物理圖象教學(xué)意義和策略探討お

楊海青

1物理圖象教學(xué)的意義

1.1物理圖象的特點(diǎn)及教學(xué)意義

1.1.1物理圖象及其特點(diǎn)

物理圖象，表示兩個或兩個以上物理變量之間定性或定量關(guān)系的.物理圖象具有形象、直觀、動態(tài)變化過程清晰和信息豐富等特點(diǎn)，是描述物理過程，展現(xiàn)物理規(guī)律，揭示物理問題的重要方法之一，能將物理學(xué)科與數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科有機(jī)地結(jié)合起來.啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)造能力，提高學(xué)生的綜合能力.

1.1.2物理圖象教學(xué)

物理圖象教學(xué)，即學(xué)生在物理老師創(chuàng)設(shè)的物理圖象學(xué)習(xí)情境中，在老師的指導(dǎo)和幫助下，在原有認(rèn)識的基礎(chǔ)上，以物理圖象為載體認(rèn)識物理客體，掌握物理基礎(chǔ)知識與技能，經(jīng)歷科學(xué)探究，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，形成正確的情感、態(tài)度和價值觀，以實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)全面發(fā)展的過程.在高中物理教學(xué)過程當(dāng)中如果合理有效應(yīng)用物理圖象，培養(yǎng)學(xué)生的圖象意識，有利于幫助學(xué)生理解并掌握物理概念和規(guī)律，有利于學(xué)生簡化問題過程，提高學(xué)生分析和解決物理問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生采用數(shù)形結(jié)合思想形象表達(dá)物理規(guī)律，靈活處理物理問題的能力.

1.1.3物理圖象教學(xué)意義

（1）物理圖象教學(xué)具有更前沿的教學(xué)理念

合理的設(shè)計和優(yōu)化物理圖象教學(xué)可以很好的提高對物理規(guī)律，定理的理解力和科學(xué)探究能力.多樣的物理圖象教學(xué)，可以豐富教學(xué)方式，能給學(xué)生更多的空間，在老師的指導(dǎo)和幫助下進(jìn)行很大程度的自主科學(xué)探究，從而更好的培養(yǎng)學(xué)生的自主探究、自主學(xué)習(xí)、自主解決問題的能力.物理教學(xué)可以借助圖象吸收、整合、開放更多的教學(xué)資源，以此實現(xiàn)對教學(xué)重難點(diǎn)的有效突破；同時借助物理圖象還可以在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上使物理貼近學(xué)生的生活，聯(lián)系社會的實際.

（2）借助于圖象提高分析解決問題能力

物理圖象的特點(diǎn)決定它能夠更好的提高學(xué)生的理解能力，物理圖象中蘊(yùn)含更多的物理信息且清晰直觀，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的推理能力.物理圖象在描述物理現(xiàn)象，顯示物理狀態(tài)，反應(yīng)物理過程上都更清醒，有助于簡化物理問題，提高分析綜合問題的能力.應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力中明確指出能運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)圖象進(jìn)行表達(dá)分析.實驗中處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，對結(jié)論進(jìn)行分析和評價以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，培養(yǎng)這些能力，通過加強(qiáng)物理圖象教學(xué)會收的更好的效果.因此，從高考試題的考查側(cè)重點(diǎn)及五大能力要求看，提高學(xué)生物理圖象素養(yǎng)，提高分析問題、解決問題的能力，加強(qiáng)物理圖象教學(xué)是必要的更是很有意義的.

2教學(xué)策略

2.1物理規(guī)律教學(xué)中滲透利用圖象研究思想

物理規(guī)律反應(yīng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運(yùn)動中諸要素之間內(nèi)在的必然聯(lián)系，表現(xiàn)為某物理狀態(tài)或某物理過程中相關(guān)要素之間在一定條件[HJ1.46mm]下所遵從的關(guān)系.簡言之，物理規(guī)律就是定量性物理概念之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系.函數(shù)關(guān)系中的變量，原則上都可以用圖象來表達(dá).所以物理圖象可以幫助學(xué)生從不同角度認(rèn)識物理規(guī)律的物理意義.

案例呈現(xiàn)——彈力做功規(guī)律：

創(chuàng)建情境如圖1，將勁度系數(shù)為k的輕彈簧一端固定，另一端系一質(zhì)量為m的物體，彈簧水平放置，物體處在光滑的水平面上.O點(diǎn)是彈簧沒有變形時物體的位置，用手把物體拉倒P點(diǎn)，彈簧伸長為x2，然后由靜止釋放物體將從靜止開始在彈力作用下加速運(yùn)動.求彈簧彈力做的功.

