轉(zhuǎn)換法與等效替代法在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

李甲林

[摘? ?要]轉(zhuǎn)換法與等效替代法是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很重要的兩種科學(xué)方法，轉(zhuǎn)換和等效替代的思維方法往往可以將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力有重要的作用。

[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)換法;等效替代法;初中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）20-0052-02

一、轉(zhuǎn)換法和等效替代法的區(qū)別和聯(lián)系

1.轉(zhuǎn)換法

轉(zhuǎn)換法是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要方法，有些物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯。例如，在蘇科版初中物理第一章《聲現(xiàn)象》的教學(xué)中，探究聲音產(chǎn)生的條件時(shí)，可以將正在發(fā)聲的音叉接觸懸掛的乒乓球，通過(guò)乒乓球被彈起的現(xiàn)象表明發(fā)聲的音叉在振動(dòng)，這就應(yīng)用了轉(zhuǎn)換的思維方法。

有些物理量無(wú)法直接觀察，這時(shí)就需要把無(wú)法直接觀測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換成容易觀測(cè)的物理量，幫助我們完成實(shí)驗(yàn)。例如，在蘇科版初中物理第十二章《動(dòng)能? 勢(shì)能? 機(jī)械能》的教學(xué)中，探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，小車具有的動(dòng)能大小無(wú)法直接觀察出來(lái)，這時(shí)可以讓運(yùn)動(dòng)的小車來(lái)推動(dòng)靜止的木塊，通過(guò)木塊被小車推動(dòng)的距離來(lái)反映小車動(dòng)能的大小，這就是轉(zhuǎn)換法的具體應(yīng)用。

2.等效替代法

在物理實(shí)驗(yàn)中有些物理特征、物理過(guò)程和物理量想要直接觀察和測(cè)量很困難，這時(shí)就需要把要觀測(cè)的量替換成其他間接的，容易觀察和測(cè)量的量進(jìn)行研究，這種研究問(wèn)題的方法叫作等效替代法。

等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過(guò)程等在物理作用效果或物理意義相同時(shí)，它們之間可以相互替代，當(dāng)面對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，可以提出一個(gè)簡(jiǎn)單的方案或設(shè)想，加以替代，使它們的效果完全相同，從而將問(wèn)題化難為易。

曹沖稱象的故事就應(yīng)用了等效替代的思維方法，古時(shí)無(wú)法直接測(cè)量出大象的質(zhì)量，曹沖就把大象趕到小船上，在船和水面的交界處做好標(biāo)記，再把大象趕下船，在船上裝上石頭使水面仍然達(dá)到標(biāo)記處，則這時(shí)石頭的總質(zhì)量就等于大象的質(zhì)量。將不可測(cè)量的、大的物體等效轉(zhuǎn)換為多個(gè)可測(cè)量的小物體，這一難題就得到了解決。

3.兩者之間的聯(lián)系

曹沖利用石頭等效替代了大象，其本質(zhì)也是轉(zhuǎn)換思想，因?yàn)楣艜r(shí)大象的質(zhì)量無(wú)法直接測(cè)量，但可以轉(zhuǎn)換成測(cè)量石頭的質(zhì)量。等效替代的思想實(shí)質(zhì)就是轉(zhuǎn)換法的具體應(yīng)用，這兩種科學(xué)方法在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，把這兩種科學(xué)方法結(jié)合起來(lái)可以更好地解決問(wèn)題。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例：一堂測(cè)量人體血液密度的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課

1.課前準(zhǔn)備

現(xiàn)在學(xué)生自己解決問(wèn)題的能力普遍較差，學(xué)生在大量課業(yè)負(fù)擔(dān)的重壓下，大多都忙于完成解題，以提升應(yīng)試能力。普遍情況是教師講過(guò)的包括一些難度較大的題型，只要通過(guò)一定量的訓(xùn)練大多數(shù)學(xué)生都能掌握得較好，但是只要是教師沒(méi)講過(guò)的題型，即使試題難度不大，學(xué)生也大多不會(huì)解。究其原因主要是，學(xué)生并沒(méi)有真正掌握分析解決問(wèn)題的方法，而只是照搬教師的思路，缺少創(chuàng)新，所以在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力就顯得尤為重要。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重轉(zhuǎn)換法和等效替代法的應(yīng)用，能有效提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本堂課是初三學(xué)生中考前總復(fù)習(xí)時(shí)教師為了培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)換和替代思維能力而準(zhǔn)備的一堂實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課，課前教師準(zhǔn)備了密度計(jì)、大燒杯、溢水杯、雞蛋、水、鹽、天平、量筒等器材。

2.課堂實(shí)錄

在復(fù)習(xí)了密度和浮力有關(guān)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)知識(shí)后，教師可讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)測(cè)量人體血液密度的實(shí)驗(yàn)方案。

