新教材背景下高中物理教學中的三個“轉化”

管佩磊

摘? 要：對學生在高中物理學習過程中的一些抽象、復雜、新穎的知識，可以通過物理教師的深層次備課和巧妙的設計，以學生生活的實際情境、常見模型和思維實際特點出發(fā)，幫助學生將這些知識建立形象、簡單、熟悉的知識體系。

關鍵詞：新教材實施;高中物理教學;轉化

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）6-0062-3

新版教材的實施過程中，發(fā)現部分物理概念和規(guī)律對學生而言，還是很抽象、很復雜。如加速度、動量、電磁感應、動量守恒定律等，不少學生學起來如霧里看花。物理教師在教學中，如何才能將難點講清、將難點化解？——必須貼近學生的生活情境、問題解讀和思維想象實際，做到貼近生活、形象生動和深入淺出。

筆者通過教學過程中的探索，總結出下面三種方法，取得較好的效果，僅供各位參考。

1? ? 抽象轉化為形象

高中物理中，有不少概念既是難點，又比較抽象。這時可設計一些形象化的教學手段，將抽象知識形象化。

（1）例如，講力的分解——按力的作用效果分解，力的作用效果對不少學生來說是很抽象的。為此，在對斜面上物體的重力進行分解時，筆者設計了實驗1：

一木塊連接一根細橡皮筋，另一端固定在一塊薄木片的一端，然后將薄木片傾斜（圖1），學生們都看到了兩個十分明顯的形變：一個是薄木片被壓彎——說明重力有使物體壓緊薄木片的效果;另一個是橡皮筋被拉長——說明重力有使物體下滑的效果。

這樣，學生就對重力分解為平行于斜面使物體下滑的分力F1和垂直于斜面使物體緊壓斜面的分力F2（圖2）有了一個感性認識，真正看到了重力的兩個作用效果，使抽象的問題變得可視化、形象化。

（2）利用有效類比也能將抽象概念變得形象化。

比如，在講授“電容”概念時，學生對電容的物理意義（表征電容器容納電荷能力大小的物理量）感到太抽象，不易理解。

結合學生的實際生活情境，可以把電容器類比為一個學生生活常見的圓柱形水杯：容納電荷的電量Q與圓柱形水杯裝的水量（體積V）相類比對應;電容器上所加電壓U與圓柱形水杯中的水位高度h相類比對應。那么根據電容的定義C=Q/U，電容C就與圓柱形水杯的橫截面面積S相類比對應了（V/h=S）[1]。

而圓柱形水杯的橫截面積具有什么特點呢？

其一，對于一個確定的圓柱形水杯，其橫截面積是一定的，無論盛水量多少或者不裝水，其橫截面積也是不變的;其二，圓柱形水杯的橫截面積是由這個水杯的自身結構決定的，與外界各物理量無關。它反映了在相同水位高度下圓柱形水杯盛水量的多少。

那么類比分析，電容也應該具有這樣類似的特點：對于一個固定電容器無論所帶電量多少或不帶電，其電容也是不變的，是由電容器的自身結構決定的，與外界物理量無關。它反映在相同電壓下電容器容納電荷的多少——即容納電荷能力的大小。

這樣就把電容這個抽象的概念類比成了一個形象的——看得見摸得著的東西，學生非常容易接受。

2? ? 復雜轉化為簡單

在物理學中，有的物理量是由多個變量結合形成的，構成了學生認知的復雜性。這時我們可以引入學生的生活情境，化復雜為簡單的方法，通過控制變量的辦法逐步認識該物理量的意義[2]。

比如，引入動量概念，筆者是這樣設計的：

問：如果飛來一只足球你敢用頭頂嗎？如果飛來一只鉛球你敢用頭頂嗎？為什么，學生討論……教師歸納：一個物體對另一物體的作用效果與物體的質量、速度等因素有關。然后通過實驗2來討論。

實驗2：雙層碰撞實驗器是由結構相同的軌道相互平行的兩個碰撞實驗器組裝而成的，如圖3，讓小球A和B（mA>mB）同時分別沿平行導軌從離斜槽各自底端同一高度由靜止開始運動，去碰撞位于各自斜槽底端的小球D和E（mD=mE）。

學生觀察：小球D、E被碰后，D球速度較大。

教師分析：我們知道，小球A、B跟小球D、E在碰撞前的即時速度是相等的，從D球被碰后的速度較大，可知A球對D球的作用效果大，其原因是mA>mB。

結論：在速度相等時，質量越大的物體，對另一物體的作用效果也越大。

實驗3：若讓球B、C（mB=mC）同時分別由平行導軌離各自斜槽底端不同距離處（LBD=4LCE）從靜止開始運動，去碰撞位于各自斜槽底端的小球D、E（mD=mE），如圖4。

學生觀察：小球D、E被碰后，D球速度較大。

教師分析：雖然mB=mC，但因LBD>LCE，B球到達斜槽底端的即時速度大于C球到達斜槽底端的即時速度，使B球對D球的作用效果大于C球對E球的作用效果。

結論：在質量相等時，速度越大的物體對另一物體的作用也越大。

以上實驗證實了一個物體的質量越大，速度越大，則它對另一物體的作用效果也越大，為了表明運動物體的這一特性，引入一個新的物理量——動量。

這樣也就很自然地引入了動量概念，這種把多因素轉化為單因素的處理方法，化復雜為簡單的效果是顯著的。

在物理解題訓練時也常常遇到比較復雜的問題，有的物理過程由幾個“子過程”組合而成，這時可從分析物理情境入手，建立過程模型，分段解決，分解難點，化大題為小題，化復雜問題為簡單問題。這是物理學中化解難題的一種非常重要的方法。

