转换法的思维在低成本物理实验教学中的妙用
重庆市江津田家炳中学校 刘维志
物理学是一门富含科学方法的自然科学，科学方法是解决科学问题的手段，方法是从知识学习到能力发展之间的中间环节，是沟通知识和能力的桥梁。科学方法既是科学家研究问题的方法，也是学生在学习物理中常用的方法。掌握一种科学方法胜过解答十个问题。《新课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。且将“过程与方法”作为其中的一个纬度目标出现。而“转换法”是其中最重要的思想方法之一。
所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。
低成本的物品是指老师或学生易搜集、加工低成本的物品。它包括我们低成本的廉价或废弃的材料(如乒乓球、橡皮筋、矿泉水瓶、色拉油桶、小木板、铁钉、铅笔及笔芯、签字笔芯、气球、鸡蛋、土豆、蜡烛等)、低成本的易得材料(如音乐卡片、铅笔芯、水杯、塑料袋、毛刷、塑料尺、硬币)和废旧材料(如易拉罐、饮料瓶、牙膏皮)等。这些物品不是实验室里配备好的专门仪器，需要师生用发现的眼光去搜集、用灵巧的双手去加工，为自己做实验所用。下面就我在教学中应用低成本的物品＋转换法思路谈谈自己在初中物理实验教学中的一些体会。
一、转换法思维在低成本的物理实验教学中实施的可行性。
1．低成本物品学生在日常生活中是经常接触，转换法思路学生已有这方面的经验：如生活中人呼出的气体中有水蒸气．你怎么知道?人呼出的热气遇到冷的平面镜上，镜面上有雾气出现．用手一摸，是水珠，因水蒸气遇冷形成；人们常常说“某人力气特别大”．怎么判定?掰手腕比赛，被扳到的力气小：或者提物体，提的物体越重，力气越大；还有，都说有空气．在哪儿?看树叶摆动．红旗飘动，是流动的空气使它们运动；由于学生在生活中无意间应用了“转换法”．教学中引入“转换法”学生易于接受和理解。有助于物理现象和规律的探究。
2．教材中大量使用低成本物品＋转换法思路：现行初中物理教材人教版版中大量地使用了低成本物品和“转换法”思路，并且主要使用的是转换研究对象法。例如：小泡沫塑料球在鼓面上跳动，物体振动产生声音；灯泡的亮暗程度不同，电阻大小不同；运动的小车推动木块移动距离越大，小车动能的越大；小磁针放在磁体周围转动证
明磁场的存在；串联电阻丝上火柴头被点燃用时不同说明影响电热大小与电阻大小有关； 苹果落地说明重力的存在和方向；学生使劲鼓掌时感觉手痛说明力的作用是相互的。这样的实验设计在初中教材中还有很多。用形象替代抽象．用有形替代无形．符合初中生直观思维的特点．使学生更有效地学习和掌握物理知识。 二、转换法思维在低成本的物理实验教学中的妙用
“压力”作为弹力的一种，既很抽象（从认识概念角度）又很具体（从产生效果角度看）；“压力”是一个根据其作用效果命名的物理量，研究的是力的形变效果，本质上属于弹力；压力作为生活常见的力，学生有较多的经验知识，但学生对压力的方向、压力与重力区别理解始终是难点，教学中合理恰当利用学生已有的知识经验，从体验、实验的思辨认识过程中探究发现压力的方向、压力与重力区别，使学生的知识由经验型上升到理论型，促进学生科学思维的发展。使学生能够充分认识、掌握教学中运用转换的方法，化抽象为具体，用实验的方法，通过观察使学生认识压力的方向、压力与重力的关系。 教学资源：
硬件：塑料直尺、木板、乒乓球、重物块、弹簧、细线、实物投影仪、
教学过程设计：
1、探究压力的方向
学生活动：体验：用右手按压左手 实验：（1）用手压缩弹簧、压塑料尺观察用力的方向与形变的效果；（2）观察放在水平塑料尺上重物对尺作用效果；
演示实验（1）演示乒乓球自由下落在水平木板，观察乒乓球弹起方向。（弹起方向是竖直向上）设问：乒乓球自由下落在斜木板上弹起方向是竖直向上吗？
演示实验 （2）演示乒乓球自由下落在斜木板，观察乒乓球弹起方向（弹起方向不是竖直向上而是垂直于斜木板）
总结以上可得：压力的方向是垂直并指向受压。 演示实验的现象是落在水平木板上沿竖直方向弹起；落在斜木板上沿垂直于斜木板方向弹起，对比分析弹起现象自然得出压力方向是垂直并指向受压物体表面。此处运用转换的方法，化抽象为具体，用
实验的方法，通过观察使学生认识压力的方向。
2、压力与重力的比较
