在高中物理教學中加強等效思維訓練的策略研究

【摘 要】在教學改革不斷推進的新時期，高中物理教學迎來了前所未有的發展機遇和良好前景。新課程標準強調，高中物理教師應在教學中認真遴選不同的方法與手段，以訓練學生的等效思維，幫助學生深入理解高中物理知識，提升學生的建模能力、分析能力。教師應當針對典型的知識組織學生展開訓練，挖掘教材中的復雜變換問題，引導學生抓住問題的本質，找到學習規律。本文分析了高中物理教學中等效思維訓練的現狀，提出對應的解決策略，旨在為相關學術研討提供參考。

【關鍵詞】高中物理;等效思維;現狀;教學策略

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）22-0177-02

作為科學研究中常用的思維方式，等效思維能夠幫助學生分析事物的本質以及非本質特性，尋找適當的替代物，避免非本質特性的干擾，研究替代物的特性、規律，再將其遷移到原事物中，利用替代物遵循的規律、方法解答問題，得出最終結論。高中物理教師應該認真分析等效思維訓練過程中的各種問題，并從模型建立、概念深層理解、過程摸索等方面入手，從學生的角度出發，訓練學生的等效思維，提升學生物理學習的效率。

1? ?高中物理教學中等效思維訓練的現狀

1.1? 建模能力的培養被忽視

建模能力是高中生需要掌握的一項重要能力，掌握這一能力可以加深高中生對物理概念的理解。物理是研究物質運動規律的學科，針對復雜的現象中涉及的眾多因素，要舍棄其中次要的因素，抓住主要的因素，突出客觀事物的本質特征，以構建模型。物理課程標準強調，教師要引導學生用物理知識解決實際問題，引導學生掌握適應未來社會發展所需的建模能力。因此，引進建模思想是一種加深學生對概念、定理的理解的有效方法，可以提升等效思維訓練的效率。但在實際教學中，部分教師卻忽視了對學生建模能力的培養，當涉及理想建模問題且難以找到完全符合條件的模型時，教師往往選擇更為復雜的解決辦法，不僅提高了學生理解問題的難度，而且也為教師授課增加了難度，這樣不利于培養學生的建模能力，更不利于訓練學生的等效思維[1]。

1.2? 概念認識停留在淺層

概念認識是指從感性認識上升到理性認識，把感知到的事物的本質特點抽象出來并加以概括，形成概念式的思維慣性。物理概念認識是人腦對客觀現象本質的反映，是思維活動的結果和產物。高中生認識物理概念時有兩個理解階段，第一個階段是淺層理解，第二個階段是深層理解。部分教師在授課過程中，仍然秉持傳統的教學思想和理念，運用“填鴨式”的方法講解知識，導致部分學生無法深刻地認識物理概念，這些學生的概念認識仍然停留在淺層，等效思維難以形成。

1.3? 難以理解抽象的物理運動

物理運動包括宏觀運動和微觀運動，部分顯而易見的宏觀運動也被稱為機械運動，人們可以直觀地感受到其運動軌跡，如自由落體、勻速運動等。微觀運動是肉眼難以觀察到的，需要借助工具來觀察，如電流運動、熱運動等。在教師專業的分析和指引下，學生能夠辨認出直觀的運動，理解不同知識點之間的聯系，進而利用等效思維來解決問題[2]。而抽象的物理運動難以直觀觀察，以致于會影響學生解決實際問題，導致學生難以正確理解抽象的運動，這不僅影響學生的等效思維訓練，而且嚴重影響學生的學習節奏與質量。

1.4? 分析復雜的物理過程時受到阻礙

復雜的物理過程一般都由簡單的過程組成，如勻變速直線運動、平拋運動、機械運動等。分析過程在物理學習中占據著重要的地位，需要學生掌握不同過程的特點和基本規律，并注意階段性、規律性、聯系性等特點，適當將整個過程劃分為不同的階段，把握不同階段運動的特點，找出其中的聯系和已知量之間的關系。高中生在運用等效思維分析簡單過程時，不會感到費力，但在分析復雜的過程時，卻很難有效辨識其中的隱含條件、臨界狀態、常識等。由于復雜問題中很少會直觀地給出所求量與條件之間的隱含關系，因此學生在運用等效思維進行分析的過程中，往往不能很好地理解條件和相關數據，難以較快地解決問題，而部分教師的急于求成，也在一定程度上影響了學生等效思維的訓練。

2? ?高中物理教學中等效思維訓練的具體策略

2.1? 建立理想模型

在人教版高中物理“圓周運動”這一部分知識的講解中，教師可借助等效思維幫助學生建立理想模型，簡化問題，有效解決復雜問題。

例1：豎直平面內有一場強E=104N/C的水平均強電場，質量m=0.04 kg，帶電量為q=3×105C的小球用長度l=0.4 m的繩子懸掛，置于電場中的O點，當帶電量的小球靜止時，在平衡位置使用多大的線速度釋放，能夠使小球在電場中做豎直平面內的圓周運動？

