例談以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”的物理思維方法培養(yǎng)

朱敏

近年來(lái)在初中物理眾多的題型中，動(dòng)態(tài)變化題因體現(xiàn)開(kāi)放性，既能考查學(xué)生的知識(shí)水平、理解能力，又能很好地體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的綜合素質(zhì)，具有較好的區(qū)分度和選拔功能，所以成為各地中考的熱點(diǎn)同時(shí)也是難點(diǎn).它主要以中檔題與綜合題形式出現(xiàn)，有時(shí)也會(huì)以客觀題出現(xiàn)，整體得分率較低.究其原因，并非是因?yàn)橛?jì)算的繁難導(dǎo)致的，最終原因還得歸咎于初中生缺乏解答相應(yīng)題型的物理思維方法.

初中物理的學(xué)習(xí)其實(shí)是為高中甚至是大學(xué)學(xué)習(xí)以及日常生活打好基礎(chǔ)的，要想讓學(xué)生在初中有較理想的學(xué)習(xí)效果，就應(yīng)當(dāng)逐步培養(yǎng)他們用物理思維方法解決和處理物理問(wèn)題的能力.這當(dāng)然不能急于求成，需要在兩年的初中物理學(xué)習(xí)里逐步滲透，到了中考復(fù)習(xí)后期的提速訓(xùn)練時(shí)，學(xué)生就會(huì)將學(xué)到的方法融匯貫通，在取得優(yōu)異成績(jī)的同時(shí)也為更高級(jí)的物理思維打下良好的基礎(chǔ).解答正確率較低的變化題就需要教師從平時(shí)點(diǎn)滴的教學(xué)中，不斷培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和收斂思維方法，并能將它們有機(jī)結(jié)合來(lái)突破這個(gè)難點(diǎn).

1以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”的思維，處理不同的“變化”

蘇科版中考物理近年來(lái)的難易程度沒(méi)有大的改變，大多控制在7∶2∶1的難度范圍之內(nèi)，其中得分率較低的原因大多是因?yàn)轭}中變化的因素困擾或誘導(dǎo)了學(xué)生，讓他們混淆概念誤入歧途.筆者主要從變化的客觀題、計(jì)算題和實(shí)驗(yàn)題三種題型角度為例，談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”的物理思維方法.

1.1依據(jù)客觀的“變化”，努力尋找“不變”量

事實(shí)上，某一物理量發(fā)生變化時(shí)，其他物理量也隨之變化，其變化遵循一定的物理規(guī)律.這種根據(jù)某一物理量變化情況判斷其他量變化情況的問(wèn)題就是動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題.解題基本思路：首先確定對(duì)象的性質(zhì)再分析相關(guān)量哪些是不變的，哪些是變化的，根據(jù)有關(guān)物理規(guī)律判斷其它的物理量如何變化.可謂“牽一發(fā)，而動(dòng)全身”，即使這類題目中的變化量再多，尋找到不變的那個(gè)量就是最好的突破口.此類題型源于杠桿平衡條件的應(yīng)用和電學(xué)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)之中.

例1如圖1所示，作用在杠桿一端且始終與杠桿垂直的力F，將杠桿緩慢地由位置A拉至位置B，阻力G的力臂和動(dòng)力F的變化情況分別是

A.變大變小B.變大變大

C.變小變大D.變小變小

對(duì)于初學(xué)簡(jiǎn)單機(jī)械的學(xué)生來(lái)說(shuō)，杠桿的動(dòng)態(tài)變化較為復(fù)雜，他們往往有些不知所措，不知從何下手.那就要求我們教師在學(xué)習(xí)之初就培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)有的物理思維方法應(yīng)對(duì)這類考題.該題考查學(xué)生對(duì)杠桿平衡條件的應(yīng)用，由公式F1L1=F2L2可知，四個(gè)物理量中，容易判斷的是懸掛的重物即阻力大小F2不變，再由作圖的方式判斷出動(dòng)力臂L1大小不變，阻力臂L2由實(shí)線位置上升至虛線位置逐漸變大，因此動(dòng)力F1變大，答案為B.

同樣的思維方法培養(yǎng)還常用在電學(xué)變化題中，比如，滑動(dòng)變阻器的變化題和多個(gè)開(kāi)關(guān)存在的變化題.題中的變化因素越多，越是要抓住電源電壓、定值電阻這兩個(gè)不變量不放手，才能從容地面對(duì)不落入題目陷阱.

1.2計(jì)算的“變化”，充分利用“不變”量

初中物理的計(jì)算題難度并不大，但是受學(xué)生思維能力的限制，所以也一直被學(xué)生痛恨著，尤其是易發(fā)生變化的力學(xué)和電學(xué)計(jì)算，更是他們的硬傷.怎樣幫助他們攻克這一難點(diǎn)不是教師一朝一夕能解決的，往往需要通過(guò)教師一段耐心和有針對(duì)性的思維培養(yǎng)才能實(shí)現(xiàn).

例2某同學(xué)用如圖2所示的滑輪組勻速提升500 N的重物，所用的拉力F為150 N，繩子自由端被拉下2 m，在此過(guò)程中，求：（1）拉力F所做的功；（2）滑輪組的機(jī)械效率；（3）若提升重為1000 N的物體，求拉力大小和此滑輪組的機(jī)械效率.（不計(jì)摩擦和繩重）

該習(xí)題的第一、二兩問(wèn)較為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)問(wèn)題不大，筆者主要分析第三問(wèn)的思維培養(yǎng).第三問(wèn)中提升的重物發(fā)生了變化，不再是原來(lái)的500 N，所以新的拉力以及有用功、總功、機(jī)械效率都隨之發(fā)生了變化.也就是說(shuō)，這是一道潛伏較深的計(jì)算變化題，沒(méi)有意識(shí)到的學(xué)生肯定會(huì)被打得措手不及.從已有的實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ)著手分析，同一滑輪組增大提升的物重，該機(jī)械的機(jī)械效率也會(huì)變大.那么，誰(shuí)才是這道變化題中的“不變”量呢？原題中不計(jì)繩重和摩擦，意味著動(dòng)滑輪的重是該題唯一的不變量，只有求出G動(dòng)才能充分利用它來(lái)求出新的拉力和機(jī)械效率.

