高中物理教學(xué)中圖的價(jià)值與應(yīng)用研究お

車偉

縱觀近幾年的高考物理試卷，圖形、圖象在解決物理問題時(shí)起著非常重要的作用，并且，物理圖形、圖象的題目也越來(lái)越多，所占的分?jǐn)?shù)比值也越來(lái)越大.因此，高中物理圖的價(jià)值和應(yīng)用的研究意義非凡.本文結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)案例，具體從圖的類型、教育學(xué)心理學(xué)的角度出發(fā)，論述高中物理教學(xué)中圖的應(yīng)用的理論依據(jù)、教育價(jià)值以及主要策略.

1物理教學(xué)中圖的應(yīng)用價(jià)值

1.1圖象在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)以及高考的考綱都明確規(guī)定：根據(jù)物理問題，能借助于幾何圖形、函數(shù)圖象等方法，通過作圖、析圖、解圖等找到物理所要解決的問題.尤其是實(shí)驗(yàn)中，用“圖”的情形更多，在物理實(shí)驗(yàn)中，用圖象分析、處理數(shù)據(jù).如高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)中，圖象就有勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、豎直上拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，都用到圖象.

如勻加速直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖象和v-t圖象.

如圖1中①表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng).（斜率表示速度v）；②③表示物體靜止；④物體向反方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；⑥t1時(shí)刻物體位移為x1.

物理中，用圖形、圖象解決的問題很多，運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等方面的習(xí)題，都與圖象、圖形有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，應(yīng)用很普遍.再如電學(xué)中的電源的伏安特性曲線、力學(xué)中的單擺的T-L曲線等，在物理教學(xué)中，圖形和圖象是物理學(xué)、物理教學(xué)中的重要元素.

1.2高中物理教學(xué)中，概念圖的應(yīng)用價(jià)值

物理教學(xué)中，圖的運(yùn)用教師們多會(huì)關(guān)注圖象的運(yùn)用，而忽略了概念圖的作用.而概念圖在物理教學(xué)中，同樣意義非凡.

（1）先行組織者的策略.

所謂先行組織者，指的是學(xué)生所要學(xué)的新知識(shí)和已經(jīng)掌握的知識(shí)間架起的一座橋梁，這個(gè)橋梁就是“概念圖”.概念圖能激起學(xué)生對(duì)所學(xué)過的知識(shí)的回憶和對(duì)新知識(shí)的探討的欲望.概念圖在每一個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)中都有用場(chǎng).如學(xué)習(xí)《摩擦力》這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，新課程標(biāo)準(zhǔn)要求兩課時(shí)完成，分別是靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件、方向判斷以及大小的計(jì)算.學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力之前，就可以用概念圖的形式復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過的靜摩擦力的知識(shí)而過渡到滑動(dòng)摩擦力的學(xué)習(xí)上.此時(shí)概念圖，不僅“溫故而知新”，更重要的是為學(xué)習(xí)新知識(shí)做好了方法上的準(zhǔn)備，因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦和靜摩擦的知識(shí)結(jié)構(gòu)完全相同，并且知識(shí)間也有關(guān)聯(lián)性.

在《力的相互作用》中，彈力和摩擦力的學(xué)習(xí)時(shí)，都可以使用“力的概念圖”——作用點(diǎn)、大小和方向等復(fù)習(xí)相關(guān)的“力”的知識(shí)和概念，使學(xué)習(xí)摩擦力和彈力更省時(shí)省力.

（2）課堂小結(jié)策略

80%以上的老師在課堂小結(jié)時(shí)，都會(huì)使用圖表、圖例等形式讓學(xué)生回顧一節(jié)課的所學(xué)知識(shí)，這里的圖表、圖例等就是“概念圖”.如學(xué)習(xí)“平拋運(yùn)動(dòng)”等時(shí)，概念圖就是行之有效的課堂小結(jié)方式.如表1.

高中物理復(fù)習(xí)課旨在系統(tǒng)復(fù)習(xí)所學(xué)的物理知識(shí)，用所學(xué)的知識(shí)提高解題能力.在復(fù)習(xí)時(shí)，多數(shù)教師習(xí)慣于先將知識(shí)串講一遍，再進(jìn)行針對(duì)性的訓(xùn)練.而概念圖的使用可以使學(xué)生對(duì)所要學(xué)習(xí)的知識(shí)一目了然.如復(fù)習(xí)《平拋運(yùn)動(dòng)》時(shí)，可以使用概念圖如圖3所示.

顯然，這個(gè)概念圖不僅有效復(fù)習(xí)了所學(xué)的知識(shí)，更為應(yīng)用做了鋪墊和準(zhǔn)備.

2物理教學(xué)中的“圖”的意義

2.1圖使解決問題簡(jiǎn)單化

物理學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的分析，往往借助于圖象，通過圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，不僅直觀、形象，還可以減少誤差，并分析誤差的成因.如a-F的圖象，根據(jù)圖象和F軸相交于A，與a軸相交于B，那么，可以斷定，截距OA，表示平衡摩擦力，截距OB，表示過度平衡摩擦力.

2.2圖是探究物理的基本方法.

