圖像在初中物理教學(xué)的應(yīng)用

【摘要】物理圖像能形象體現(xiàn)物理量間的關(guān)系，能直觀描述物理變化過程。物理圖像有利于學(xué)生思維發(fā)展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，在教學(xué)過程中，常能起到其他方法無法替代的作用。

【關(guān)鍵詞】圖像 初中物理 教學(xué) 應(yīng)用

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）32-0148-02

布魯納的結(jié)構(gòu)-發(fā)現(xiàn)教學(xué)理論提出，知識的呈現(xiàn)方式是促進學(xué)習(xí)的一個重要條件[1]。動作表象、圖像表象與符號表象是人們認識和表征外部世界的三種信息加工系統(tǒng)[2]。圖像形象、直觀反應(yīng)物理量間的關(guān)系，是用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的方法。圖像在初中物理教學(xué)中的重要性日益凸顯，但在現(xiàn)實教學(xué)中，圖像教學(xué)存在瓶頸，影響圖像教學(xué)效果，本文結(jié)合初中生的實際情況，探索圖像教學(xué)的優(yōu)化措施，以提高初中物理教學(xué)效果。

一、圖像在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的重要性

（一）圖像在物理教學(xué)中的特殊功能

圖像是指直角坐標系中表示兩個相關(guān)物理量之間函數(shù)關(guān)系的圖線[3]。在物理中，直角坐標系中的橫坐標與縱坐標分別代表不同的物理量，蘊藏著一定的因果關(guān)系。圖線的變化，形象地展現(xiàn)了兩個物理量間的關(guān)系，同時兩者間的變化規(guī)律也直觀的體現(xiàn)出來。圖線的斜率、二次函數(shù)的解析式等是數(shù)學(xué)工具在解決一些物理問題上的應(yīng)用。因此在物理教學(xué)中，應(yīng)充分利用物理圖像，讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)與物理相結(jié)合的魅力。

（二）圖像有助于學(xué)生對物理知識的理解

合理應(yīng)用圖像，能夠?qū)?fù)雜的物理過程簡單化，有助于學(xué)生對物理知識的理解。如物理學(xué)中有些物理量采用比值法定義，借助正比函數(shù)圖像，可以直觀體現(xiàn)兩個物理量間的正比關(guān)系，讓學(xué)生更深刻地理解物理概念。筆者采用對照實驗，對兩個層次相當(dāng)?shù)陌嗉壏謩e用圖像法及解析法講解物態(tài)變化，并讓兩個班級學(xué)生當(dāng)堂做“本章練習(xí)”，采用解析法教學(xué)的班級有49人，答對20人，正確率40.8%，采用圖像法教學(xué)的班級有47人，答對34人，正確率72.3%。以上說明圖像法教學(xué)有助學(xué)生對物理知識的理解。

（三）圖像有利于初高中銜接

《普通高中物理課程標準》要求高中生要能夠“從定性和定量兩個方面進行科學(xué)推理、找出規(guī)律”，“會使用各種方法和手段分析、處理信息”，數(shù)學(xué)函數(shù)圖像能夠在“量”上很好地體現(xiàn)初高中銜接，因此初中物理教學(xué)中應(yīng)滲透圖像教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用圖像分析物理問題，為今后高中學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

二、初中物理圖像法教學(xué)的瓶頸

（一）學(xué)生抽象思維不足影響對圖像的理解

圖像雖然能夠直觀體現(xiàn)各物理量間的關(guān)系，但畢竟不是直觀描述，需要一定的抽象思維。而初中生的思維正處于由形象思維向抽象思維過渡，但仍以形象思維為主，因此部分學(xué)生體現(xiàn)出對圖像的理解較為困難。函數(shù)圖像在物理中具有豐富的內(nèi)涵，直角坐標系中的x軸y軸分別代表著不同的物理量，圖線特點反映兩個物理量間的關(guān)系。例如，學(xué)習(xí)物體運動s-t圖像時，學(xué)生常認為圖線是物體的實際運動軌跡，無法把數(shù)學(xué)知識和物理原理相結(jié)合，思維的障礙，使得不同學(xué)科難以融合。

（二）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不能滿足解析物理圖像的需要

解析物理圖像問題往往要借助相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，如函數(shù)等。在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)過的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識不能滿足解析物理圖像的需要，如八年級上學(xué)期，學(xué)習(xí)運動圖像時需要用到一次函數(shù)，但數(shù)學(xué)一次函數(shù)到八年級下學(xué)期才學(xué)習(xí)；九年級上學(xué)期，在解決電學(xué)相關(guān)問題時要用到二次函數(shù)，但數(shù)學(xué)二次函數(shù)在九年級下學(xué)期才學(xué)習(xí)。由于學(xué)生缺乏一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，導(dǎo)致學(xué)生對圖像一知半解。