同樣的思維方法培養(yǎng)還可以用在密度相關(guān)計(jì)算中，如一個(gè)質(zhì)量為m0的空瓶子裝滿水后質(zhì)量為m1，裝滿另一種未知液體質(zhì)量為m2，求未知液體的密度.該題唯一的不變量就是瓶子的容積也就是水的體積，利用這點(diǎn)思路就清晰了.

1.3實(shí)驗(yàn)的“變化”，圍繞“不變”的原理尋突破

蘇科版物理新課標(biāo)制定這些年，我們一直在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)，讓生活、物理、社會(huì)真正融合起來(lái).筆者從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即便是將書(shū)本中的原始實(shí)驗(yàn)講解的再透徹，還是會(huì)有不少學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)題望而卻步.原因是他們不會(huì)方法的遷移，不能將陌生的問(wèn)題用熟悉的方法來(lái)解決.究其原因，還是我們教師在平時(shí)的教學(xué)中忽視了思維方法的培養(yǎng).面對(duì)變化的實(shí)驗(yàn)題，我們又該如何培養(yǎng)能力？

例3如圖3中A、B是從一塊厚度均勻的金屬片上剪下來(lái)的兩塊小金屬片，其中A是長(zhǎng)方形，B的形狀不規(guī)則.小晶同學(xué)利用刻度尺、天平和砝碼測(cè)算出了金屬片B的面積.（1）請(qǐng)寫(xiě)出小晶同學(xué)的主要實(shí)驗(yàn)步驟？（2）推導(dǎo)出金屬片B的面積表達(dá)式？

面對(duì)這樣一道教材未出現(xiàn)過(guò)的“變化”實(shí)驗(yàn)題，先分析其變量與不變量，依舊從不變量“密度”著手，一一突破.因?yàn)椴蛔兞棵芏仍谟沙踔须A段的唯一實(shí)驗(yàn)原理就是ρ=m/V，由此可知ρA=ρB.再將等式展開(kāi)并化簡(jiǎn)，最終得到sB=mBsA/mA，需要測(cè)量的物理量和測(cè)量工具也立顯在眼前.

2融合收斂與發(fā)散思維，升華以“不變”應(yīng)“萬(wàn)變”

在眾多的思維方式中，初中階段是培養(yǎng)發(fā)散思維和收斂思維的好時(shí)機(jī).所謂發(fā)散思維，必須對(duì)問(wèn)題的共性有一個(gè)全方位、多層次的把握，聯(lián)系越多，發(fā)散也就越廣，可以做到一題多解，一題多串、舉一反三，觸類旁通.而收斂思維必須對(duì)問(wèn)題的個(gè)性有徹底的認(rèn)識(shí)，分辨得越多，收斂得也就越準(zhǔn)確，可以做到多題一解、一題多變.在大多數(shù)情況下，既要用到發(fā)散思維又要用到收斂思維.

例如，電學(xué)的伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中，將常規(guī)的兩個(gè)電表變?yōu)橹挥幸恢荒苁褂?，學(xué)生又會(huì)眉頭緊鎖了.其實(shí)，不論怎么變化題目，該題的原理都是R=U/I，兩個(gè)電表都可用就是伏安法，只能用其中一個(gè)電表時(shí)可以理解為“伏伏法”或“安安法”.具體分析如下：若只有電壓表我們只能采用“伏伏法”，Rx的電壓Ux可以直接測(cè)出，沒(méi)有電流表電流Ix測(cè)不出，只能借助幫手定值電阻R0算出電流來(lái).因此，R0和Rx串聯(lián)，則Ix=I0=U0/R0，Rx=UxR0/U0.這道實(shí)驗(yàn)題可以充分培養(yǎng)學(xué)生的收斂思維能力，做到一題多變，延伸出多個(gè)實(shí)驗(yàn)題來(lái).

例4雪在外力擠壓下可形成冰，表明雪的密度冰的密度（填“大于”、“等于”或“小于”）.利用冰的密度，使用如下方法來(lái)估測(cè)積雪的密度：利用平整地面上的積雪，腳向下用力踩在雪上，形成一個(gè)下凹的腳印，然后測(cè)量腳印的深度和厚度，可以估測(cè)出積雪的密度.

該題可以利用發(fā)散思維將上述例3中的方法舉一反三遷移過(guò)來(lái)使用.分析雪變成冰后，體積和密度都發(fā)生了改變，但是質(zhì)量不變，因此m冰=m雪，ρ冰V冰=ρ雪V雪，底面積S也不變， ρ雪=ρ冰H冰/H雪，所以我們只需要測(cè)量積雪的厚度和后來(lái)冰層的厚度（腳印的厚度）.

綜上所述，得分率較低的變化題型并不是那么堅(jiān)不可摧的，也不是一蹴而就的，需要經(jīng)過(guò)教師長(zhǎng)期的耐心培養(yǎng)，才能收獲學(xué)生良好的物理思維方法.學(xué)生只要有了良好的思維習(xí)慣，就會(huì)越戰(zhàn)越勇、迎難而上并樂(lè)在其中.良性循環(huán)之下學(xué)習(xí)物理的興趣和熱情根本停不下來(lái).