研究物理方法有觀察法、實(shí)驗(yàn)法等，但是都離不開圖象，圖象是觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，同時(shí)，反過來(lái)，圖象也利于觀察和實(shí)驗(yàn)，更方便實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和數(shù)據(jù)的分析，因此，圖象法是探究物理的基本方法之一.

物理中的圖象，反映物理量之間的關(guān)系.如力學(xué)中的a-F圖象，反應(yīng)的是加速度a與力F之間的關(guān)系：F=ma，從公式中可以看出，物體所受的力越大，加速度就越大，反之，力越小，加速度就越小.那么，從圖象上更可以直接看出加速度a和力F之間的關(guān)系，因?yàn)閍-F圖象是一條斜向上的直線，不難看出a與F是正比例函數(shù)，因?yàn)?，正比例函?shù)的圖象是直線.

再如，“一定量的氣體在溫度t不變的前提下，壓強(qiáng)p與體積V的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過p-V圖象和p-1/V的比較和擬合，發(fā)現(xiàn)p與V成反比，因?yàn)椋瑘D象是雙曲線.同時(shí)，根據(jù)雙曲線的性質(zhì)，更直接判斷p與V成反比的結(jié)論.

3圖象的物理意義

3.1“點(diǎn)”的意義

物理學(xué)中的“點(diǎn)”有很多，如截距點(diǎn)、交點(diǎn)、極值點(diǎn)、拐點(diǎn)等等.這些點(diǎn)的物理意義基本和數(shù)學(xué)中的點(diǎn)的意義相通.如“截距點(diǎn)”，數(shù)學(xué)上的“截距”是直線、曲線與縱軸和橫軸相交的交點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離，而物理中的“截距點(diǎn)”是一個(gè)物理量為零時(shí)，另一個(gè)物理量是多少，反應(yīng)的是物體的一個(gè)狀態(tài).

同樣，交點(diǎn)、極值點(diǎn)等也與數(shù)學(xué)的交點(diǎn)、最大值、最小值有聯(lián)系，且意義相同.如物理中的“極值點(diǎn)”指的是該點(diǎn)附近的物理量的變化趨勢(shì)，那個(gè)點(diǎn)表示的是最大值.物理中的“拐點(diǎn)”指的是物體在運(yùn)動(dòng)過程中，在該點(diǎn)處發(fā)生了突變.

物理中的這些特殊點(diǎn)，利于我們分析物理現(xiàn)象或者分析數(shù)據(jù)等時(shí)的應(yīng)該密切關(guān)注的地方，也是物理圖形、圖象的基礎(chǔ).

3.2“線”的意義

物理學(xué)中的“線”指的是圖形、圖象的直線和曲線的切線，通常情況下，物理中用得最多的是斜率的概念.斜率一般表示兩個(gè)物理量的比值，如s-t的圖象的斜率是v.

物理中，根據(jù)圖象、圖形計(jì)算、求解的例題很多，如：根據(jù)F-t圖象求最大速度.分析：因?yàn)閍=F/m，v=v0+at=v0+Ft/m，所以Ft積最大的時(shí)候速度最大.

物理中的圖形、圖象使物理問題簡(jiǎn)單化、直觀化、形象化，[LL]給問題的解決提供了快捷和便利.

3.3“面”的意義

物理中有一些圖象的圖線與橫軸所圍的面積的值，它通常表示一個(gè)物理量.如圖4的陰影部分分別是F-s、F-t表示的是“沖量”和“功”.

3.4圖在物理中的運(yùn)用

總起來(lái)說，圖在物理中的運(yùn)用，除了作圖題，用圖解決問題的形式也很多，如求截距.

再如：在xy平面內(nèi)有一列沿x軸正向傳播的簡(jiǎn)諧橫波，波速為3.0 m/s，頻率為2.5 Hz，振幅為8.0×10-2 m，已知t=0時(shí)，P的位移為y=4.0×10-2 m，速度沿y軸正向，Q點(diǎn)在P點(diǎn)的右方9.0×10-1 m處，對(duì)于Q點(diǎn)來(lái)說：

A.在t=0時(shí)，位移為y=-4.0×10-2 m

B.在t=0時(shí)，速度沿y軸負(fù)方向

C.在t=0.1 s時(shí)，位移為y=-4.0×10-2 m

D.在t=0.1 s時(shí)，速度沿y軸正方向

解λ=1.2 m， T=0.4 s.

[TP1GW172.TIF，Y#]

即PQ相距四分之三波長(zhǎng).

再者，利用圖象求斜率、求極值以及分析運(yùn)動(dòng)情境等，但在運(yùn)用圖象解決實(shí)際問題時(shí)，務(wù)必注意物理量之間的關(guān)系，應(yīng)學(xué)會(huì)看圖、分析圖.

總之，“圖”在高中物理教學(xué)和學(xué)習(xí)中，居重中之重地位，圖象、圖形的運(yùn)用在高考的試卷上已經(jīng)彰顯其重要性，要提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，“圖”不可忽視，在解決實(shí)際問題時(shí)，圖使問題簡(jiǎn)單明了、生動(dòng)直觀.在教學(xué)中，應(yīng)充分培養(yǎng)學(xué)生的識(shí)圖、作圖、解圖能力，努力提高解題能力和物理素養(yǎng).