問題引導(dǎo)

（1）請嘗試建立坐標(biāo)系，根據(jù)胡克定律做出彈力的圖象，由此思考可以由W=Fx計算彈簧彈力做的功嗎？

（2）圖象與坐標(biāo)軸圍成的面積有沒有特殊的物理含義？

（3）嘗試?yán)妹娣e表示功的物理意義，求物體從x1到x2的過程中輕彈簧所做的功（圖2）.

（4）若水平面不光滑，對彈力圖象有沒有影響？彈簧彈力做的功有沒有變化？如有，有什么變化？若將水平面改成傾斜面或者物體質(zhì)量變成原來2倍呢？

案例分析以知識建構(gòu)理論為教學(xué)指導(dǎo)，以問題引探為教學(xué)方式，用物理圖象討論彈力特點(diǎn)，進(jìn)一步研究彈簧做功的物理規(guī)律.本案例中滲透了微元思想，數(shù)形結(jié)合的思想，化變?yōu)楹愕乃枷?，對于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)很有幫助.

同時還可以將這種利用物理圖象研究的思想用于對勻變速直線運(yùn)動速度、加速度、位移，平拋（類平拋）運(yùn)動的軌跡、加速度、運(yùn)動分解后的規(guī)律，萬有引力、孤立電荷電場力做功規(guī)律等物理規(guī)律的教學(xué).

2.2強(qiáng)化用物理圖象研究實驗數(shù)據(jù)能力

物理教學(xué)必須以實驗為基礎(chǔ)，這一理念在物理教學(xué)界已達(dá)成共識.實驗的數(shù)據(jù)處理，是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生研究實驗數(shù)據(jù)的能力是非常重要的提出問題的質(zhì)疑能力和解決問題的探究能力.實驗數(shù)據(jù)處理的辦法很多，有表格法、列方程計算法、類比對比法、圖象法.就其處理結(jié)果的物理現(xiàn)象可預(yù)測性、物理規(guī)律可發(fā)現(xiàn)性、物理過程簡明性，較之而言，圖象法更好.在對實驗數(shù)據(jù)處理，對實驗結(jié)果結(jié)論的分析論證上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，同時在實驗教學(xué)中，強(qiáng)化物理圖象教學(xué)，可以提高學(xué)生的實驗?zāi)芰桶l(fā)現(xiàn)問題、提出問題的探究能力.

案例呈現(xiàn)——實驗：測定電源的電動勢和內(nèi)阻.

創(chuàng)建情境上節(jié)課我們在實驗室用伏安法測量了電源的[HJ1.5mm]電動勢和內(nèi)阻，其實還有其他很多方案來達(dá)成實驗?zāi)康?（多媒體投影電路圖如圖3、圖4），大家請看.

問題引導(dǎo)（1）研讀教材，領(lǐng)悟?qū)嶒炘?，嘗試由全電路歐姆定律推演上述兩種方案的原理表達(dá)式.

（2）若以I-R，U-R為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，圖象有什么特點(diǎn)？這樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理方便繪制圖象嗎？精確嗎？

（3）想想加速度與質(zhì)量間的圖象是如何做的，在這里有何啟示？我們該選擇建立怎樣的坐標(biāo)系？

（4）若由實驗數(shù)據(jù)繪制得到圖，則該電源的電動勢和內(nèi)阻分別為多大？若將縱軸換成1/U，對應(yīng)電源的電動勢和內(nèi)阻分別為多少？

案例分析在實驗教學(xué)中強(qiáng)化物理圖象教學(xué)，通過問題鏈的策略，有效培養(yǎng)學(xué)生的作圖能力，提高圖象的物理分析能力，借此可以實現(xiàn)對學(xué)生實驗探究能力的培養(yǎng)和提高.

2.3提高利用物理圖象分析解決問題能力

物理習(xí)題教學(xué)，對有效完成教學(xué)的三維目標(biāo)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有積極作用.利用物理圖象描述物理現(xiàn)象，顯示物理狀態(tài)，反應(yīng)物理過程，簡化物理問題，以此來分析物理習(xí)題，解決物理問題.物理圖象在習(xí)題教學(xué)中的合理有效使用，能提高分析解決問題的能力，使習(xí)題教學(xué)更有成效.