三、優(yōu)化圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

（一）借助圖像，建立物理概念

數(shù)學(xué)上，斜率表示“一條直線相對于橫坐標軸的傾斜程度”，但在物理中，隨著坐標軸代表的物理量不同，斜率代表的物理意義也不同。如果是s-t圖像，斜率表示“速度”；m-v圖像，斜率表示“密度”；“U-I”圖像，斜率表示點“電阻”。由以上幾個物理概念的建立，我們可以看到，函數(shù)圖像上某點的切線斜率代表兩個物理量的比值，這一思想可以遷移到其他物理概念的學(xué)習(xí)中。有些地方，圖線圍成的面積也代表一定的物理意義。如在I-R圖像中，根據(jù)U=IR，圖線中某點的縱坐標和橫坐標所夾的面積代表電壓U；在I-U圖像中，根據(jù)P=UI，陰影部分的面積代表電功率P這一概念；在v-t圖像中，根據(jù)S=vt可知，圖線與t軸所圍成的面積代表路程S。

（二）借助圖像，尋找物理規(guī)律

物理規(guī)律是各種物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律[2]。函數(shù)圖像中的圖線能夠直觀描述物理過程，把變化過程的動態(tài)特征形象展現(xiàn)出來。因此，在進行物理規(guī)律教學(xué)時，應(yīng)用圖像能使學(xué)生更深刻地理解物理規(guī)律。

勻速直線運動物體具有什么特點呢？根據(jù)v-t圖像可知，速度v不隨時間改變，根據(jù)s-t圖像可知，物體通過的路程與時間成正比。凸透鏡成像教學(xué)是難點，如何引導(dǎo)學(xué)生更直觀找到物距、像距和焦距之間關(guān)系？如果我們從u—v圖像，不難看出當(dāng)f

（三）借助圖像，進行實驗分析

1.借助圖像，形象對比

物體熔化具有什么特點？如果我們引導(dǎo)學(xué)生把溫度隨時間變化過程用圖像描繪出來，學(xué)生就不難發(fā)現(xiàn)這兩種物質(zhì)溫度變化規(guī)律是不一樣的。A這類物體只有加熱到一定溫度才開始熔化，熔化過程吸收熱量，但是溫度保持不變，這類物質(zhì)為晶體。B這類物質(zhì)熔化過程吸熱溫度不斷升高，為非晶體。通過圖像如圖5，學(xué)生能更直觀理解晶體與非晶體的區(qū)別。

2.借助圖像，尋找關(guān)系

在探究歐姆定律過程中，學(xué)生在坐標圖上畫出電阻一定時，電流隨電壓變化的圖像，可以直觀得出：電阻一定時，電流與電壓成正比的關(guān)系（同時也說明電阻是導(dǎo)體的屬性，與電流、電壓大小無關(guān)）；同樣道理得出：電壓一定時，電流與電阻成反比。

3.借助圖像，剔除錯誤數(shù)據(jù)

在“測量液體密度的實驗”中得到的數(shù)據(jù)如下表：當(dāng)我們把所得數(shù)據(jù)繪制成圖線，會發(fā)現(xiàn)第四組數(shù)據(jù)偏離圖線較遠，說明這組實驗是錯誤的。

（四）借助圖像，解決物理問題

物理問題的解決，體現(xiàn)了學(xué)生對所學(xué)的物理概念、規(guī)律、原理的理解和應(yīng)用[2]。有些物理變化過程較為復(fù)雜，初中生較難理解，此時如果教師借助圖像再現(xiàn)情景，常能化繁為簡，讓學(xué)生柳暗花明又一村。

綜上所述，我們可以看到圖像無論在概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)、實驗教學(xué)或解決物理問題中，都發(fā)揮了其他方法難以取代的作用，因此在平常教學(xué)過程中，應(yīng)提倡解析法與圖像法有機結(jié)合，數(shù)與形相互補充，從而進一步發(fā)展學(xué)生的思維能力和分析解決問題的能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]莫雷.教育心理學(xué).廣州：廣東高等教育出版社，2002：113～115

[2]劉磊.函數(shù)圖像法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究，上海師范大學(xué)碩士論文，2013

[3]陳然，高瑞苑.初中物理圖像的教學(xué)策略.《考試周刊》，2015年第11期

作者簡介：

朱藝華（1978-），女，福建漳州人，中學(xué)一級教師，本科學(xué)士學(xué)位，主要從事中學(xué)物理教學(xué)。