“代換”，物理中的“橋梁”搭建
——談高中物理重要思想意識的培養

◇　山東　李懷強

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“代換”，物理中的“橋梁”搭建
——談高中物理重要思想意識的培養

◇山東李懷強

在眾多科學方法和思想意識當中,“代換意識”是高中物理要培養的重要思想意識之一.縱觀高中物理必修和選修的全部內容,不難發現它幾乎貫穿了高中物理的核心內容,在若干重要物理規律的應用中均能體現出代換的思想．另外,高中物理對數學工具的高度依賴是有目共睹的,高考的考試說明就明確提出對學生5種能力的考查,其中應用數學處理物理問題的能力是考查的5大能力之一．在物理問題的解決過程中,物理量之間關系的構建是首要的,而方程、方程組的確立是物理量之間關系構建的核心．方程往往就意味著等量,等量就潛在著可以實現代換,因此等量代換在物理量關系的處理中普遍存在．經過整合,總結出代換思想主要體現在3方面:量值代換、方向代換、效果代換．

1　量值代換的經典匯總

量值代換的實現基礎是量值等大,重要的物理規律往往揭示的就是物理量之間的量值關系,因此量值代換較為普遍存在于重要的物理規律的應用之中．表1中是高考經常考查的8種量值代換關系.

表1

表1(續)

2　方向代換的經典匯總

圖1

A方向向左,大小不變;

B方向向左,逐漸減小;

C方向向右,大小不變;

D方向向右,逐漸減小

分析F=ma中F與a同方向,F與a的方向可以相互代換.A對B摩擦力使B產生向左的加速度,二者同向,所以可用加速度方向代替摩擦力的方向．選項A正確.

圖2

A0.25m·s-1,向右;B0.25m·s-1,向左;

C1m·s-1,向右;D1m·s-1,向左

3　效果代換的經典匯總

圖3

A做直線運動;

B做曲線運動;

C速率先減小后增大;

D速率先增大后減小

分析將電場力與重力的合力等效為一個力,將電場與重力場等效為一個復合場,小球的運動可看成類斜拋運動．選項B、C正確．

圖4

A電池的輸出功率;

B變阻器消耗的功率;

C固定電阻R0上消耗的功率;

D電池內電阻上消耗的功率

分析將R0看成電源內阻的一部分,等效成內阻為2r的新電源只給變阻器供電.選項B正確．

4　“代換意識”的滲透與培養

由以上分析可見,“代換”在高中物理中橫向滲透范圍之寬，縱向延續時間之長，高考考查頻率之高，其意義的重大可見一斑,因此說“代換意識”是學習高中物理必備的重要思想意識之一．所以在平時的課堂教學中,應該從頭開始,慢慢滲透,加強這方面的引導．具體表現為以下幾方面:

1) 物理規律的內涵是需要學生去感悟的,在此基礎上再演變成一種自覺意識和能力,生成一種自覺行為．所以應讓學生在感悟物理規律內涵的過程中去領會潛在的“代換”存在．重要的物理規律往往揭示的就是等量關系,代換思想往往是物理規律內涵的一個重要組成部分．因此將“代換意識”滲透于平時重要的物理規律的學習過程中,是幫助學生提升物理學科素養的一種非常有效的應對策略．

2) 讓學生在解題實踐中去嘗試應用“代換”,總結“代換”的經典,感悟“代換”的真諦．在物理學習的過程中,經常會遇到這樣的情景：學生的思考陷入困境,解題處于停滯.這時就需要尋求一種應對策略,其中“橋梁關系的缺失”是造成這種窘境的一種常見原因,在這種情景下橋梁搭建就顯得尤為重要．“代換”的基礎在于搭橋,目的是完成過渡,通過代換完成了過渡,破解了迷局,打通了思路,由“山重水復疑無路”轉變成“柳暗花明又一村”．

3) 引導學生養成總結的習慣,強化提煉的意識,并讓它變成一種常態．前面匯總的量值代換、方向代換、效果代換,在高考中均有經典的實例對應,需要老師引導,讓學生去總結和提煉．

總之,通過“代換意識”的滲透與培養,激發學生在這方面的潛能,從而達到多種能力的相互促成,多種思想意識的交互誘導的目的,最終有效助推學生物理學科素養的全面提升．

山東濟南市長清中學)