學(xué)生討論后提出了兩種方案：一是測(cè)量出血液的質(zhì)量m和體積V，根據(jù)[ρ=mV]求出血液密度;二是把血液裝在容器中用密度計(jì)直接測(cè)量出密度。

師：理論上這兩種實(shí)驗(yàn)方案都是可行的，但是有沒(méi)有不足之處呢？

學(xué)生討論后意識(shí)到以上兩種方案都需要較多的血液，在實(shí)際測(cè)量中并不合理。

（此時(shí)學(xué)生不知如何著手了，這時(shí)正是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的絕佳時(shí)機(jī)。）

師：既然不能直接測(cè)量出血液的密度，那我們能不能把測(cè)量血液的密度轉(zhuǎn)換成測(cè)量其他物質(zhì)的密度呢？比如，我們可以用一個(gè)雞蛋來(lái)替代血液，先研究如何測(cè)量雞蛋的密度。

學(xué)生甲：可以先用天平測(cè)量出雞蛋的質(zhì)量m，再用量筒和水測(cè)量出雞蛋的體積V，根據(jù)密度公式計(jì)算出雞蛋的密度。

（教師拿出準(zhǔn)備好的雞蛋、量筒及適量的水，演示將雞蛋放入盛水的量筒時(shí)的情景。）

師：甲同學(xué)的方案理論上是可行的，但是我們發(fā)現(xiàn)由于雞蛋體積較大無(wú)法放入量筒中，那么如何測(cè)量雞蛋的體積呢？

學(xué)生乙：可以將雞蛋浸沒(méi)在裝滿水的溢水杯中，用量筒接住溢出的水，測(cè)量溢出水的體積就等于雞蛋的體積。

師：乙同學(xué)把雞蛋的體積轉(zhuǎn)換成了排出水的體積，用排開水的體積等效替代了雞蛋的體積，這就是轉(zhuǎn)換法和等效替代法的具體應(yīng)用。

（讓學(xué)生分小組實(shí)驗(yàn)，利用天平、溢水杯、水、量筒測(cè)出雞蛋密度。）

師：用溢水杯測(cè)量雞蛋體積時(shí)有什么發(fā)現(xiàn)？還有什么方法可以測(cè)量雞蛋的密度呢？

學(xué)生丙：當(dāng)把雞蛋放入溢水杯里的水中時(shí)，發(fā)現(xiàn)雞蛋似乎可以懸浮在水中，可以在溢水杯里的水中加鹽，并不斷攪拌使雞蛋剛好懸浮在鹽水中，用密度計(jì)測(cè)量出鹽水的密度，此時(shí)鹽水的密度就等于雞蛋的密度。

（讓學(xué)生分小組實(shí)驗(yàn)，在溢水杯中加鹽使雞蛋懸浮，測(cè)出雞蛋的密度。）

師：丙同學(xué)的方案非常好，他把測(cè)量雞蛋的密度轉(zhuǎn)換成了測(cè)量鹽水的密度，這就是轉(zhuǎn)換法的具體應(yīng)用。那么測(cè)量血液密度該如何轉(zhuǎn)換和替代呢？

學(xué)生丁：可以把一滴血滴在一種和血液不互溶的溶液中，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的密度使血液剛好懸浮在溶液中，這樣血液的密度就等于這種溶液的密度，再測(cè)量出該溶液的密度即可。

師：丁同學(xué)提出的測(cè)量血液密度的方案在實(shí)際醫(yī)療中就有類似的應(yīng)用，在醫(yī)療上是將血液直接滴入配置好的密度已知的硫酸銅溶液中，當(dāng)血液在硫酸銅溶液中懸浮時(shí)，ρ血=ρ溶液。這種轉(zhuǎn)換和等效替代的思維方法幫助我們解決了測(cè)人體血液密度的難題。

3.課后總結(jié)

本堂課通過(guò)創(chuàng)設(shè)測(cè)量人體血液密度的問(wèn)題情境，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與討論和設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生既理解了密度的概念，又靈活掌握了浮力和二力平衡的相關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)了轉(zhuǎn)換法和等效替代法的具體應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)得以融會(huì)貫通，鍛煉了學(xué)生的思維。通過(guò)講述學(xué)生熟悉的曹沖稱象的故事，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，使教學(xué)取得了事半功倍的效果。

三、結(jié)束語(yǔ)

除了轉(zhuǎn)換法和等效替代法以外，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還有很多的科學(xué)方法，不管是應(yīng)用什么科學(xué)方法，其實(shí)都是為了提升學(xué)生的思維能力。要在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，就不能只滿足于初中物理教材上現(xiàn)有的內(nèi)容，而要對(duì)某些內(nèi)容做出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)、創(chuàng)新，使之更加有利于學(xué)生思維能力的發(fā)展。

（責(zé)任編輯 易志毅）