高中數(shù)學(xué)物理跨學(xué)科課程整合研究

摘 要：數(shù)學(xué)和物理都屬于理科范疇內(nèi)的科目，兩者之間也有著很強的關(guān)聯(lián)性。在學(xué)習(xí)物理之前，學(xué)生必須首先在數(shù)學(xué)方面打下堅實的基礎(chǔ)，這樣在學(xué)習(xí)物理時就能夠更加順利。另外，在這兩大科目同時教學(xué)的過程中，教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)方法上進行調(diào)整，將數(shù)學(xué)中的解題方式有效運用到物理中。

關(guān)鍵詞：高中物理教學(xué);數(shù)學(xué);分類;整合研究

一、 引言

數(shù)學(xué)中包含許多較為系統(tǒng)且能夠廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域的獨特思想和方法，如數(shù)字與圖形的結(jié)合以及函數(shù)等。由于高中物理的復(fù)雜性，為了幫助學(xué)生理解得更加深入，就可在教學(xué)中充分利用這些方法。

二、 數(shù)學(xué)和物理的關(guān)系

（一） 數(shù)學(xué)是物理的語言

數(shù)學(xué)可以精確而簡明地將物理概念和規(guī)律表述出來。在物理學(xué)中存在著很多的概念、規(guī)律以及公式，用數(shù)學(xué)作為物理的語言，可以簡潔明了地表示出各個物理量之間的關(guān)系。在物理學(xué)中經(jīng)常使用函數(shù)關(guān)系來表達物理量之間的關(guān)系，揭示其中的物理含義。也經(jīng)常使用圖表來表示物理中物理量的數(shù)量關(guān)系和物理情境。

（二） 數(shù)學(xué)是物理的工具

想要解決物理問題，必不可少的步驟就是把物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題：首先物理試題給出了物理情境以及相關(guān)的參量后，要求學(xué)生能夠?qū)η榫尺M行分析，找出各因素間的物理關(guān)系，并且建立解決問題所需要的方程式或者不等式，用最簡便的方法解答。同時還要根據(jù)結(jié)果進行判斷或者討論，而在這一過程中要選用恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律，還要求學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)知識并能夠運用由此可以看出要解決物理問題，就必須運用數(shù)學(xué)知識。

（三） 高中數(shù)學(xué)和物理的相關(guān)性

在高中的物理課程的學(xué)習(xí)中需要的數(shù)學(xué)知識大概有代數(shù)運算、平面幾何、立體幾何、解析幾何、函數(shù)、向量等。在解決物理問題時，肯定要運用代數(shù)運算，在分析實驗數(shù)據(jù)要運用到函數(shù)圖像的知識。

三、 高中物理教學(xué)中數(shù)學(xué)思想方法運用

（一） 數(shù)學(xué)思想讓物理教學(xué)變得簡單

數(shù)學(xué)和物理的教學(xué)目的都是研究自然規(guī)律，通過這些自然規(guī)律讓人更好的生活。數(shù)學(xué)和物理不僅目的相同，數(shù)學(xué)更是物理的基礎(chǔ)。物理學(xué)上的公式離不開數(shù)學(xué)的邏輯推導(dǎo)、物理學(xué)上的定律也要依據(jù)最基本的數(shù)學(xué)規(guī)定。最偉大的物理學(xué)家之一愛因斯坦在研究物理時，也經(jīng)常向數(shù)學(xué)家請教。如果不了解數(shù)學(xué)、物理中的定律、公式我們就只知道是什么，卻不知道它們?nèi)绾瓮茖?dǎo)出來，又為什么以那樣的形式呈現(xiàn)。而了解數(shù)學(xué)，有助于將復(fù)雜的物理公式變得簡單化，掌握推導(dǎo)這些公式基本過程的方法。

（二） 物理定律發(fā)現(xiàn)離不開數(shù)學(xué)思想

物理定律的發(fā)現(xiàn)主要是通過實驗，但是實驗的結(jié)果卻需要運用數(shù)學(xué)方法計算，而且物理定律一般用數(shù)學(xué)公式來表達，比如著名的高斯公式、格林公示、散度、旋度場等這些電磁學(xué)的定律，都離不開數(shù)學(xué)思想的支持。

（三） 有助于提高學(xué)生的能力

物理定律原本是科學(xué)抽象而來，要形成具體的公式，必須運用數(shù)學(xué)語言。在高中物理教學(xué)中諸如電阻定律、歐姆定律、楞次定律等重要定律，學(xué)生在學(xué)習(xí)時只知道這些定律的公式是什么。如果在物理的教學(xué)中運用數(shù)學(xué)思想，學(xué)生不僅僅會記住這些定律，還會明白定律的推導(dǎo)方法，知道如何把這些定律應(yīng)用到日常的實踐中。