3? ? 新穎轉化為熟悉

除了上面所說的，由于問題的抽象和復雜，使學生感到疑難外，另一種就是問題的形式和內容比較新穎，使學生感到無從下手傻了眼，而成為難點。

解決新穎問題的關鍵在于教學中注意提高學生的應變能力，極大地發(fā)揮學生的創(chuàng)新意識，化新穎為熟悉，提高解決新穎問題的能力[3]。

（1）比如，在電磁感應中，做“斷環(huán)閉環(huán)”實驗時，可幫助學生分析，磁極（無論是N還是S）插入閉合導體環(huán)，其本質意義是什么？——原磁通量增強，我們看到此時閉環(huán)會退走，其本質意義又是什么？——閉環(huán)受到排斥力;磁極抽出閉合導體環(huán)，閉環(huán)會跟著來相互吸引，總是阻礙導體和磁場間的相對運動——這就是著名的“斷環(huán)閉環(huán)”模型。凡是碰到原磁通量增強的情況就可想象成磁鐵插入閉環(huán)——受到斥力;凡是遇到原磁通量減弱即可看成是磁鐵從閉環(huán)中抽出——受到引力。經過這樣總結、拓展和變通，可提高應變能力。

例題1 如圖5，導體線圈abcd與直線電流共面，當線圈向右運動（遠離導線）時，等效于將磁鐵從線圈中抽出，迅速判定：此時直線電流應與線圈相互吸引，根據同向電流相互吸引，可判定ab上電流方向為b→a。

再比如：異步電動機的轉動問題，對旋轉磁極式電動機，當磁極轉動時，相當于把磁極從線圈中抽出，此時要阻礙導體和磁場間的相對運動，線圈受到吸引力。線圈會跟著磁極同方向轉起來，但其轉速肯定要小于磁極的轉速——因為若轉速相同，就沒有相對運動了，也就沒有電磁感應了。

碰到電磁感應中新穎的問題，如果能將它們回歸到熟悉的“斷環(huán)閉環(huán)”模型中來，就會大大降低題目的難度，也提高了物理解題的速度，同時也逐步理解電磁感應的本質。

（2）在學習“動量守恒定律的應用”時，筆者給學生總結了兩大基本模型：“人船模型”和“子彈打木塊模型”。很多問題都可回歸到這兩個基本模型來解決。關鍵在于怎樣從具體的物理情境中抽象提煉出“人、船”或“子彈、木塊”來。

例題2 如圖6，質量為M的木塊A靜置于光滑水平面上，其1/4圓弧部分光滑且底端切線水平（半徑為R），水平部分DE是粗糙的，現有一小物體B（質量為m），自最高點靜止下滑，設DE足夠長，物體B最后停在水平部分P點上，且DP=d。

（1）物體B停在P點后，木塊A如何運動，為什么？

（2）物體B停在P點時，木塊A運動了多大位移？方向如何？

不少學生將這個物理過程分成兩個階段來解決：第一階段物體B在光滑圓弧面上下滑至D點，利用系統水平方向動量守恒和機械能守恒，求出物體B和木塊A的速度;第二階段物體B在木塊A的水平段相對滑動并停在P點，利用動量守恒和能量守恒求解，但很難求出在第一階段兩物體的位移。

若圓弧是粗糙的，更無法求解了。

但仔細分析，發(fā)現這整個過程就是一個“人、船”模型。物體B即是“人”，木塊A即是“船”，“人”在“船”上向右走了（R+d）的距離。當然“船”會向左后退m（R+d）/（M+m）的距離，人走船走，人停船停，所以最后系統是靜止的。

這樣就將一個新穎而復雜的問題，轉化成了一個熟悉而簡單的問題。在新高考形勢下，對學生的建模能力、思維遷移能力和綜合分析能力的要求越來越高，因此在平時思考和訓練中多設計一些情景化的案例，多進行“一題多解”“一題多變”“多題一解”“多題歸類”“舉一反三”“舉三反一”的訓練，對一些經典物理模型進行總結、拓展和變通，進行一些“與生活實際相聯系的小實驗”等，都是提高靈活運用物理知識、提高應變能力解決新穎問題的重要途徑。

綜上，在高中物理教學中，如果我們做到了三個“轉化”，會大大地降低學物理的難度，也會極大地調動學生學習物理的積極性，同時也符合新教材的實施特點，符合新高考的要求。

參考文獻：

[1]陳立勇，靳志穩(wěn).深入淺出 優(yōu)化物理教學[J].陶瓷研究與職業(yè)教育，2006，4（03）：30-31+48.

[2]胡偉東.試論物理課堂教學的最優(yōu)化[J].科學大眾（科學教育），2011（05）：57.

[3]張代富.例談突破物理教學難點的方法[J].中國現代教育研究雜志，2005（08）：15.

（欄目編輯? ? 羅琬華）