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基于母题思想在初中物理教学过程中的应用

瞿利东

中山市三鑫学校,528463

摘要: 初中物理教学有很多探究性实验还有多种多样的题型,其中运用到了很多思想和方法,很多不同的探究实验和解题方法运用了相同的思想和方法,把这些思想和方法进行归纳和总结之后再进行思想和方法的迁移,往往能起到高效教育教学的目的。其中控制变量思想和等效替代思想是初中最常用的解题思想,本文就控制变量思想和等效替代思想做为母体思想进行归纳迁移和变通,在解决问题上促进学生学习的主动性,母体思想的迁移可以提高学生的物理学科的核心素养。
关键词: 母题思想;控制变量;等效替代
DOI:10.12721/ccn.2024.157067
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一、物理教学的方法

初中物理教学中主要有控制变量法、转换法、等效替代法、理想模型法、类比法等。

二、母题的含义

“母题”源自于民间文学、民俗学研究,“母题”是叙事作品中结合得非常紧密的最小事件,持续存在于传统中,能引起人们的多种联想,它是一个完整的故事,本身能独立存在,也能与其他故事结合在一起,生出新的故事.在教育学中,母题是各门学科包含若干知识点的基本题、典型题,是构成所有试题的最小单元,是有完整逻辑的最小典型题,也是中考命题所参照的原型题.笔者发现,“母题思想”也符合深度学习所倡导的“学习大单元”教学,将传统教学理念“举一反三运用到极致。由母题构成的教学主题,具有一定的整体性,有利于学生理解力和分析能力的提升和发展。

三、控制变量思想

在初中教学过程中要探究一个结果受多个因素影响时要用到控制变量方法。控制变量法运用到多个地方,我们进行推广称控制变量法为控制变量思想,这一思想就可以称为“母题思想”。

 例如:在探究液体压强与哪些因素有关的实验钟:猜想影响液体压强大小的因素有液体密度和深度等因素,在探究液体压强与深度的关系中先控制液体密度一定,改变深度。得出结论:当液体密度一定时:深度越深,液体压强越大。类似这样探究实验非常多,不再一一列举。

在人教版九年级第十八章第2节电功率的教学中:电功率的公式比较多,其中决定式P=UI结合欧姆定律公式I=U/R可得:P=U2/R.由P=U2/R可得:电功率P不仅与电压U有关还与电阻R有关,在探究一个物理量与多个因素有关时,要运用控制变量法,可是本节课并不需要探究电功率与电压、电阻之间的关系,这时想到了控制变量思想是一个母体思想,若我们把控制变量思想迁移过来运用,岂不美哉。

并联电路中每条支路电压是不变的或者电路是恒压电路时电源电压也是定值,往往电功率的变化只受电阻的影响,由P=U2/R得出:当电压一定时,电功率与电阻成反比的结论。

同理由P=UI结合欧姆定律公式U=IR利用IR的乘积代替物理量U可得:P=I2R.由P=I2R可得:电功率P不仅与电流I有关还与电阻R有关,同样我们把控制变量思想迁移过来运用,控制电流I 一定,得出:当电流一定时,电功率与电阻成正比的结论。


【案例1】如图所示,将灯L1、L2按图甲、乙两种方式接在电压均为U的两个电路中,在图甲中灯L1的功率为4W,在图乙中灯L1的功率为9W,设灯丝电阻不变。下列说法中不正确的是(  )

图片1.png

A.甲、乙图中灯L1两端电压之比是2:3

B.B.L1、L2两灯灯丝电阻之比是2 

C.图甲中灯L1、L2的功率之比是2:1 

D.D.甲、乙两图电路消耗的总功率之比是3:2

【解题思路】(1)图甲中两灯串联,图乙中两灯并联,根据P=截图1740120416.png可知,在R不变时,电功率与电压的平方成正比,从而得出图甲中灯L1的电压与图乙中灯L1的电压之比;

(2)由并联电路电压的规律,L1的电压即电源电压,在图甲中,根据串联电路电压的规律得出L1、L2的电压之比,由分压原理得出L1、L2两灯灯丝电阻之比;

(3)图甲中,根据串联电路电流的规律及P=UI可知,在电流相同时,功率与电阻成正比,从而得出甲图中灯L1、L2的功率之比;

(4)由串联、并联电阻的规律分别求出甲、乙两图中电路的总电阻之比,根据P=截图1740120416.png可知,在电源电压不变时,电功率与电阻成反比,进而得出甲、乙两图电路消耗的总功率之比。

