剖析方法本質(zhì) 促進深度學(xué)習(xí)

孫慶成

摘? 要： 通過對物理思維方法的剖析，使學(xué)生經(jīng)歷猜想、模仿、質(zhì)疑、推理、評價、遷移等思維活動過程，真正理解物理思維方法，從而實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。實踐表明這是一種較為有效的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：思維;深度學(xué)習(xí);等效替代法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1003-6148（2019）10-0005-3

義務(wù)教育物理課程指出，應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識和科學(xué)探究方法，提高分析問題和解決問題的能力。因此，在課堂教學(xué)中要注重物理思維能力的培養(yǎng)，促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。在日常教學(xué)過程中，常常由于對物理思維方法剖析不到位，導(dǎo)致學(xué)生理解不深刻，知其然而不知其所以然，出現(xiàn)“似懂非懂”“一變就錯”的情況。現(xiàn)以一道初三電學(xué)“等效替代法”測電阻的典型題為例，談一談如何運用物理思維方法，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

例 如圖1，已知電源電壓恒定。當單刀雙擲開關(guān)S接a時，電流表的示數(shù)為0.3 A;當S接b時，調(diào)節(jié)電阻箱R2的旋盤，直到電流表示數(shù)又為0.3 A為止，讀取電阻箱的電阻值為60 Ω。由此可知，R1的阻值為_____Ω。

對初中生而言，電路中電流與電阻、電壓三者的關(guān)系比較抽象，難以理解。對復(fù)雜一些的電路則更難。

這道題筆者希望采用“等效替代法”，先通過對“曹沖稱象”問題解決的物理過程進行分析，幫助學(xué)生掌握分析這類電路問題的方法。在例題教學(xué)之前，首先請一位同學(xué)介紹故事大意：曹沖建議先把大象牽到船上，在船舷外水面處做好標記，再把船上的大象換成石頭，當水面到達標記處時，停止加石頭。此時稱出石頭的重（質(zhì)量）就等于大象的重（質(zhì)量）。

問：為什么石頭的質(zhì)量就等于大象的質(zhì)量？

學(xué)生：因為兩次是等效的（水面位置相同）。

問：為什么兩次效果相同，質(zhì)量就一定相同呢？

學(xué)生：……

問：如果兩次船不一樣，行不行？

學(xué)生：不行

問：為什么不行？

學(xué)生：……

通過一連串層層遞進的提問，讓學(xué)生站到了“等效替代法”核心思想面前。學(xué)生原本對“等效替代法”的認識只是停留在表面現(xiàn)象上，并沒有真正理解這種物理思維方法的本質(zhì)。接下來，師生共同推導(dǎo)：

因為漂浮時浮力等于重力，所以第一次是（G+G）=ρVg，第二次是（G+G）=ρVg。兩次的V相同，兩次的浮力、總重力相同，所以石頭和大象的重力相等。從兩次的表達式可以看出，船體必須相同。

通過推導(dǎo)過程可以看出，“等效替代法”不僅僅是表面上要求效果相同，同時也需要控制一些相關(guān)條件。通過剖析“曹沖稱象”故事背后的物理本質(zhì)，學(xué)生才能深刻理解“等效替代法”。

接下來，回到例題上，讓學(xué)生思考：本題中哪個元件可以看作是“船”？哪個元件可以看作是“大象”？哪個元件可以看作是“石頭”？前后兩次什么樣的“效果”要相等？

學(xué)生經(jīng)過一番思考和討論，可以得出：“R0”相當于“船”，“R1”相當于“大象”，“R2”相當于“石頭”，前后兩次的電流要相等。

此時，進一步追問：這種“等效替代法”測電阻的物理本質(zhì)是什么？

學(xué)生在經(jīng)歷“曹沖稱象”本質(zhì)的推導(dǎo)過程后，已經(jīng)有了初步的推理經(jīng)驗和能力，可以得到：第一次是I=，第二次是I=，由于U、I、R0都相等，所以R=R。也可以寫成：

U=I（R+R）和U=I（R+R2），得到R=R。

如果例題教學(xué)到此結(jié)束，看似已經(jīng)解決了問題，其實學(xué)生還是在模仿“曹沖稱象”運用“等效替代法”，對這種物理方法的本質(zhì)并不一定真正理解和掌握。因此，筆者又設(shè)計了幾個問題：

