初中物理轉換思想的應用

李晶

【摘要】轉換法是初中階段學生必須要掌握的基本科學研究方法之一，教學中不僅是重點也是難點，本文依據滬科版初中物理教材和教學實例，探討歸納轉換思想在初中物理實驗探究活動中的應用。為教師在教學中滲透轉換思想提供參考。

【關鍵詞】轉換法 初中物理 實驗探究

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）12-0111-01

相當一部分物理量的大小不容易直接用人體感官判斷，又或初中階段沒有學過測量這些物理量的專用工具，因此需要用相關物理規律將這些量轉換成更直觀的現象或能夠直接測量的量，這種研究問題的方法就是轉換法。在初中階段是必須要掌握的科學研究方法之一，轉換思想也利于學生將來處理問題，但滬科版課本中多次應用卻沒有直接介紹該方法，相關教學資料也較少結合實際教學情況去總結歸納。

《物理課程標準（2011年版）》課程目標要求“在分析問題和解決問題時嘗試運用科學知識和科學研究方法”、“經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力，有運用研究方法的意識”。因此，在物理教學中不僅要幫助學生結合必修實驗認識這種方法，將轉換思想滲透入學生思維，使他們在解決問題過程中能夠靈活使用，也是十分重要的。

一、教學中運用轉換法的具體情況

轉換法在初中階段使用方法，主要有在探究活動中將不以觀測的現象轉換為直觀的或可測量的；在測量活動中將不易直接測量的物理量通過公式轉換為可以測量的其他量；在測量工具中應用。轉換法中被轉換的對象很多，可以是物理現象也可以是物理量大小。實際采用轉換法時，往往有以下應用思路：

1.微小現象“放大”

例如探究聲音的產生原因，發聲體的振動非常微小，直接用眼觀看看不清振動，也無法比較振動快慢或幅度，利用聲波可以傳遞能量的特性，將振動轉換成乒乓球球跳動、水花、碎紙片跳動等等，這樣發聲體的微小振動就被“放大”成較大物體的振動。

探究“力的作用效果使物體發生形變”實驗中，微小形變不易觀察，如壓力使桌面凹陷，用平面鏡反射光將形變“放大”；擠壓玻璃瓶，玻璃瓶在壓力作用下發生形變，可以將玻璃瓶密封裝染了紅色的水，在密封膠塞上穿孔插一根玻璃管，將瓶子的形變轉換成液面在玻璃管中升高高度。

2.無法觀測的現象“替代”

需要在探究活動中觀察的現象有些是看不見、摸不著的，需要通過另一物體“替代”需要觀察的物體。

“力”是一個較抽象的概念。從力的定義角度“物體對物體的作用”，也很難讓學生有較直觀的想象。雖然人可以感受到力，但如果施力物體與受力物體皆與人無關，又不易研究力的各種特點了。故在觀察力有關的現象時，往往是通過受力物體的形變情況或運動狀態的改變來實現對力的現象的觀察。

在“平面鏡成像”實驗中，物體A像的大小、到鏡面的距離，都不可能直接測量，教學中用透明玻璃板代替平面鏡，以便可以用另一等大物體B代替物體A的像，這樣將看得見但摸不著的物體A的像轉換成實物體B。

研究磁體磁場分布時，用鐵粉或小鐵針“替代”，將看不見的磁場轉換成鐵屑的分布。而磁場的方向也可以轉換為場內小磁針的指向。

電流大小也無法觀察，為了讓學生能夠直觀見到電流的變化，教學初期采用將電流轉換為小燈泡的亮度。

壓強、動能、重力勢能、熱量等物理量在學習之初沒有專有測量工具，而在實驗探究中又需要大致比較其值的大小。將壓強轉換成海綿凹陷程度、動能轉換為推動物體的移動距離、重力勢能轉換為小桌下陷深度、“研究物質吸熱能力”實驗中，熱量轉換為加熱時間長短。

