程建清
摘要：等效替代法是初中物理教學(xué)中最常用的科學(xué)方法之一。在實(shí)際教學(xué)過程中，正確探索和掌握“等效替代法”處理物理問題的步驟，并將其運(yùn)用到物理課堂教學(xué)中。 ，讓學(xué)生感受到探究的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。
關(guān)鍵詞：等價(jià)替代法；體現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)；探索規(guī)則；移民申請
等價(jià)替代法是指在保證某些效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實(shí)際的、復(fù)雜的、抽象的、難以理解的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等價(jià)的、簡單的、易于研究的方法。物理問題和物理過程的科學(xué)方法。等價(jià)替代法是從等價(jià)效應(yīng)的角度研究物理現(xiàn)象和物理過程的方法。等效效果在不同情況下具有不同的物理內(nèi)容。
等效替代法是初中物理課堂上常用的一種科學(xué)方法。它可以有效解決初中物理教材中概念教學(xué)和常規(guī)教學(xué)的相關(guān)問題貝語網(wǎng)校，促進(jìn)物理課堂由“結(jié)論”教學(xué)向“過程”教學(xué)轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)化有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
1 初中物理教材中“等效替代法”內(nèi)容探索
根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》，結(jié)合上海科學(xué)技術(shù)出版社現(xiàn)行初中物理教材內(nèi)容，對教材中與等值替代法相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，如下：表中列出。 1 英寸。
2、使用等價(jià)替代法處理物理問題的一般過程
物理定律通常是隱藏的和抽象的。教科書中隱含的物理定律可以用明確的科學(xué)方法表達(dá)出來，讓學(xué)生看得清楚、理解。這是等價(jià)替換法最重要的功能之一。 ，這也是初中物理教師必須具備的教學(xué)技能。
例1：探究電路中電阻的串并聯(lián)
分析：如圖1、圖2所示，串聯(lián)兩個(gè)電阻R1、R2，其中R1=10Ω，R2=20Ω。此時(shí)測得R1、R2兩端電壓為U，流過電路的電流為I。；用一個(gè)R=30Ω的電阻代替電阻R1、R2，控制兩端電壓為U，發(fā)現(xiàn)通過電路的電流也為I。也就是說：電阻R在電路中產(chǎn)生的作用與電路中電阻R1和R2共同作用產(chǎn)生的效果相同。如果用一個(gè)電阻R代替兩個(gè)串聯(lián)電阻R1??、R2接入電路，則電路的狀態(tài)保持不變，即R兩端的電壓和流過的電流與原來相同那些。 R稱為兩個(gè)串聯(lián)電阻R1??。 ，R2 的總電阻。
電阻R與R1、R2之間的關(guān)系推導(dǎo)如下：
由歐姆定律我們知道
U=IR，U1=I1R1，U2=I2R2
由U=U1+U2，
可用： IR=I1R1+I2R2 因?yàn)?I=I1=I2
所以R=R1+R2
以例1為例，我們可以總結(jié)出等價(jià)替換法處理物理問題的一般流程：
(1)找到原有事物的核心特征
任何可以用等價(jià)替代法處理的物理現(xiàn)象都有其核心特征。核心特征是指事物最本質(zhì)、最主要的特征，是分析物理現(xiàn)象的關(guān)鍵。核心特征幫助我們剖析物理現(xiàn)象。例1的核心特點(diǎn)是保持電路中的U和I不變。
(2)尋找不改變核心功能的替代方案
用另一種使物理問題變得更簡單的東西代替原來的東西，是等價(jià)替換法的關(guān)鍵。例1中，電阻R與電阻R1、R2分別在電路中產(chǎn)生相同的效果，其核心特性相同，即U、I的值相同，因此可以說：電阻R可代替原電路中的R1、R2。
(3)尋找替代物與被替代物之間的規(guī)律
兩個(gè)可以相互替代的事物之間的規(guī)律是一種紐帶，它具有普遍性，能夠?qū)蓚€(gè)不同的事物緊密地聯(lián)系在一起，最終形成物理學(xué)中的規(guī)律和結(jié)論。例如，在實(shí)施例1中，R＝R1+R2。
(4) 規(guī)則的遷移和應(yīng)用
例1中采用等效替代法解決電阻串聯(lián)問題。同樣初中物理學(xué)研究方法，科學(xué)的方法也可以轉(zhuǎn)移到電阻的并聯(lián)上。最終可以得到并聯(lián)電路中電阻之間的關(guān)系：=+。
3 等效替代法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用
（一）體驗(yàn)物理定律教學(xué)中的等價(jià)替代法