1.如果只有電壓表沒有電流表，怎樣才能利用其余器材完成測量任務(wù)？請畫出電路圖。

引導(dǎo)學(xué)生分析：例題中的電流表是表示R和R串聯(lián)后的一種效果，同樣電壓表可以表示另一種效果，所以只要把電壓表并聯(lián)在R的兩端即可（與R1并聯(lián)也行）。

其本質(zhì)可以推導(dǎo)如下：

第一次U0=×R，第二次U0=×R，得到R2=R1。

2.電阻R0的作用是什么？沒有它行不行？如果將它換成滑動變阻器行不行？

引導(dǎo)學(xué)生分析：例題中的R0是一個保護電阻，起到限流作用。如果電源電壓在安全范圍內(nèi)，可以省去，但是只能用電流表就不能改成電壓表了;如果換成滑動變阻器是可以的，但是前后兩次必須保持阻值相同。

3.如果將電阻R0換成滑動變阻器Rp之后，進行第2步操作時，不小心將滑片移動少許，則測量結(jié)果與R1相比是否發(fā)生改變？

引導(dǎo)學(xué)生分析：第一次U=0.3 A×（Rp+R1），第二次U=0.3 A×（Rpˊ+R2），當Rp發(fā)生變化時，R2≠R1。若Rpˊ大于Rp ，則R2R1。此問進一步引導(dǎo)學(xué)生思考在運用“等效替代法”時，必須控制其他相關(guān)的條件，不能簡單看效果是否相等。

在上述一系列層層遞進的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)歷了猜想、模仿、質(zhì)疑、推理、評價等思維活動過程，一步步逼近“等效替代法”的思維本質(zhì)。最后，要判斷學(xué)生是否真正實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)，需要設(shè)計相關(guān)問題加以檢驗。

問題1：小清設(shè)計的測量某待測電阻Rx 阻值的電路如圖2所示。

①他的測量步驟如下：

第1 步：將Rx 接在電路中A、B 兩點間，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P 至適當位置，此時電壓表的示數(shù)為2 V;斷開開關(guān)S，移走Rx。

第2 步：再將電阻箱R 接在A、B 兩點間，閉合開關(guān)S，保持滑動變阻器滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)仍為2 V，此時電阻箱接入電路中的阻值R=48 Ω;則測得Rx 的阻值為? ? ? ? ? ? Ω。

②若在第2 步中，無意中將滑動變阻器的滑片P移動了少許，最終測得Rx 的阻值為52 Ω，則說明滑片P 向? ? ? ? ? （左/右）移，使滑動變阻器接入電路的阻值改變了? ? ? ? ? Ω。

問題1的設(shè)計意圖：（1）對例題進行變式復(fù)習(xí)，可以檢驗學(xué)生對“等效替代法”及串聯(lián)分壓公式的掌握情況。（2）通過對測量結(jié)果的分析，倒推實驗中出現(xiàn)的失誤，更具有真實性，更有現(xiàn)實意義，使學(xué)生對“等效替代法”中需控制的條件有更深刻的認識。

問題2：在“測物體質(zhì)量”的實驗中，小明在調(diào)節(jié)天平時發(fā)現(xiàn)僅調(diào)節(jié)平衡螺母無法使天平平衡，受“曹沖稱象”思路的啟發(fā)，他（下轉(zhuǎn)第8頁）（上接第6頁）找來了一些細沙，利用“等效替代”的方法，用這架天平仍然測出了金屬塊的質(zhì)量。請將他主要實驗步驟中的空白填齊。

（1）將銅塊放入右盤，在左盤放入細沙，并調(diào)節(jié)細沙量，直到? ? ? ? ? 為止;

（2）取出盤中的? ? ? ? ?（金屬塊/細沙），在該盤中加減砝碼，移動游碼使天平平衡;

（3）當盤中所加砝碼和游碼位置如圖3所示時天平平衡，則該金屬塊的質(zhì)量為? ? ? ? ? g。

本例題的教學(xué)不僅僅是為了解決“等效替代法”測電阻的問題，而是為了讓學(xué)生更深刻地理解“等效替代法”這種物理思維方法。因此，教學(xué)是從分析“曹沖稱象”的浮力本質(zhì)開始，引申到“測電阻”，再遷移到“測物體質(zhì)量”，使學(xué)生能夠運用“等效替代法”的思維方法解決更多類似的問題，使學(xué)生認識到“等效替代法”在日常生活、生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用價值，從而增強學(xué)生學(xué)以致用的意識，真正實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]毛海玲.例談巧用小故事講評“等效替代法”測電阻[J].物理教學(xué)探討，2012，30（6）：24-25.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）