3.間接測量物理量

測量活動中轉換法的應用相當廣泛。初中階段所學測量工具不多，大部分物理量無法直接測量。

對于這些不易測得的物理量，通過物理公式轉換成可以測量的物理量，也是轉換思想的應用之一。例如伏安法測電阻，將無法直接測量的電阻通過歐姆定律的變形式R=U/I轉換成測量電壓和電流。測量滑動摩擦力實驗中，測力計只能測拉力，所以必須讓物體勻速直線運動，利用二力平衡條件，將滑動摩擦力的大小轉換成拉力大小。

二、教學中滲透轉換思想具體策略及意義

在教學中滲透轉換思想，不僅是將運用到轉換法的實例直接向學生說明，如上述列舉的應用轉換法的情形，還要加以歸納、啟發和推動學生在學習中通過所掌握的物理規律運用轉換法，培養學生學科核心素養。

轉換法的運用對學生能力要求已經較高，在初三教學中有比較多涉及。在教學中注重讓學生主動提出自己的方案，并加以討論比較，可以極大提高學生設計實驗的能力。

例如“探究電阻大小影響因素”實驗中，電阻大小無法直接測量，但在之前學習中，學生已經知道電阻對電流有阻礙作用，課堂教學中教師向學生提出問題：如何判斷電阻大小？大部分學生都會回答用電流表測電流或比較小燈泡亮度，將兩種方法都進行演示，比較各自優點，學生不僅學習運用簡單的轉換法，還能判斷不同方法的優缺點，培養分析綜合能力以及合作交流能力。

對不同學情，滲透轉換思想時要求也不同。例如《科學探究：電流的熱效應》一節中，需要比較電流產生的熱量，然而熱量無法直接測量，課本上利用已學過的熱量與物質升高溫度的關系，將導體浸在煤油中，電流通過導體放出熱量，轉換成煤油升高溫度。可以直接介紹并采用該方法進行演示實驗；也可以只是提示轉換法，經過多次訓練的學生就有提出用電熱點燃火柴比較點火時間、加熱水或空氣比較氣壓變化等等讓人驚喜的想法。

滲透轉換思想不應只局限于課本實驗。物理學史上大氣壓存在的馬德堡半球實驗就是轉換法的一次精彩應用，看不見、不為人所知的大氣壓，將兩個銅半球緊緊擠壓在一起，用十六匹馬將其拉開，將空氣的力量轉換為十六匹馬的拉力，不僅直觀且震撼人心，在科學史上留下了燦爛的一幕。托里拆利實驗將大氣壓大小轉換為水銀柱的高度，奧斯特實驗中利用小磁針偏轉“看見”電流的磁效應。在教學中適時介紹，吸引學生興趣同時，轉換的思想也慢慢滲透入物理課堂了。

各種各樣測量工具的原理，其實也是轉換思想的應用。例如天平其實是利用杠桿平衡條件將物體質量轉換為砝碼質量，彈簧測力計利用彈簧伸長量與拉力成正比轉換力的大小，溫度計利用液體熱脹冷縮將溫度轉換為液體體積，電流表利用磁場對通電導體有力的作用將電流大小轉換為指針偏轉角度；液體壓強計將液體壓強轉換為U形管兩側液柱高度差，驗電器將電荷轉換為金屬箔片張開的角度。在教學中涉及這些測量工具時帶著轉換思想，向學生滲透這樣一個觀念，測量工具并沒那么神秘莫測，學習了相關物理規律后，自己也可以制造不同的測量工具，將學生帶入廣闊的應用空間，培養動手實踐能力，提高學習興趣效果明顯。

在教學中適時滲透轉換思想，培養學生良好的思維習慣，遇到問題不拘泥于表象，能想到利用相關物理規律，換一個角度思考、解決問題。學生拓寬視野，不斷提高科學素養，也是實現課程改革的目標。