物理定律是指不同物理現(xiàn)象之間的物理變化過程中，在一定條件下必然發(fā)生的規(guī)律。物理定律反映了不同事物之間的本質(zhì)聯(lián)系。物理定律教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要組成部分。等效替代法可以用最簡單直觀的方式向?qū)W生呈現(xiàn)物理定律，提高教學(xué)效率，達(dá)到事半功倍的效果。
示例 2：重量為 8N 的物體的體積為 。將其放入水中。嘗試確定物體靜止時(shí)的最終狀態(tài)？
分析：確定物體的最終狀態(tài)主要是通過分析物體所受的力。顯然，當(dāng)一個(gè)物體放入水中時(shí)，不可避免地會(huì)受到兩個(gè)力的作用：重力G和浮力F。如果G>F則物體漂浮，反之則物體下沉。若G=F浮，則物體浮或浮；如果G<F浮起來，物體最終會(huì)浮在水面上。這個(gè)問題的關(guān)鍵是如何解決物體所受的浮力。我們可以假設(shè)物體最終靜止時(shí)完全浸沒在水中。根據(jù)阿基米德原理：浸在液體中的物體所受的浮力等于該物體排開液體的重量。因此，物體排開的水的重量可等效為物體所受到的浮力初中物理學(xué)研究方法，即：F 浮子 = G 位移 = m 位移 g = ρ 水 V 位移 g = 1.0×103kg/m3×103×10- 6m3×9.8N/kg=9.8N，因?yàn)镚<F是浮動(dòng)的，所以我們原來的假設(shè)是錯(cuò)誤的。當(dāng)物體最終靜止時(shí)，它的狀態(tài)是漂浮在水面上。
阿基米德原理在概念上被理解為抽象的。通過本題浮力的計(jì)算，學(xué)生可以理解當(dāng)量替代法的內(nèi)涵，即抽象的、看不見的、無形的重量可以用水重量的直觀位移來代替。浮力的大小使問題簡單明了，有利于學(xué)生理解和吸收。
（二）體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的等效替代法
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含著大量的科學(xué)方法。物理實(shí)驗(yàn)是教師有目的、有計(jì)劃地利用儀器設(shè)備，在人為控制的條件下，反復(fù)再現(xiàn)物理現(xiàn)象，進(jìn)行觀察和研究的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。新課標(biāo)初中物理教材包含了大量的演示實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究、實(shí)踐活動(dòng)、迷你實(shí)驗(yàn)等，將科學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，讓教師更好地“教”，學(xué)生更好地“學(xué)”。重要的是，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以體驗(yàn)科學(xué)方法并進(jìn)行探索。自然科學(xué)的奧秘就在于體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理的樂趣。
等效替代法是探索物理定律最常用、最有效的科學(xué)方法之一。
例3.制作一個(gè)水氣壓計(jì)并用它來觀察氣壓的變化
分析：首先要明確的是，測量的對象是大氣壓力，每平方米大氣壓力的壓力約為10N。如果要做一個(gè)自制的裝置來直接測量大氣壓力的值大氣壓下，這將是非常困難的。為了解決這個(gè)問題，我們可以使用等價(jià)替換法。
我們可以從托里切利的實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)：將一根裝滿水銀的1米長玻璃管倒置插入水銀罐中。穩(wěn)定后，玻璃管內(nèi)的水銀高度僅為76cm，表明玻璃管內(nèi)的水銀受到內(nèi)外壓力。相等，且此時(shí)玻璃管上方存在真空，因此76cm高的水銀產(chǎn)生的壓力與大氣壓相等。托里拆利實(shí)驗(yàn)融入了一個(gè)很好的科學(xué)方法，就是等價(jià)替代法。排除其他因素（水銀上方是真空，沒有氣壓），水銀穩(wěn)定后，水銀產(chǎn)生的壓力就代替了大氣壓。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：普通硬塑料瓶、小水槽、固定支架、小秤
實(shí)驗(yàn)步驟：
①在小水槽中放入適量的水，然后將四分之三的水倒入硬質(zhì)塑料瓶中，用手蓋住瓶口，然后將其倒置放入小水槽中，使瓶口被淹沒。浸入水下，然后移開雙手。
②保持硬塑料瓶位置不變，用固定支架固定硬塑料瓶。
③在硬塑料瓶上貼上小秤。
（三）在創(chuàng)新思維過程中體現(xiàn)等價(jià)替代法
現(xiàn)代物理教學(xué)過程也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的過程。科學(xué)方法滲透到物理教學(xué)中，打破了原有的重“結(jié)論”而忽視“過程”的教學(xué)方法，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造、創(chuàng)新思維能力，給學(xué)生更自由的想象空間，不受教師影響。科學(xué)方法。影響力，其創(chuàng)新的思維方式會(huì)在不知不覺中體現(xiàn)出科學(xué)方法。