学生讨论、表达（用表格培养对比的思维方法） 重力 压力 施力物体 受力物体 符号 作用点 方向 大小关系 演示实验：用塑料直尺、重物块、细线按如图所示方法演示物体在水平面和斜面上压力作用效果的比较，从而得出压力与重力大小关系。
重物块放在水平面塑料直尺上，直尺被压弯程度较大，同一重物块放在塑料直尺构成的斜面上，直尺被压弯程度较小（逐步曾大斜面倾角，直尺被压弯程度更小，当倾角达900时没有作用效果）。对比分析塑料直尺被压弯程度自然得出压力与重力区别。此处运用转换的方法，化抽象为具体，用实验的方法，通过观察使学生认识压力与重力区别。
同时，为了加深学生对转换法的理解，激发学生的学习积极性，老师可以给学生讲了一个故事。一天，爱迪生在实验室里工作，他递给助手一个正方体玻璃砖说:“你量量正方体玻璃砖对角线长度。”他又低头工作了。过了好半天，爱迪生问:“长度多少? ”他没听见回答，转头看见助手拿着直尺在测量正方体玻璃砖长、宽、高，并拿了测得的数字伏在桌上计算。他说:“时间，时间，怎么费那么多的时间呢?”爱迪生走过来，拿起那个正方体玻璃砖、直尺按右图测示（先把正方体玻璃砖放在桌面上在桌面画一个正方形、移动正方体玻璃砖至如图最后用直尺测出正方体玻璃砖对角线长度），助手立刻读出了数字。爱迪生说:“这是多么容易的测量方法啊，它又准确，又节省时间，你怎么想不到呢？还去算，那岂不是白白地浪费时间吗?”。助手的脸
红了。
在讲故事的时候我会强调爱迪生是一个只读了三个月书的人，而助手是一个大学生，为什么同一个任务，完成的情况会这么不同呢？这是因为爱迪生掌握了一种科学方法，它就是转换法：把难测的正方体玻璃砖对角线的测量转化为测正方体玻璃砖上一点到另一移动记号点间距离，从而轻松地解决了问题。这就是科学方法的魅力。还可引导学生想到“转化法”的中国版：曹冲称象。聪明的曹冲把称大象的质量转换为测石头的质量，击败了所有学富五车的大臣们。 三、转换法思维在低成本的实验探究中的妙用
低成本物品和转换法思路在初中实验探究中是除了控制变量法外的一种最常用的方法，往往也是实验探究的难点所在。因此，在探究中老师要引导学生积极思维，如何转换？例如，探究浮力产生的原因：浮力产生原因及方向需要间接显示出来，我们将矿泉水瓶的底部切掉，瓶口朝下，把乒乓球放入其中并落在瓶颈处，从上面倒水，直到水满后，乒乓球也不会浮起来，如图所示。而只有用手从下面堵住瓶口时，乒乓球马上会浮起来。这时可引发学生分析乒乓球开始没有浮起来而后来为什么又浮起来了的原因。此实验由乒乓球不上浮到上浮显示浮力产生的原因和方向。在探究影响动能大小的因素时，动能的大小需要间接显示出来，我们可以将动能的大小转换成通过观察比较物体被球撞击后运动距离的长短来判断。再如，在探究导体产生的热量与那些因素有关的实验中，电流通过导体时产生的热量无法直接观测和比较，我们可以转换
串联电阻丝上火柴头被点燃用时不同说明影响电热大小与电阻大小有关。进而再问该实验能否改用其他方式来观察电阻通电后的发热情
况？这样促使学生思维得以发散，转换的思维方法得到训练，实验探究的能力得到了提高。
四、转换法思维在低成本的物理实验教学中实施的步骤
1．寻找物理量或物理现象的特点
①物理量看不见摸不着。如电场、磁场、电流、红外线、分子、电磁波??这些物质虽存在但人眼无法看到和摸着。
②物理量所产生的物理现象不易观察到。如物体的振动．力产生的微小形变．液体热胀冷缩的微小变化? ? 通过想象并转化成能观察到的现象．培养学生的思维想象力
2．找出物理量产生的效果 如磁体能产生力的作用．使放入其中的小磁针转动：红外线使物体发热温度升高：紫外线能使荧光物质发光：分子运动使我们闻到气味??所以．要想成功运用“转换法”．我们研究的对象必须能够对所选用的物体产生相应的作用。
3 确定能显示效果的方法、低成本物品、实验方案。
如：通过观察海绵的凹陷程度来研究压力的作用效果；根据灯泡的亮暗或电流表指针偏转幅度比较导体电阻的大小；用温度计来验证红外线的存在及热效用??
我们通过观察选用低成本物品发生的明显现象去推理出研究对象的相关规律实践证明，在教学中适时向学生介绍、点拨，让学生在学习活动中去体验、体会转换法．对于培养学生科学素养，提高学生探究能力．掌握科学方法．使学生有效地驾驭物理知识和提高实践能力具有十分重要的作用。
物理学中科学探究方法很多，如何提高探究能力，对学生以什么样的教学方式、遵循什么样的步骤进行适当的科学方法的教育，是值得每一位物理教师认真思考的问题。