體的相互作用解答方法三:磁體與電流的相互作用轉(zhuǎn)化為電流與電流的相互作用解答。

3等效替代法之推導(dǎo)結(jié)論

在中學(xué)物理教學(xué)，等效替代法的簡化模型和相互作用等效替代得到了充分的應(yīng)用，不少中學(xué)生關(guān)于等效替代的認(rèn)知界限就到這里．這樣的思維深度，在中學(xué)階段物理的常規(guī)學(xué)習(xí)中往往不會遇到思維障礙．同時在進(jìn)一步的物理學(xué)習(xí)中如中學(xué)物理競賽或者大學(xué)普通物理，就顯得有些局限了．在合適的時間節(jié)點(diǎn)上，應(yīng)該進(jìn)一步深化等效替代法，用于推導(dǎo)結(jié)論．可以滲透的時間節(jié)點(diǎn)包含以下幾個:第一，在初二下力的合成中，用等效替代法推導(dǎo)直線上二力合成公式．第二，在初三上電阻的串并聯(lián)中，用等效替代法推導(dǎo)等效電阻公式．第三，在初三上特殊方法測量電功率中，用等效替代法處理無法直接測量的電壓或者電流．第四，在高一上受力分析中，不同坐標(biāo)系下得到的表達(dá)式可以通過三角函數(shù)變換化簡成一致的．第五，在高中物理競賽，用等效替代法推導(dǎo)△和Y型電阻的互換．從等效替代法推導(dǎo)結(jié)論這個角度出發(fā)，能指導(dǎo)學(xué)生清晰地認(rèn)識等效替代法和轉(zhuǎn)化法的區(qū)別．等效替代法有原模型和等效替代模型兩個模型，兩者都能解決問題，甚至能推導(dǎo)出更為簡便的公式．為了能等效替換，原模型和等效替換模型必須是同性質(zhì)的．而轉(zhuǎn)化法不需要同性質(zhì)的模型轉(zhuǎn)化．轉(zhuǎn)化法是把抽象的、復(fù)雜的、無法或者難以定量的模型轉(zhuǎn)化成形象的、具體的、可以定量分析的模型處理．從定義上看，轉(zhuǎn)化法是包含等效替代法的．深度學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，培養(yǎng)等效替代的科學(xué)思維，對于等效替代法的學(xué)習(xí)要求，應(yīng)該是用原模型能夠解決問題，用等效替代后的模型能快速解決問題．這樣更加能加強(qiáng)學(xué)生對問題本質(zhì)的理解，實(shí)現(xiàn)從多個角度看待同一個問題，從多個方法解決同一個問題，實(shí)現(xiàn)知識的深度學(xué)習(xí)．等效替代法是中學(xué)物理的常見研究方法，本論文在深度學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，從等效替代法簡化模型、等效替代法相互作用等效替代，等效替代法推導(dǎo)結(jié)論三個方向展開研究，將等效替代法應(yīng)用于中學(xué)物理復(fù)習(xí)課的教學(xué)中，以等效替代法為工具，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)的理論，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)多角度看待物理問題，深入挖掘問題本質(zhì)，進(jìn)而找到簡化問題的方法，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)．

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作者：李文棒 單位：福建省同安第一中學(xué)