例4.利用光的反射探索平面鏡的成像時(shí)，將玻璃板垂直放置在紙上，在玻璃板的一側(cè)放置點(diǎn)燃的蠟燭，并在另一側(cè)觀察蠟燭的圖像透過玻璃板；將光幕置于圖像位置，無需透過玻璃板，直接觀察光幕上是否有圖像；將同一支未點(diǎn)燃的蠟燭放在圖像的位置，觀察圖像與蠟燭的大小關(guān)系；用尺子測量蠟燭和圖像到玻璃板的距離。
分析：這是課本上探討平面鏡成像特性的實(shí)驗(yàn)。同樣未點(diǎn)燃的蠟燭被放置在圖像的位置。科學(xué)的方法是等價(jià)替代法。使用未點(diǎn)燃的實(shí)際蠟燭來代替玻璃板中看到的蠟燭的虛像。以此為基礎(chǔ)，探討平面鏡的成像特性。 。因此，如何準(zhǔn)確找到蠟燭在玻璃板中的圖像是探索平面鏡成像特性的關(guān)鍵，也是本次研究課的成敗。
問題：如何才能更準(zhǔn)確地定位玻璃板中蠟燭的圖像？
我們先討論一下，由于玻璃板的另一面沒有水銀層，所以呈現(xiàn)出來的蠟燭的圖像不是很清晰。當(dāng)確定圖像的位置時(shí)，未點(diǎn)燃的蠟燭通常不容易與玻璃板中的蠟燭的圖像對齊。總重疊。
其次，平面鏡中顯示的圖像非常清晰，但另一面有一層水銀層。通過平面鏡看不到另一邊蠟燭的虛像。當(dāng)然，用未點(diǎn)燃的蠟燭來代替鏡子中的圖像是不可能的。
有同學(xué)問：能否結(jié)合玻璃板和平面鏡的兩個(gè)特點(diǎn)，讓我們既能透過玻璃板看到清晰的蠟燭像，又能準(zhǔn)確找到虛像的位置？
經(jīng)過激烈的討論和思想碰撞，一名學(xué)生想出了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案：每隔2厘米刮掉平面鏡另一側(cè)的部分水銀層，使其看起來像交通路口的斑馬線，如圖如圖3所示。事實(shí)證明，通過這種自制的半平面鏡和半玻璃板裝置，不僅可以清晰地看到蠟燭的虛像，而且還可以非常方便、準(zhǔn)確地找到圖像的位置。
4 應(yīng)用等價(jià)替代法時(shí)應(yīng)注意的兩點(diǎn)
（一）注重當(dāng)量替代法與其他科學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合
物理教學(xué)中的科學(xué)方法除了等價(jià)代入法外，還包括控制變量法、理想模型法、推理法、比例法、類比法、換算法、形象法等。科學(xué)方法有不同的科學(xué)思維能力和科學(xué)觀察角度。科學(xué)方法在物理教學(xué)過程中的應(yīng)用不應(yīng)該是單一的、獨(dú)立的、與其他科學(xué)方法割裂開來的，也不應(yīng)該為了應(yīng)用而應(yīng)用，所有科學(xué)方法應(yīng)該有機(jī)地結(jié)合在一起，共同服務(wù)于物理教學(xué)理念。 。
（二）注意等價(jià)替代法的滲透不能依賴信息技術(shù)
信息技術(shù)教育的發(fā)展在一定程度上豐富了物理課的教學(xué)方法，增加了物理課的信息量，通過信息技術(shù)教育讓抽象的物理知識(shí)和物理現(xiàn)象變得具體、直觀。例如：在講“看不見的運(yùn)動(dòng)”時(shí)，可以通過動(dòng)畫、視頻介紹等方式向?qū)W生展示分子的運(yùn)動(dòng)理論，使學(xué)生更容易理解和接受。信息技術(shù)可以用來展示物理現(xiàn)象的過程，但不能用信息技術(shù)代替思維過程和探究過程。等效替代法在物理教學(xué)過程中的滲透，實(shí)際上是思想和思維的滲透。物理課堂呈現(xiàn)的是一個(gè)探究過程，這是任何信息技術(shù)都無法替代的，否則只會(huì)本末倒置，回到重“結(jié)論”輕“過程”的舊模式。等效替代法以及其他科學(xué)方法都是如此。
綜上所述，等效替代法在物理教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)際上是科學(xué)方法和思維的滲透。這樣，教師就應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法和思維方式，提高自身的學(xué)習(xí)能力。獲得認(rèn)知的樂趣，讓學(xué)生通過運(yùn)用科學(xué)方法不斷提高科學(xué)素質(zhì)，為終身學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考：
[1] 張先奎，秦曉文。物理科學(xué)方法教育理論與實(shí)踐[M]．北京：北京師范大學(xué)出版社，2015：72-75。
[2] 嚴(yán)金鐸，郭玉英．中學(xué)物理教學(xué)概論[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2016：107-138。
中學(xué)科學(xué)園2017年第3期
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