構基于物理學科核心素養的教學法探究

【摘" " 要】教學不僅是傳授知識，更重要的是教會學生學習的方法。等效法作為重要的一種學習方法，可有效地提高學生的物理學科核心素養。筆者在高中物理教學中，結合具體實例探究了等效法的應用，使教學的維度有寬廣而深刻的拓展。

【關鍵詞】等效法" 高中物理" 物理學科核心素養

中圖分類號：G4" " " 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.10.059

在新課程改革環境下，教師在物理教學中要注重學生物理學科核心素養（即物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任）的培養。作為物理學中的一種重要的科學思維方法，等效法不僅能幫助學生在不同的知識內容中進行歸納與關聯，而且可以鍛煉其分析與解決問題的能力，這也是培養和提升學生物理學科核心素養的關鍵途徑。筆者在力學、靜電學和電路等知識模塊教學實踐中，積極探索基于學科核心素養的物理教學，引導學生樹立等效法的科學觀念，培養其應用等效法解決物理問題的科學思維，并在等效法的應用遷移過程中培養學生科學探究的精神和良好的科學態度與責任。

一、高中物理學中等效法的內涵

等效法是科學研究的常用思維方法，它從事物的等同效果出發，對物理現象或物理過程建立等效模型，抓住關鍵因素，排除次要因素來討論問題，使問題研究簡單化[1]。

若不同的物理現象、模型或過程在物理意義、作用效果或物理規律方面相同，則它們之間可相互替代，這就是等效法。利用等效法可將陌生復雜的物理問題轉化為熟悉簡單的問題，既可鍛煉學生的科學探究精神，又可培養其解決物理問題的科學思維。

二、高中物理學中等效法的應用

（一）物理過程等效

在某些物理問題中，其過程發展復雜多變，但我們可將其分解為多個簡單過程，或把多個過程合成為一個過程，且分解或合成后不影響物理結果，這種方法就是物理過程等效法。應用物理過程等效法既可加深學生對物理過程的理解，提高解題速度，又從根本上幫助學生提高對知識和技能的遷移應用能力。

例如處理曲線運動的問題時，常采用矢量分解的方法將質點受到的力、速度與位移等物理量沿兩個正交軸進行分解來研究其動力學規律。利用物理過程等效，將復雜的曲線運動等效為兩個簡單的直線運動，使復雜運動簡單化，可簡便地求解問題。例如平拋運動的處理就是利用此種方法。

而在研究一些復合場問題時，我們常采用矢量合成的方法將相關物理量進行合成。例如在研究帶電粒子在電場和重力場中運動時，將粒子所受重力與電場力合成作為等效重力來研究粒子的運動規律。

例1：如圖1甲所示，在水平向右的勻強電場中，有一豎直平面內放置的光滑絕緣軌道，一帶負電的小球從高為h的A處由靜止下滑，沿軌道ABC運動并進入圓環內做圓周運動。已知小球所受電場力是其重力的，圓環半徑為R，斜面傾角為，。若使小球能做完整的圓周運動，h至少為多少？

解：小球所受的重力和電場力的合力F可等效為 “重力”，如圖1乙所示?？芍狥=1.25mg，方向與豎直方向成37°。

由圖可知，小球做完整圓周運動的臨界點是D點（物理最高點），設小球恰好能通過D點，即到達D點時圓環對小球的彈力恰好為零。

由圓周運動知識得：

小球由A運動到D點，由動能定理得：

顯然，在上題中若能靈活掌握物理過程等效法，既可提高解題效率，又拓展學生的科學思維與空間想象能力，提升了學生的物理學科核心素養。

（二）情景等效法

在高中知識背景下，有些物理問題不能直接用所學的定理、定律或公式求解。若對物理情景進行補充等效，且補充等效的情景與原情景相符，便可相互替代，這種方法就是情景等效法。采用情景等效法不僅有助于問題的解決，更有助于學生在變通與遷移中提高解決問題的能力，優化學生的科學思維品質。

解：高中生受限于數學知識，在求解質量（電荷）均勻連續分布的有空腔系統的萬有引力（庫侖力）有關的問題時，可采用情景等效法，使問題簡化。

故挖出空穴后的鉛球與小球間的萬有引力為

顯然，在上題中采用情景等效法進行求解，可使問題簡化。類似地，在電學中，利用情景等效法將有缺口的帶電圓環或圓板補全為圓環或圓板，或將半球面補全為球面，均可使問題化難為易、事半功倍。

（三）模型等效法

在研究物體的某一物理屬性時，為減少變量，在保證物理效果相同的條件下，常將陌生復雜難處理的物理情景轉化為熟悉簡單易處理的物理模型，這種方法就是模型等效法。采用模型等效法不僅可以提高學生解決綜合問題的能力，更可以提高其構建物理模型的能力，能較好地培養其邏輯思維能力。

例3：如圖3所示，E=8V，，R1=8Ω，R2為變阻器（0-20Ω），當變阻器R2的取值為多大時，R2獲得的電功率最大？此時R2的功率是多大？

解：若已知電源的輸出功率隨外阻的大小變化關系模型如圖4乙所示：

顯然，在上題中，求解滑動變阻器消耗的功率時，因其變量較多，若直接用物理公式求解較困難。但使用模型等效法進行求解，可使問題變簡單，進一步提高學生的邏輯思維能力。

三、結束語

筆者從高中物理常見的問題中簡單地探討了等效法的具體應用，但等效法的應用是十分廣泛的，在諸如等效電路相關計算、交變電流的有效值、通電導線在磁場中受到的安培力等問題中都利用了等效法的思想，使復雜問題簡單化。而且等效法也給我們的工作和生活，特別是科學研究帶來了很大的方便，必須充分理解和掌握這一基本方法[2]。

參考文獻

[1]楚安夫.力學中的等效概念與方法. 山東：聊城師院學報（自然科學版）.1997

[2]李鴻征，鄭文杰. 等效概念在教學中的應用. 河南： 焦作大學學報. 2001