物理解題“數(shù)學(xué)化”成因及矯正策略探討

姜建民

摘 要：物理學(xué)科是初中階段學(xué)生接觸的重點學(xué)科，學(xué)生在物理解題過程中常常出現(xiàn)“數(shù)學(xué)化”的思維傾向，這不利于他們物理思維的培養(yǎng)。文章針對物理解題“數(shù)學(xué)化”現(xiàn)象的成因展開深入分析，并提出可以有效矯正的對策，強(qiáng)調(diào)教師要從激發(fā)學(xué)生物理思維、創(chuàng)設(shè)物理知識體系、形成全新物理觀念等方面提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中;物理解題;數(shù)學(xué)化;成因;矯正

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2019）34-0061-02

物理和數(shù)學(xué)都屬于邏輯性較強(qiáng)的科目，但是和數(shù)學(xué)學(xué)科相比較而言，物理內(nèi)容又體現(xiàn)出不同的特征，若是在物理解題中運用“數(shù)學(xué)化”思維方式進(jìn)行解題，不僅不能把物理問題具體量化，更容易使學(xué)生把數(shù)學(xué)和物理知識混淆，不利于學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在物理教學(xué)過程中，教師會發(fā)現(xiàn)目前學(xué)生普遍存在這一“數(shù)學(xué)化”解題現(xiàn)象，這需要教師在教學(xué)實踐中總結(jié)原因，并采取有效的解決措施。

一、物理解題“數(shù)學(xué)化”問題概述

數(shù)學(xué)學(xué)科是科學(xué)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，標(biāo)志著定性認(rèn)識向定量化認(rèn)知的過渡，同時也是科學(xué)認(rèn)知走向完善不可缺少的工具。初中階段的物理學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)有非常緊密的關(guān)系，但是很多情況下學(xué)生在形成慣性思維之后，會習(xí)慣性應(yīng)用數(shù)學(xué)觀點理解物理規(guī)律，求解物理問題。這樣一來便會導(dǎo)致物理解題“數(shù)學(xué)化”，且這一問題在初中階段學(xué)生的物理學(xué)習(xí)中比較常見。物理解題“數(shù)學(xué)化”具有隱蔽性和迷惑性，學(xué)生自己往往無法輕易發(fā)現(xiàn)，只是在思考物理問題時有所體現(xiàn)。這就需要物理教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中的思維模式變化，如果出現(xiàn)物理解題“數(shù)學(xué)化”的情況，要及時指出，并引導(dǎo)其遵循物理思維的規(guī)律進(jìn)行思考，提高物理學(xué)科素養(yǎng)。

二、物理解題“數(shù)學(xué)化”的成因分析

1.思考方面存有“數(shù)學(xué)化”思維

學(xué)生在思考過程中往往站在數(shù)學(xué)角度對物理公式進(jìn)行理解。物理規(guī)律一般可以通過文字加以闡述，有時也使用圖象描述，但是更多還是以符號化的代數(shù)式來表示，也就是所謂的物理公式。物理和數(shù)學(xué)兩個學(xué)科的公式存在很大不同，主要體現(xiàn)出各自領(lǐng)域的學(xué)科意義，若學(xué)生站在數(shù)學(xué)角度思考物理問題和物理公式，便會對最終理解的準(zhǔn)確性造成影響。

初中階段的物理學(xué)科，其中一些知識點和數(shù)學(xué)知識有緊密聯(lián)系，很容易對學(xué)生形成誤導(dǎo)，如比較常見的密度公式、比熱公式、燃料燃燒值等知識點。因此，為了避免學(xué)生出現(xiàn)“物理思維的數(shù)學(xué)化”這一問題，教師在課堂上需要加強(qiáng)物理概念和規(guī)律的理論指導(dǎo)，并且分別從物理、數(shù)學(xué)兩個方面舉例，讓學(xué)生形成正確的認(rèn)知，逐步掌握物理規(guī)律。

例1：在分析光的反射規(guī)律實驗中，通過調(diào)整入射光的方向，得出以下幾組入射角和反射角數(shù)據(jù)，第一組是入射角α30°，反射角β30°;第二組是入射角α45°，反射角β45°;第三組是入射角α60°，反射角β60°，可得出結(jié)論為。

錯誤答案：入射角等于反射角。

錯誤分析：當(dāng)初中生遇到這一類問題時，首先必定會運用“數(shù)學(xué)化”思維方式思考該問題，只是觀察到了上述數(shù)據(jù)中數(shù)字的大小關(guān)系，但是并沒有真正針對物理量之間的邏輯關(guān)系展開深入分析。從物理思維的角度出發(fā)，因為先有入射光，才能會出現(xiàn)反射光，因為先有入射角才出現(xiàn)反射角，所以正確的答案應(yīng)當(dāng)是：反射角等于入射角。

2.忽視了物理教學(xué)內(nèi)容的物理意義

例2：依照歐姆定律可以得出變形公式R=，下列選項中對此公式說法正確的是 。

A.導(dǎo)體中的電流越大，電阻就越小

B.加在導(dǎo)體兩端的電壓只要越來越大，那么電阻就越大

C.導(dǎo)體的電阻和電壓成正比，和電流則成反比

D.導(dǎo)體的電阻等于導(dǎo)體兩端的電壓和電流之比

錯誤答案：C。

錯誤分析：學(xué)生在進(jìn)行建構(gòu)歐姆定律有關(guān)電流、電壓和電阻三者關(guān)系物理模型時，只是知道運用數(shù)學(xué)的抽象思維方式套用公式，或者直接將數(shù)據(jù)代入計算，通過比較計算結(jié)果的數(shù)據(jù)大小得出結(jié)論，在整個思考的過程中忽視了物理公式以及物理量的物理意義。因此，同一段導(dǎo)體的電阻是定值存在，不會因為電流或電壓的變化而產(chǎn)生變化，它的大小是由導(dǎo)體本身決定的，所以正確的答案應(yīng)當(dāng)是：D。