解:A、图甲中两灯串联,图乙中两灯并联,在图甲中灯L1的功率为4W,在图乙中灯L1的功率为9W,根据P=截图1740120416.png可知,在R不变时,电功率与电压的平方成正比,故图甲中灯L1的功率与图乙中L1的电功率之比为:截图1740120932.png故甲、乙两图中灯L1两端电压之比是:截图1740121144.png﹣﹣﹣①,故A正确;

B、由并联电路电压的规律,L1的电压即电源电压,在图甲中,根据串联电路电压的规律,U1+U2=U﹣﹣﹣﹣﹣﹣②;

由①②得,图甲中,L1、L2的电压之比为:U1:U2=2:1﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,

由分压原理,L1、L2两灯灯丝电阻之比:R1:R2=2:1,故B正确;

C、图甲中,通过两灯的电流相同,根据P=UI可知,在电流相同时,功率与电阻成正比,由③得甲图中灯L1、L2的功率之比是2:1,故C正确;

D、由串联电阻的规律,甲图中,电路的总电阻:R=R1+R2=2R2+R2=3R2

根据并联电阻的规律,图乙中,电路的总电阻:R并=截图1740121351.png=R2,

根据P=截图1740120416.png可知,在电源电压不变时,电功率与电阻成反比,甲、乙两图电路消耗的总功率之比是:截图1740121595.png=2:9,故D错误。

【评析】:这样的题目运用母题思想去思考,去解决,能够让学生脱离题海战术,构建新的知识视角,全面地认识控制变量思想在解决易混易错的题型巧妙运用.教师根据学生答题情况进行深度讲解,从而促使学生深入理解电功率与电压、电流电阻内在的关系。.

四、等效替代思想

等效替代思想的运用等效替代方法主要运用在以下实验的探究中:平面镜成像实验中:用玻璃板后面的B 蜡烛的位置代替平面镜中A蜡烛成像的位置,利用B蜡烛的大小代替平面镜中A蜡烛像的大小。在电学中两个电阻的串联和并联后的总电阻等效两个分电阻的效果,我们可以讲这个等效替代思想拓展运用到特殊方法求电阻或者电功率当中。伏安法求电阻是用伏特表和安培表分别测出未知电阻的电压和对应电流,再根据I=U/R可以算出未知电阻的阻值,当缺少电压表或者电流表时,我们只能用现有的一种电表求电阻,所以叫做特殊方法测电阻,假如缺少电压表,我们不能直接测出电压值那就间接去表示电压值,那就运用到等效替代思想,用电流I与电阻R等乘积去等效替代电压值U。

当缺少电流表时可以用电压U与电阻R 的比值代替电流I,从而用已知量等效替代未知物理量的目的。

【案例2】小新想用一个已知阻值为R0的定值电阻、一个单刀双掷开关、阻值足够大的滑动变阻器Rp和电源电压模糊不清的学生电源,设计了如图所示的实验电路,也测出了小灯泡L1的额定功率,请你帮他完成下列

图片2.png

实验步骤:

①连接好实验电路,闭合开关S1,将开关S2拨到触点(    )(选填“1”或“2”),移动滑片,使电压表的示数为灯泡的额定电压UL=2.5V;

②保持滑动变阻器的滑片位置不动,再将开关S2拨到另一触点,读出电压表的示数为U;

③小灯泡额定功率的表达式为P额=(      )(用R0、U等已知物理量表示)。

【解题思路】:①连接好实验电路,闭合开关S1,将开关S2拨到触点2,移动滑片,使电压表的示数为2.5V;

②保持滑动变阻器的滑片位置不动,再将开关S2,拨到触点1,读出电压表的示数为U;

③在②中,电压表测灯与定值电阻的电压,因此时各电阻的大小和电压不变,灯仍正常工作,根据串联电路电压的规律,此时定值电阻的电压:

U0=U﹣2.5V,由欧姆定律可求出灯的额定电流:

IL截图1740359691.png,小灯泡额定功率的表达式为:P=UL×IL=2.5V×截图1740359691.png

【点评】等效替代思想可以进行迁移运用,例如:特殊方法测电阻、特殊方法测电功率、特殊方法测密度。利用母题思想解决同类题型,可以起到举一反三和事半功倍的效果。

五、结束语

母题思想在新授课或者复习课的运用对于学生学习物理具有重要的指导作用,母题不仅是教学内容的核心,也是考试命题的重点,更是学生学习好初中物理的关键。同时教师在复习课中需要整体设计学习单元,将知识和题型进行深度加工与整合,调动学生的学习热情,激发学生的探索欲望,让学生在学习中感受到乐趣和挑战性,从而促进学生学习真正发生。

参考文献:

【1】付明、马剑基于母题的物理复习课的研究 中学物理2020年12月 NO.24 文章编号:1008-4134(2020)24—0033