分析：因為帶電量為q=3×105C的小球在運動過程中受到的重力與電場力始終不變，所以可以利用等效思維將其合力看作等效重力G'= ，等效重力方向與豎直方向形成夾角α，tan α= ，小球圓周運動過程中的等效最高點則是經過點O與豎直方向成α角的點B。因此，，G'l（1+cos α）=mv2?mv02，求解后可得初速度v0= m/s，即在平衡位置使用

m/s的線速度釋放小球，能夠使小球在電場中做豎直平面內的圓周運動[3]。

2.2? 深化學生概念認知

在人教版高中物理“電磁感應”這一章節的講解中，教師可利用等效思維訓練學生解答該類問題，從而加深學生對概念的認知，提升學生的解題效率與正確率。

例2：已知一個勻強磁場的方向垂直于地面，在該磁場中有一個由兩條曲線狀金屬導線及兩個電阻所組成的固定導軌，兩電阻尺寸的大小可以忽略不計，兩根導線能夠用絕緣的材料隔開且電阻也可忽略不計。導軌的平面與磁場垂直，導軌切于磁場的邊界點A，現有一根電阻忽略不計的長為L的鐵棒MN重疊于磁場的邊界，在鐵棒MN上施加一起點為A垂直于磁場且與磁場邊界垂直的拉力F，其導軌平面內，如果以勻速5 m/s將鐵棒MN向右拉，且鐵棒MN與導軌接觸良好，以A為原點，沿著拉力F的方向建立坐標軸x，已知兩導線形狀能夠用方程表示為 y=±24x，勻強磁場的磁感強度B=2T，兩電阻的阻值為R1=3 Ω、R2=6 Ω。求①感應電動勢e與鐵棒MN位移的關系式;②拉力F所做的功。

分析：①鐵棒MN與導軌相接觸的長是πL=2|y|

=4x，因此，關系式為πe=Blv=40x。②由于x=vt，所以5πe=40t，電路電壓有效值為40π，鐵棒切割磁感線時間2πt=1.6，電路總電阻為R1R2×6R=212 Ω，因此，F的功為E2W=Q熱=t=1280。

2.3? 體會物理運動

在人教版高中物理“平拋運動”這一部分知識的講解中，教師可運用等效思維引導學生體會復雜物理運動。

例3：假設一個彈力球從高度為30 m的墻上以10 m/s的初速度向外平拋，在距離墻面還有4 m的距離時，有一個物體A，請求出這個彈力球在拋出后與物體A碰撞多少次后才可以落回地面？

分析：由于該題中的抽象微觀運動難以觀察，可運用等效思維進行分析，已知彈力球的初速度為10 m/s，

且做平拋運動，但當與物體A碰撞后，便發生運動變化，改做斜拋運動，在豎直方向一直做自由落體運動，此時

根據自由落體公式，可知彈力球的總運動時長t=

s。此時從宏觀來看，彈力球的運動軌跡為一條拋物線，水平方向一直在做勻速直線運動，那么根據彈力球的運動軌跡、運動時間能求出彈力球水平位移時間t=10 s，經過計算后，則能知道彈力球與物體A碰撞七次后才可以順利落回地面[4]。

2.4? 探索物理過程

應用等效思維探索物理過程是提升學生認知能力的重要手段。在教學中會有很多題目涉及復雜的過程，部分學生無法運用已有知識進行良好的知識遷移，不能從已有的知識體系中獲取詳細的問題解決辦法。如在能量轉化、動量轉化問題中，其中的動態特點為過程探索增加了難度，教師則要引導學生利用等效思維分析開始至終點的全過程，簡化復雜問題，進而順利解決問題。教師可再列舉不同的事例，使學生準確把握重力勢能、動能的變化情況，并學會變化量的求解，也能夠考慮到動能與勢能的關系，這樣，學生對該過程的探索認識則能上升到新的高度。利用等效思維形式理清思路，可以有效探索復雜的物理過程[5]。

綜上所述，高中物理等效思維訓練存在建模能力的培養被忽視、概念認識停留在淺層、難以理解抽象的物理運動、分析復雜的物理過程時受阻礙等問題。教師應當運用建立理想模型、加深概念認知、體會物理運動、探索物理過程等一系列方法進行等效思維訓練，并將等效思維訓練貫穿于整個教學過程。在不同的知識講解過程中滲透等效思維，使其在不同的環節、過程中發揮積極作用，以達到事半功倍的教學效果，不斷提升學生解決實際問題的能力，進而提升學生的思維能力。

【參考文獻】

[1]于菲菲.等效思維在高中物理解題中的應用[J].中學物理教學參考，2019（16）.

[2]劉裕祥.等效思維方法在高中物理教學中的應用[J].西部素質教育，2019（16）.

[3]郭梁，馮杰.淺談高中物理新課程標準中的物理觀念[J].中學物理教學參考，2019（20）.

[4]趙嬌嬌.淺議高中物理教學存在的誤區及應對策略[J].科教導刊（中旬刊），2020（8）.

[5]尚海琴.試論高中物理課程改革以及出題趨勢[J].才智，2020

（18）.

【作者簡介】

王巖巖（1982～），女，漢族，山東泰安人，本科，中學一級教師。研究方向：物理教學。