3.學(xué)生對于物理公式使用范圍不了解

教材中給出的所有物理公式各有不同的適用范圍，只有滿足了條件才能夠加以應(yīng)用，且物理公式和數(shù)學(xué)公式的適用范圍并不一致。如果學(xué)生缺乏對公式適用范圍的深入了解，在解題過程中只是生搬硬套，或者使用數(shù)學(xué)運算法則，將會導(dǎo)致結(jié)果錯誤。

為了避免這類問題的出現(xiàn)，教師需要在教學(xué)的過程中注意以下幾點。第一，著重介紹物理公式適用范圍，加強(qiáng)學(xué)生對物理公式的理解，并且讓學(xué)生學(xué)會區(qū)分物理公式和數(shù)學(xué)公式。例如公式Q=cmΔt，如果學(xué)生使用數(shù)學(xué)觀念進(jìn)行思考，那么該公式成立的條件是Q、c、m、Δt為任何實數(shù)。若是從物理角度思考，該公式僅在物質(zhì)不發(fā)生物態(tài)變化的前提下才成立。再如公式P=ρgh。使用數(shù)學(xué)思維進(jìn)行分析，ρ、g、h為任何實數(shù)，公式均成立，但是如果立足于物理角度，這一公式只是在進(jìn)行液體內(nèi)部壓強(qiáng)的計算時才可以應(yīng)用。第二，幫助學(xué)生了解公式中所有物理量的準(zhǔn)確含義，避免學(xué)生在今后解題中生搬硬套，導(dǎo)致計算結(jié)果出錯。

三、初中物理解題“數(shù)學(xué)化”的矯正策略分析

1.創(chuàng)新原有“數(shù)學(xué)化”思維，激發(fā)學(xué)生物理思維

當(dāng)前，部分初中生在沒有深入分析物理和數(shù)學(xué)之間關(guān)系的情況下，習(xí)慣運用“數(shù)學(xué)化”思維方式考慮物理問題，忽視了運用物理思維解決物理問題。學(xué)生往往高度重視物理量之間的數(shù)值關(guān)系，沒能充分了解物理概念本身具有的物理意義。所以，這就需要學(xué)生在解決物理問題時遵循以下的思維過程和步驟。首先，學(xué)生應(yīng)根據(jù)物理問題的問題情境，對物理圖像有清晰、正確的認(rèn)識，并創(chuàng)設(shè)出物理模型。其次，學(xué)生應(yīng)根據(jù)物理對象、過程以及條件等內(nèi)容，正確選擇物理定律和解題方式，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。最后，學(xué)生需要通過推演的方式獲取最終結(jié)果。在上述三個步驟中，第一點和第二點主要屬于形象思維，應(yīng)當(dāng)針對問題整體和定性展開分析，而第三點則是屬于抽象思維，需要根據(jù)概念規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系，逐步深入思考，從而得出最終結(jié)論。

2.重視物理教學(xué)內(nèi)容的物理意義，創(chuàng)設(shè)物理知識體系

當(dāng)學(xué)生把物理問題轉(zhuǎn)換成為數(shù)學(xué)問題時，有部分學(xué)生僅僅注重數(shù)學(xué)抽象，忽視了問題中包含的物理屬性，致使自己最終得出了純“數(shù)學(xué)化”結(jié)果。根據(jù)上述例2中的解析就能看出，初中生存在忽視物理概念、規(guī)律中的物理意義的現(xiàn)象，只是根據(jù)自己“數(shù)學(xué)化”的認(rèn)識和了解解決問題。雖然教師已經(jīng)在教學(xué)中給學(xué)生強(qiáng)調(diào)了物理概念、規(guī)律的重要意義，但是還有很多學(xué)生沒有把新的物理概念和規(guī)律與原有的知識經(jīng)驗相結(jié)合。所以，物理教師在教學(xué)中要逐漸引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理知識體系的建構(gòu)。學(xué)生可以通過小組合作的形式，一同整理和收集學(xué)習(xí)資料，充分調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，把知識和情境有效結(jié)合，不斷創(chuàng)新原有知識體系，逐漸深入了解物理概念和物理規(guī)律的重要意義，并應(yīng)用于解決實際問題中。

3.加大解題規(guī)范練習(xí)，形成全新的物理觀念

依照當(dāng)前學(xué)生把物理問題當(dāng)作數(shù)學(xué)問題進(jìn)行解決的現(xiàn)狀來看，學(xué)生的思維停留在最初的數(shù)值計算方面，未形成全新的物理觀念，也未形成運用物理觀念解決問題的物理思維。所以這就需要教師能夠加大對學(xué)生解題規(guī)范的指導(dǎo)，讓學(xué)生積極進(jìn)行規(guī)范練習(xí)，能夠?qū)懗稣_的公式和單位，并且還要嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的解題過程。只有運用這種教學(xué)方式，才能促使學(xué)生充分了解和掌握物理概念和規(guī)律的重要意義，讓他們學(xué)會從物理角度分析問題、思考問題，能夠在生活中運用物理思維解決問題。

綜上所述，在物理教學(xué)中，物理教師應(yīng)有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，使學(xué)生在遇到物理問題時，能夠通過物理思維看問題、想問題和探究問題。為有效轉(zhuǎn)變學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的“數(shù)學(xué)化”慣性思維，教師要具體分析成因，并積極尋求對策，從激發(fā)學(xué)生物理思維、創(chuàng)設(shè)物理知識體系、形成全新物理觀念等方面提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生成長成才。

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