數(shù)學(xué)圖像在高中物理核心概念教學(xué)中的應(yīng)用研究

【摘 要】數(shù)學(xué)圖像在高中物理核心概念教學(xué)中的應(yīng)用是物理-數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)遷移理論下應(yīng)運而生的。文字描述、公式表達(dá)、數(shù)學(xué)圖像是物理概念學(xué)習(xí)的三種主要的途徑，數(shù)學(xué)圖像法在物理核心概念教學(xué)中一般結(jié)合公式表達(dá)更形象理解該概念或利用圖像來導(dǎo)出有關(guān)公式得到概念的深層含義。本文數(shù)學(xué)圖像結(jié)合《加速度》這一課的教學(xué)案例展開研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)圖像 核心概念 加速度

一、選題意義和研究價值

17世紀(jì)，法國數(shù)學(xué)家笛卡爾就意識到“幾何的直觀與推理的優(yōu)勢和代數(shù)機械化運算的力量”，之后牛頓和伽利略相繼把坐標(biāo)軸和數(shù)學(xué)函數(shù)應(yīng)用予物理問題的研究。數(shù)學(xué)與物理結(jié)合提供給物理學(xué)習(xí)和教學(xué)一個簡便有效的途徑?，F(xiàn)行的物理課程標(biāo)準(zhǔn)和全國考試大綱中對數(shù)學(xué)知識在物理理解和解題中能力做了明確的要求。

物理是高中各個科目中較難的一門科目，大部分學(xué)生表示即使花大量的時間在物理學(xué)習(xí)中，卻難以提高對物理知識的理解和應(yīng)用。這主要是因為高中物理較初中物理更為抽象，而學(xué)生習(xí)慣了利用貼近生活的形象模型去思考和得出規(guī)律。數(shù)學(xué)圖像在高中物理教學(xué)中有著深刻的意義。它能夠把枯燥、難懂的知識用圖形直觀、形象的表達(dá)出來，使解題思路清晰和理解物理概念更加深刻化。

本文嘗試對數(shù)學(xué)圖像法在物理概念教學(xué)中的初探，試圖為物理核心概念的教學(xué)尋求更為豐富的教學(xué)理論且在一定程度上為克服學(xué)生對物理較難理解的知識點的恐懼找到有效的辦法，讓學(xué)生有學(xué)習(xí)物理概念的途徑，積極投身物理學(xué)習(xí)。

二、課題研究的核心概念

數(shù)學(xué)圖像主要指的統(tǒng)計圖和數(shù)學(xué)函數(shù)圖像，物理教學(xué)中涉及的圖像包括結(jié)構(gòu)圖、思維導(dǎo)圖、實物圖、草圖和示意圖等。但本文主要研究數(shù)學(xué)圖像即統(tǒng)計圖和數(shù)學(xué)函數(shù)圖像在物理核心概念教學(xué)中的有效遷移。

物理核心概念是位于物理學(xué)科中心的概念知識，是反映物理現(xiàn)象和物理規(guī)律本質(zhì)的主要部分，是物理學(xué)科的主干。加速度是高中物理中較為重要的一個物理核心概念，是研究勻變速直線運動的基礎(chǔ)，也是力與運動的橋梁。

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質(zhì)特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象，是觀察。實驗和思維相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)學(xué)圖像可以直觀、清晰表達(dá)不同物理量之間的本質(zhì)關(guān)系和內(nèi)在含義，便于學(xué)生理解和記憶。

三、以《加速度》教學(xué)為例進(jìn)行研究

第一，教材分析。本節(jié)課的概念較為抽象，而加速度是高中物理教與學(xué)的重點和難點。在學(xué)生的生活經(jīng)驗中，與加速度有關(guān)的現(xiàn)象并不常見。教材利用轎車和列車起步的對比，要求學(xué)生從具體的問題了解“速度快”“速度變化大”“速度變化快”的含義不同。教材提出用v-t圖像描述物體運動速度變化情況，設(shè)計了“思考與討論”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生加深對加速度概念的理解。

第二，學(xué)情分析。對于高一的學(xué)生，加速度是一個全新的概念，但學(xué)生在學(xué)習(xí)“速度”概念時，已經(jīng)具備識別和利用x-t圖像的能力。由于速度和加速度都是利用比值定義的物理量，在x-t圖像和v-t圖像中有較多學(xué)習(xí)思維方式的一致性，所以在本節(jié)加速度的教學(xué)過程中，可以利用速度的教學(xué)方法進(jìn)行類比教學(xué)。這樣不僅有效學(xué)習(xí)加速度的定義，還可以復(fù)習(xí)速度的相關(guān)知識，促進(jìn)知識的遷移。

第三，教學(xué)流程設(shè)計。（1）引入：結(jié)合教材播放小車、摩托車和火車從靜止運動到具有某一速度的視頻。（2）討論：它們的運動有何特點？如何比較不同物體速度變化的快慢？（提醒學(xué)生：之前在概念“速度”的學(xué)習(xí)中使如何比較物體運動快慢的）（3）類比x-t圖像通過斜率求速度的方法，得出可以用v-t圖像的斜率求解加速度。（4）加速度的應(yīng)用。描述圖3中五條圖線表示的運動。（3）與（4）又有什么共同點？

（結(jié)合該圖像還可以對勻變速直線運動位移公式進(jìn)行推導(dǎo)）

數(shù)學(xué)圖像為高中物理教學(xué)提供了一條有效提高學(xué)生興趣和理解能力的途徑，促進(jìn)學(xué)生思考，自主認(rèn)識和理解物理概念和規(guī)律。在實際高中物理教學(xué)中，大多數(shù)教師都能意識到函數(shù)圖像對幫助學(xué)生分析和理解物理問題的作用，在講授新課時注重與圖像法相結(jié)合，但實際教學(xué)效果卻并理想，學(xué)生只是簡單地記憶所學(xué)的函數(shù)圖像，對圖像揭示的物理意義卻沒能很好地掌握。即使有些學(xué)生能夠理解圖像的意義，對分析和使用圖像卻很生疏。學(xué)生對數(shù)學(xué)圖像的重視程度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上課程標(biāo)準(zhǔn)和考試大綱的要求的。強調(diào)數(shù)學(xué)圖像法在物理教學(xué)中的作用和價值，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合圖像法分析思考物理問題、徑向及科學(xué)探究的能力，對改進(jìn)高中物理教學(xué)效果、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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