随着教学的创新化,在高中的物理教学中,物理思维方法的培养成为教学的主导。所谓物理思维,就是具有意识的人脑对客观物理事物的本质属性、内部规律性及物理事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映。[1]中学物理的思维方法有:分析与综合的方法、比较与分类的方法、抽象与概括的方法、科学推理的方法、臻美的方法、等效代替的方法。其中等效代替是指为了认识复杂的物理事物的本质规律,从事物的等同效果出发,将其转化为等效的、简单的、易于研究的 物理事物,这种方法称为等效代替的方法。[1]
等效代替的特点是“以熟代生”、“以简代繁”,把新的问题转化为已经解决的问题,在知识间良好地迁移,通过等效代替可以更清晰地认识和把握问题的实质,方便地找到分析问题和解决问题的途径。本文不但对等效代替法的形式进行简单介绍,而且将对其在教学中的应用进行具体论述。
等效代替法可以化繁为简、化难为易,将此方法传授与学生,可使他们在物理问题的解决过程中由此及彼,触类旁通,促进学生的意义学习。
物理概念不仅是物理基础的重要组成部分,而且也是构建物理规律,建成物理公式和完善物理理论的基础和前提。
例如,在力学概念教学中的质点:用来代替物体的有质量的点叫质点,它是一种理想化得物理模型。物体能简化为质点的条件是:在具体的问题中,物体的大小和形状对实际问题的影响可以忽略不计时才能将物体简化为质点。
例如,在电学中,以点电荷为例:当带电体建的距离比它们自身大小大得多, 这样带电体就可以看作带电的点叫点电荷。可见,点电荷类似于力学中的质点,也是一种理想化的物理模型。
此外,物理学建立的概念:刚体、理想流体、理想气体、绝对黑体、线电流等等都是在一定条件下,一定精度范围内对实际客体的一种模型等效代替。
例如,《运动快慢的描述———速度》中,“一般说来,物体在某一时间间隔内,运动快慢不一定是时时一样的,所以由式求得的速度, 表示的只是物体在时间间隔内的平均快慢程度,称为平均速度。”由此看出,此概念利用过程等效法,将变速运动过程等效成匀速运动过程。
此外,还有平均加速度以及碰撞问题中将物体之间的相互作用力等效成为恒定不变的过程,从而引入“平均力”的概念等等。
例如,在选修3-2的第五章《交变电流》中指出交流电流与电压的有效值这两个概念。因为交流电的电流强度时刻都在变化,这给应用上带来了许多不便,我们可以告诉学生如果应用等效思想就可以简单化。如果交流电在效果上与某直流电的效果相同,那么就可以用该直流电的参数来代替这个交流电的参数,更重要的是可以把已知的稳恒电流所遵循的各种规律、公式推理到交流电中来。
此外,作用等效的应用还有非静电力;把电容、电感对电流的作用效果等效为电阻,引入“容抗”、“感抗”的概念;还有“分子电流”、“感生电场”的概念等等。
为了对某种难以直接测量的对象进行测量, 可以制成与研究对象具有一定相似关系的模型, 通过测量模型来了解原型的某些属性。例如,在电学选修3-2的第六章《交流电压》中,发电机的实物学生都比较难见到,可以根据其工作原理和工作过程,把它抽象成发电机模型,从而使学生更好地理解其工作原理。此外,电动机、内燃机也是同样的原理。
例如,力学自由落体运动:自由落体运动这种运动过程只在没有空气的空间才能发生。然而,在实际问题的处理中,大多数研究的都是在空气中,这时,我们将其等效成自由落体运动,用自由落体的规律来处理问题。条件是空气阻力的作用比较小,可以忽略不计。此外,斜抛运动又可将其等效为水平方向的匀速直线运动与竖直方向的竖直上抛(下抛)。
但是由于中学生的思维还不是很成熟, 对于物理问题没有形成系统的逻辑思维能力,因此要求老师在物理教学中,要有目的、有意识地向学生渗透介绍物理等效的方法,针对学生的思维障碍加强指导。
综上所述, 等效思维方法是通过对问题中某些因素进行变换或直接利用相似性移用某一规律进行分析而得到相等效果的一种科学思维方法,其优越性和广泛性可见一斑。若能掌握等效法德应用技巧,在教学中无疑对培养学生严密的逻辑思维,提高解题能力,开启学生的创造性思维有主要作用。
摘要：本文研究了物理等效代替思维法的四种基本形式:模型等效、过程等效、作用等效及本质等效,在此基础上论述了等效代替法在物理概念教学、规律教学上的应用,并结合了一些具体事例进行了分析,对中学物理教学有一定的指导意义。
关键词：等效代替法,物理教学
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