“代换”，物理中的“桥梁”搭建
——谈高中物理重要思想意识的培养

◇　山东　李怀强



“代换”，物理中的“桥梁”搭建
——谈高中物理重要思想意识的培养

◇山东李怀强

在众多科学方法和思想意识当中,“代换意识”是高中物理要培养的重要思想意识之一.纵观高中物理必修和选修的全部内容,不难发现它几乎贯穿了高中物理的核心内容,在若干重要物理规律的应用中均能体现出代换的思想．另外,高中物理对数学工具的高度依赖是有目共睹的,高考的考试说明就明确提出对学生5种能力的考查,其中应用数学处理物理问题的能力是考查的5大能力之一．在物理问题的解决过程中,物理量之间关系的构建是首要的,而方程、方程组的确立是物理量之间关系构建的核心．方程往往就意味着等量,等量就潜在着可以实现代换,因此等量代换在物理量关系的处理中普遍存在．经过整合,总结出代换思想主要体现在3方面:量值代换、方向代换、效果代换．

1　量值代换的经典汇总

量值代换的实现基础是量值等大,重要的物理规律往往揭示的就是物理量之间的量值关系,因此量值代换较为普遍存在于重要的物理规律的应用之中．表1中是高考经常考查的8种量值代换关系.

表1

表1(续)

2　方向代换的经典汇总

图1

A方向向左,大小不变;

B方向向左,逐渐减小;

C方向向右,大小不变;

D方向向右,逐渐减小

分析F=ma中F与a同方向,F与a的方向可以相互代换.A对B摩擦力使B产生向左的加速度,二者同向,所以可用加速度方向代替摩擦力的方向．选项A正确.

图2

A0.25m·s-1,向右;B0.25m·s-1,向左;

C1m·s-1,向右;D1m·s-1,向左

3　效果代换的经典汇总

图3

A做直线运动;

B做曲线运动;

C速率先减小后增大;

D速率先增大后减小

分析将电场力与重力的合力等效为一个力,将电场与重力场等效为一个复合场,小球的运动可看成类斜抛运动．选项B、C正确．

图4

A电池的输出功率;

B变阻器消耗的功率;

C固定电阻R0上消耗的功率;

D电池内电阻上消耗的功率

分析将R0看成电源内阻的一部分,等效成内阻为2r的新电源只给变阻器供电.选项B正确．

4　“代换意识”的渗透与培养

由以上分析可见,“代换”在高中物理中横向渗透范围之宽，纵向延续时间之长，高考考查频率之高，其意义的重大可见一斑,因此说“代换意识”是学习高中物理必备的重要思想意识之一．所以在平时的课堂教学中,应该从头开始,慢慢渗透,加强这方面的引导．具体表现为以下几方面:

1) 物理规律的内涵是需要学生去感悟的,在此基础上再演变成一种自觉意识和能力,生成一种自觉行为．所以应让学生在感悟物理规律内涵的过程中去领会潜在的“代换”存在．重要的物理规律往往揭示的就是等量关系,代换思想往往是物理规律内涵的一个重要组成部分．因此将“代换意识”渗透于平时重要的物理规律的学习过程中,是帮助学生提升物理学科素养的一种非常有效的应对策略．

2) 让学生在解题实践中去尝试应用“代换”,总结“代换”的经典,感悟“代换”的真谛．在物理学习的过程中,经常会遇到这样的情景：学生的思考陷入困境,解题处于停滞.这时就需要寻求一种应对策略,其中“桥梁关系的缺失”是造成这种窘境的一种常见原因,在这种情景下桥梁搭建就显得尤为重要．“代换”的基础在于搭桥,目的是完成过渡,通过代换完成了过渡,破解了迷局,打通了思路,由“山重水复疑无路”转变成“柳暗花明又一村”．

3) 引导学生养成总结的习惯,强化提炼的意识,并让它变成一种常态．前面汇总的量值代换、方向代换、效果代换,在高考中均有经典的实例对应,需要老师引导,让学生去总结和提炼．

总之,通过“代换意识”的渗透与培养,激发学生在这方面的潜能,从而达到多种能力的相互促成,多种思想意识的交互诱导的目的,最终有效助推学生物理学科素养的全面提升．

山东济南市长清中学)