等效电路图的画法【等效思想\等效方法在初中科学教学的应用初探】

　　摘要等效思想和等效方法是初中科学教学中常用的研究方法,贯穿于整个初中科学教学过程之中。在初中科学教学中,应向学生展示等效思想和等效方法等科学研究的思想和方法,以促进对学生能力的培养。本文就其实质和应用两个方面进行了探讨。
　　关键词初中科学教学 等效思想 等效方法 应用
　　中图分类号:G633.98文献标识码:A
　　
　　科学思想及研究方法是科学研究的灵魂。其中等效思想是科学研究中十分重要的一种思想方法。在初中科学教学过程中,我们经常遇到的那些比较复杂的问题,把这些复杂问题与一些简单模型进行类比,可大大简化解题过程,且思路能够清晰明了,这个过程就是运用了等效的思想和方法。在初中阶段加强对各种等效变换的原理和基础的教学,将有利于学生掌握与应用等效方法,形成等效思想的科学方法。因此,初中科学教学在传授科学知识的同时,也应进行科学思想及研究方法的教育,这对于提高传授知识的质量、培养学生能力、实施素质教育等是十分有益的。本文就初中科学教学应用等效思想和等效方法问题,略作一些探讨。
　　
　　1 等效思想及等效方法的实质分析
　　
　　(1)等效思想的实质。什么是等效呢?等效的意思就是效果相等。等效思想的实质就是人们研究事物或运动时,从总体出发,重点考查最后的结果,忽略事物发展过程中内部结构的细节,只要两个不同的事物或运动具有相同的功能和结果,就可使二者相互代替,并视其为等效。在初中科学中普遍蕴含着等效思想,由于等效的事物是存在共性的,我们可以把共性的东西抽象出来形成科学中的“概念”。而相对于课本上的那些生硬的概念,我们通过等效后的概念更容易被学生接受。例如:等效思想的应用是解决初中物理问题的有力工具,在长度测量中同学们可初步领略了它的风采:利用一根弹性不大的柔软棉线代换地图上所画的弯曲的铁路线,从而测出了曲线的长度;历史上的曹冲称象的故事更是一个典型的事例。这里,用易于被刻度尺测量的棉线替换了地图上所画的弯曲的铁路线;用可以采取分次测量的石块代换难以一次测量的大象,这些都是等效法的具体应用。再如:求多个电阻串(并)联后的总电阻就包含等效思想,它利用总电阻在电路中对电源所起的作用等效所有分电阻共同对电源所起的作用。
　　(2)等效方法的实质。我们所谓的等效方法是指对问题中某些因素进行变换或直接利用相似性利用某一规律进行分析而得相等效果的一种科学方法。按照这一思想和方法来理解,在等效变换过程中,能保持某些特定方面的效果相同是关键,应借助于对具体问题具体分析,从不同的角度去建立和寻找其中的等效关系。其变换的特点是“以熟代生”,“以简代繁”,能够把新的问题转化为已经解决的问题,在知识间良好地迁移,通过变换,更清晰地认识和把握问题的实质,以便找到分析问题和解决问题的途径。我们研究等效从某种意义上讲就是研究变换。关于等效方法的实质,我们具体可从初中科学教学中常见的等效方法进行论述。在科学方法论的基本方法(观察、实验、模拟、抽象、理想化、比较、分类、类比、归纳、演绎、分析、综合、证明、反驳、数学方法和科学假设方法)中,并没有等效方法,那么等效方法与它们有什么关系?等效法的实质是什么?其实初中科学的等效方法的实质,就是以甲代换乙,其效果相同。也就是把直接观察或测量较困难的科学特性、过程用其他间接的可观察、易测量的科学特性、过程进行研究。这种方法可以使被研究的问题得到一定程度的简化,是一种精确的定量化的科学方法。如:对于形状不规则的固体的体积,直接测量不容易,借助量筒用排水法,问题就容易了。再如:在平面镜成像的实验中,我们可以利用两个完全相同的蜡烛,验证物与像的大小相同,因为我们无法真正的测出物与像的大小关系,所以我们利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小。
　　因此,我们可以看出等效思想和方法的实质是在理想化(或近似)下的变换,等效法虽然在方法论诸法中找不到,它却是其中某些方法的实际应用和综合应用。
　　
　　2 初中科学教学对等效思想和等效方法的应用
　　
　　等效思想和等效方法是一种化繁为简、化难为易的特殊方法,只要一事物与另一事物间存在着某种意义上的等效性,就可以将它们在该意义上进行变换,以使得所研究的问题简化,由此及彼,触类旁通。在初中科学的学习过程中有着广泛的应用,它可以用等效思想和方法来处理分析、研究科学问题(包括实验问题)。在初二教材关于长度的测量中,已经出现用细棉线代换地图上所画的弯曲的铁路线。这种等效思想和等效法在教学中不仅是获得知识的有力工具,而且也是我们应用知识解决物理问题的一个有力工具。再如:等效变换。这也是物理实验中常用的方法。我们在不规则容器的容积里,可将容器盛满水,再将水倒入量筒中来测量。这在保证结果相同的前提下,把不规则容器的容积变换成水的体积,使问题简化。可用类似的方法求出不规则物体的体积。下面,我们具体分析其在初中科学教学中的应用:
　　(1)用等效思想和等效方法提出新概念。在教学中,有的科学概念利用等效代换的方法把它提出来,有助于学生领悟到所学的科学概念的实质。如:在学习有关电路的知识中,总电阻的提出就是这样的。首先在教学中,可借助实验让学生发现,电阻R1;R2串联,R3;R4并联后,分别接在同一电路的两点之间,它们先后都与电阻R单独接在该电路两点间产生的效果是相同的,即看相向的电压和电流强度,在此基础上便可引入总电阻的概念。借助这一教学过程,可以帮助学生领悟到总电阻概念的实质,使学生以等效为出发点理解总电阻概念,而不是片面抓住“总”字把总电阻理解为各电阻的电阻值之和,错误地把总电阻的计算归结为加加减减,由此一来,对并联电路总电阻的计算方法就会感到难以理解。
　　(2)把等效思想和等效方法作为获得新知识的工具。在阿基米德定律的教学中,可以利用等效代换法获得物体在液体中受到的浮力大小等于物体排开的液体受到的重力这一结论。阿基米德巧妙地运用等效替代法,用溢流杯把溢出的水收集起来再倒入阿基米德金属桶,得到物体所受到的浮力等于物体排开水的重力。其具体过程就是:在静止液体内部选取一部分与待研究物体形状、大小均相同的液体为对象,因所选的这部分液体处于静止状态,由二力平衡的知识得出:周围液体对这部分液体的浮力大小等于它自身受到重力大小,然后假设用物体代换所选的这部分液体,可知,物体受到的周围液体对它的浮力大小等于被代换的那部分液体受到的重力,换言之,浸在液体中的物体受到浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。
　　(3)运用等效思想和等效方法帮助学生理解新知识。在关于热量的教学中,由于教材对水所吸收的热量大小跟水的质量、升高的温度之间存在的比例关系没有设置实验去证实,也没有加以论证,学生只能把它们间存在的关系建立在自己凭直觉判断问题的基础上,很不深入。运用等效思想和等效方法可以帮助学生找到知识的依托点,使学生能深入理解所学的这部分知识。再如, 要证实热量与质量之间存在的关系的过程也是如此:52克水温度升高1℃吸收多少热量:如果把52克水等分成52份,再分别让每份是1克的水温度升高1℃,那么,每份水吸收了1卡的热量,它们共吸收了52卡的热量,再把这52份1克的水合到一起,52克水温度升高了1 ℃,用以上的过程取代52克水直接吸收热量温度升高1℃这一过程它们的效果是相同的,这样学生可以发现,52克水温度升高1℃吸收的热最是1克水温度升高1 ℃吸收热量的52倍。
　　(4)运用等效思想和等效方法帮助学生解题。如:
　　如下图1所示:
　　先向容器较大的部分盛满水,然后再向上面较小的部分注满酒精,此时容器底部受到液体的压强为P0,当酒精和水充分混合后(不考虑混合后体积的变化),容器底部受到液体的压强为P,则P0和P的大小关系为()。
　　(A)P0=P(B)P0P(D)条件不足,难以判断
　　分析:前后容器没有改变,变化的是容器中液体混合前后的平均密度,由于深度相同,容器底部受到液体的压强大小跟液体的平均密度有关,只要比较液体混合前后的平均密度的大小关系,就可以比较前后压强的大小关系。
　　解析:根据上述分析,将容器中液体混合前后分别作等效图(如下图2、3所示),因为在液体同一深度的压强处处相等,所以只要比较B区域底部的压强大小就可以了。刚开始时B区域内液体的平均密度是酒精和酒精正下面的水的平均密度,而充分混合后B区域内液体的平均密度是酒精和全部水的平均密度,很显然,后者大于前者,因此这题的正确答案应该选(C)。
　　总之,上述内容告诉我们,掌握方法与培养能力密切相关,能力不能孤立存在,它以知识为基础,技能为载体,方法为工具。对方法的掌握是衡量一个人能力高低的一个因素。在初中科学教学中妙用等效思想和等效方法,不仅能让学生将新旧知识联系起来,简化解题过程,而且能让学生学会科学研究的方法、思想和方法的传授,将为学生的继续学习奠定基础,会使他们终身受益。
　　
　　参考文献
　　[1] 徐海洋,孙梦家.利用等效方法巧解物理题[J].景德镇高专学报,2007.2.
　　[2] 时建群,牛晓平.电磁学中的等效法[J].安阳师范学院学报,2006.2.
　　[3] 余大志.等效思想的妙用[J].昭通师范高等专科学校学报,2005.5.