四、 物理數(shù)學(xué)跨學(xué)科教學(xué)策略

（一） 模式

從高中生的學(xué)習(xí)情況來看，其在數(shù)學(xué)方面的學(xué)習(xí)更加系統(tǒng)化，而物理的學(xué)習(xí)則相對零散，為了改善這一問題，就可充分利用數(shù)學(xué)思想。因此，教師在教學(xué)時應(yīng)當(dāng)利用數(shù)學(xué)方式進行講解，幫助學(xué)生完成物理公式的推算和模型的建立，之后再引導(dǎo)學(xué)生去探索不同量之間存在的關(guān)聯(lián)，使學(xué)生逐步學(xué)會通過建立模型來解答問題。以地球的轉(zhuǎn)動這節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)為例，其中會涉及一些符號的具體表示方式，如質(zhì)量為m，周期為t，學(xué)生就可借助這些符號建立相應(yīng)的模型。另外，在這一過程中還充分運用了數(shù)學(xué)中的方程思想，進而使學(xué)生對物理知識的理解更加深刻。

（二） 形式的選擇

物理問題中往往會涉及較多的概念，并且不同的概念在表達上也存在著較大的差異，這就加大了學(xué)生理解的難度，使其容易混淆，因此教師就可在形式上進行轉(zhuǎn)換，充分利用數(shù)學(xué)方法。以電動勢這節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)為例，學(xué)生在學(xué)習(xí)伏安法時能夠理解的得更加深入，但是對于表示方式，如安歐法理解起來較為困難，因此就必須借助實驗操作來完成，但學(xué)生在這一思考過程中很容易發(fā)生偏差，這時教師就可有效運用數(shù)學(xué)辦法，將原有的公式轉(zhuǎn)變?yōu)楹瘮?shù)方程，并引導(dǎo)學(xué)生畫出相應(yīng)的坐標(biāo)圖。在這種情況下，不同量之間的關(guān)系就顯而易見，這不僅能夠有效增強學(xué)生的推理能力，同時還能使其對公式的掌握更加深入。

（三） 有機結(jié)合

應(yīng)用數(shù)學(xué)思想方法是為物理學(xué)習(xí)服務(wù)的，因此是否使用數(shù)學(xué)思想方法，使用到什么程度是需要遵從有機結(jié)合原則。使用數(shù)學(xué)思想方法的目的就是更簡潔，更靈巧地解答物理問題。數(shù)學(xué)思想與方法不足將導(dǎo)致學(xué)生在解決物理問題，特別是較復(fù)雜物理問題的時候遇到困難而受阻，學(xué)生無法將面臨的物理問題轉(zhuǎn)化為合適的數(shù)學(xué)問題，也就談不上接下來用數(shù)學(xué)方法來解決這些問題，導(dǎo)致學(xué)生面對困難有心無力。數(shù)學(xué)思想和方法的過度會導(dǎo)致煩瑣地數(shù)學(xué)運算掩蓋了問題的物理本質(zhì)，或許也能解答問題，但不僅耗費了時間，也沖淡了對問題的物理本質(zhì)的理解。運用數(shù)學(xué)思想與方法，只是解決物理問題的輔助手段。因此，在解決物理問題的時候，對物理過程的分析依然至關(guān)重要，只有在整體上分析清楚了物理過程和整個過程中的物理特征，形成了清晰的物理圖景，建立起正確的物理模型，對條件和隱含的條件有了充分的認(rèn)識以后，才能用相應(yīng)的數(shù)學(xué)思想和方法加以解決。因此，在反復(fù)滲透的教學(xué)過程中，利用適當(dāng)時機，對某些數(shù)學(xué)思想方法概括、強化和提高，對它的內(nèi)容、名稱、規(guī)律、使用方法適度明確化，是掌握、運用數(shù)學(xué)思想方法轉(zhuǎn)化為能力的前提。在日常教學(xué)中，要有目的的啟發(fā)學(xué)生自覺地、充分地運用自己掌握的數(shù)學(xué)理論研究物理問題和分析物理現(xiàn)象，使學(xué)生一開始就做到數(shù)理有機結(jié)合，逐漸養(yǎng)成良好的數(shù)學(xué)習(xí)慣。

五、 結(jié)語

實踐表明，數(shù)學(xué)與物理是一個密切聯(lián)系的有機整體，它們之間相互影響，相互促進。在教學(xué)中應(yīng)抓住契機，適時地挖掘和提煉，促使學(xué)生去體驗、運用數(shù)學(xué)思想方法，建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和完善的能力結(jié)構(gòu)，從而提高教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]曹衛(wèi)華.高中物理探究式教學(xué)數(shù)學(xué)思想方法的滲透策略[J].中學(xué)物理，2013，11（9）：55-56.

[2]徐衛(wèi)兵.中學(xué)物理中“類比思想”的教學(xué)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2013（10）：54.

作者簡介：

包朋波，山東省海陽市，山東省海陽市第一中學(xué)。