試題呈現(xiàn)（2014年安徽高考24）在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物塊B，物塊與左右兩邊槽壁的距離如圖6所示，L為1.0 m，凹槽與物塊的質(zhì)量均為m，兩者之間的動摩擦因數(shù)μ為0.05.開始時物塊靜止，凹槽以v0=5 m/s初速度向右運(yùn)動，設(shè)物塊與凹槽槽壁碰撞過程中沒有能量損失，且碰撞時間不計.g取10 m/s2.求：（3）從凹槽開始運(yùn)動到兩者剛相對靜止所經(jīng)歷的時間及該時間內(nèi)凹槽運(yùn)動的位移大小.

問題引導(dǎo)

（1）凹槽與小物塊碰撞過程中，該系統(tǒng)是否滿足動量守恒？題干“物塊與凹槽槽壁碰撞過程中沒有能量損失”什么意思？請思考選擇物理規(guī)律，列出物理方程求解碰后二者速度.

（2）由上述求解公式，分析可得：每碰撞一次凹槽與物塊發(fā)生一次速度互換.對凹槽和物塊隔離進(jìn)行受力分析，判斷二者的運(yùn)動性質(zhì)，分析物理過程.由此，嘗試在同一坐標(biāo)系做出凹槽和物塊的v-t圖象.

（3）根據(jù)圖象7，試用勻變速直線運(yùn)動規(guī)律求時間.

（4）根據(jù)圖象7，判斷圖象所包圍的哪一部分面積表示凹槽的位移大小，試著求解.

案例分析統(tǒng)計可發(fā)現(xiàn)每一張高考試卷中都有很多涉及物理圖象的試題，就安徽省2014年高考試卷來看識圖、畫圖、用圖的試題就有6道題，比重很大.高考對日常教學(xué)有指導(dǎo)意義，物理圖象教學(xué)的重要性不言自明，物理圖象在物理教學(xué)中的舉足輕重.

結(jié)合典型習(xí)題，用物理圖象的策略來處理，對于習(xí)題本身來說可以更好的描繪物理圖景，幫助分析物理過程與狀態(tài)，正確建立物理模型，同時也有助于對習(xí)題進(jìn)行更多維度的有效討論和反思，將習(xí)題價值和教學(xué)功能最大化；對于學(xué)生而言，可以培養(yǎng)學(xué)生勤于深層思考，喜愛專研的習(xí)慣；提升學(xué)生數(shù)形結(jié)合，用數(shù)學(xué)方法分析物理問題的能力；同時可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，提高學(xué)生分析解決問題的能力.

2.4整合信息技術(shù)優(yōu)化物理圖象

信息技術(shù)與物理教學(xué)的整合，體現(xiàn)了物理教學(xué)的現(xiàn)代化，是物理教學(xué)的改革方向之一，也符合新課程改革的要求.將計算機(jī)信息技術(shù)優(yōu)化物理圖象，滲透到中學(xué)的物理教學(xué)之中，能夠提高課堂效率、提高學(xué)生的認(rèn)知和理解能力.

案例呈現(xiàn)——用matlab軟件繪制兩點(diǎn)電荷的平面電場線與等勢線、電場強(qiáng)度分量的曲面以及電場強(qiáng)度分量的曲線簇.

案例分析用軟件matlab繪制圖象，其原理是物理規(guī)律，正如用物理實驗獲取數(shù)據(jù)作圖一樣，有理有據(jù)，說服力很強(qiáng).依據(jù)物理規(guī)律方程，用數(shù)學(xué)軟件繪制物理圖象，能夠增強(qiáng)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法處理物理問題的意識和能力.通過圖象的方式描述物理規(guī)律，可以使物理規(guī)律更直觀，形象且內(nèi)涵更豐富，傳遞的信息量更大，學(xué)生更容易接受.同時物理圖象就是一幅物理圖景，分析研究物理圖景容易發(fā)現(xiàn)更詳細(xì)的物理現(xiàn)象和特殊狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律的可能性更大，是科學(xué)研究的重要方式，這對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力來說是一個有效途徑.圖象可以使單調(diào)的物理規(guī)律方程變得更豐富多彩，在空間維度上可以實現(xiàn)一維到二維再到三維的可逆轉(zhuǎn)化繪制，可以從不同角度，不同維度，不同側(cè)面上反映描述同一物理規(guī)律，是物理規(guī)律更清晰化，直觀化和多維化，更重要的是能更好的培養(yǎng)學(xué)生的空間思維、聚合發(fā)散思維及想象力.