數(shù)學(xué)方法在高中物理力學(xué)課程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

李華

【摘要】在新課程不斷深入和改革的大背景下，所有學(xué)科之間的貫穿已變得愈加普遍，在此之中，數(shù)學(xué)與物理之間的聯(lián)系也愈加緊密和顯而易見(jiàn)。因此，高中物理教師在開(kāi)展力學(xué)課程時(shí)，就要充分認(rèn)識(shí)到應(yīng)用數(shù)學(xué)方法的重要性和必要性，并始終基于學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展需求視角，讓數(shù)學(xué)知識(shí)充分在力學(xué)課程中發(fā)揮引導(dǎo)價(jià)值和教學(xué)優(yōu)勢(shì)，從而使學(xué)生能夠更加直觀、立體、清晰地掌握抽象的力學(xué)知識(shí)，為學(xué)生將來(lái)學(xué)習(xí)更高層次的物理知識(shí)奠定堅(jiān)固而夯實(shí)的根基。

【關(guān)鍵詞】高中物理? ?力學(xué)課程? ?數(shù)學(xué)方法? ?應(yīng)用措施

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1992-7711（2020）31-114-01

對(duì)于物理的教學(xué)而言，教師運(yùn)用數(shù)學(xué)方法及數(shù)學(xué)思維推動(dòng)學(xué)生展開(kāi)探索，能夠強(qiáng)化學(xué)生的科目融合性，并能使學(xué)生有針對(duì)性地將物理問(wèn)題與數(shù)學(xué)方法有機(jī)融合，并自主地展開(kāi)雙向探究，從而實(shí)現(xiàn)將物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題、又能從數(shù)學(xué)表達(dá)式中領(lǐng)悟物理問(wèn)題的內(nèi)涵。因此，物理力學(xué)的教師就要始終堅(jiān)持“以學(xué)生為主體”的教育理念，深入挖掘數(shù)學(xué)方法與物理教學(xué)有機(jī)結(jié)合的措施，從而真正實(shí)現(xiàn)提高高中物理教學(xué)效果、扎實(shí)雙科基礎(chǔ)知識(shí)的目的。

一、物理概念與數(shù)學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系?

?高中物理力學(xué)的知識(shí)內(nèi)容相對(duì)比較抽象，這不僅給教師的教學(xué)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)?，也給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了諸多困難?。在力學(xué)中有大量的公式，而這些公式?大部分都與數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)?。?如果物理教師?單純通過(guò)?文字輸出為學(xué)生講述公式推理?，不僅難以使學(xué)生深刻的理解其中的公式?，也很難正確?地運(yùn)用這些物理公式?，最終使得學(xué)生逐步對(duì)力學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)失去興趣?。?

（一） ?應(yīng)用數(shù)學(xué)方法定義物理概念?

首先，在中學(xué)物理課程的教學(xué)中?，常用的教學(xué)方法則為比值定義法?，即是通過(guò)兩個(gè)基本物理量之間的?對(duì)比?，定義一個(gè)新的物理量?方法?。?比值定義法中?最根本的?特點(diǎn)就在于?新的物理量?是對(duì)物質(zhì)?的數(shù)形進(jìn)行反映?，如：密度、加速率以及加強(qiáng)的物理量的定義?。?其次，在中學(xué)的物理中也存在著許多定律?，如：電阻定律、牛頓第二定律等等?，這些定律皆從實(shí)驗(yàn)中獲得?，并對(duì)其背后的抽象意義進(jìn)行理解?，最終定義為物理定律?，其中的物理公式則利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行表示?。?

（二）用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)對(duì)物理公式進(jìn)行推導(dǎo)?

在研究物理問(wèn)題時(shí)?，研究者常常會(huì)應(yīng)用到數(shù)學(xué)知識(shí)?。?比如?，在高中物理知識(shí)中?，“直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)?”知識(shí)點(diǎn)?就是利用三角法及代數(shù)法?等知識(shí)展開(kāi)探究?，從而使其中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡得以明確、立體和清晰?;數(shù)學(xué)中的矢量運(yùn)算法對(duì)物理中的“速度與位移?”的研究也有極大的推動(dòng)作用?。?另外?，物理學(xué)中常常通過(guò)數(shù)學(xué)知識(shí)?推導(dǎo)物理公式?，從而使基本公式向其他關(guān)系式進(jìn)行延展?，這不僅能夠降低新知識(shí)的難度，又能夠幫助學(xué)生更加立體、準(zhǔn)確的理解物理知識(shí)，從而使復(fù)雜的物理信息和問(wèn)題簡(jiǎn)單化、明晰化?。?

（三）應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)理解物理規(guī)律?

物理學(xué)科中有大量的規(guī)律和?概念?，其具有文字形式和數(shù)學(xué)形式的表述。數(shù)學(xué)形式與文字形式相比，其不僅能夠通過(guò)公式使表述概念更加直觀和形象?，也能夠通過(guò)圖像內(nèi)容使?概念或規(guī)律更加明確?。?因此?，數(shù)學(xué)教師通過(guò)數(shù)學(xué)方法?帶領(lǐng)學(xué)生掌握物理規(guī)律和概念，能夠更容易使學(xué)生理解，進(jìn)而提高規(guī)律和概念的應(yīng)用率?。?

二、數(shù)學(xué)方法在高中物理力學(xué)中的應(yīng)用?

（一）解析法的應(yīng)用?

對(duì)于高中物理力學(xué)中?的?“物理運(yùn)動(dòng)軌跡”知識(shí)而言?，大多數(shù)都是對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察?，并以此為依托，展開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)得到的?。?

比如?，教師在帶領(lǐng)學(xué)生探究高中物理力學(xué)中?“拋物體運(yùn)動(dòng)?”的知識(shí)?時(shí)，就可通過(guò)解析法進(jìn)行推導(dǎo)?，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該現(xiàn)象展開(kāi)觀察?，從而在?“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、理解問(wèn)題、解決問(wèn)題?”的過(guò)程中?推導(dǎo)出?拋物體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)?。?學(xué)生在?高中物理力學(xué)的學(xué)習(xí)?中，必須要結(jié)合生活、結(jié)合實(shí)際，并靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)方法，才能夠獲得更豐富的物理力學(xué)信息及物理力學(xué)技能?。

（二）結(jié)合法的應(yīng)用?

數(shù)與形之間可以進(jìn)行相互補(bǔ)充?、相互轉(zhuǎn)化?。?比如?，教師就可在?物理力學(xué)的教學(xué)中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合的方法?，能夠使抽象的物理關(guān)系和?知識(shí)?以立體、清晰的幾何形象展示在學(xué)生面前?。同時(shí)?，也能夠?qū)?幾何圖形轉(zhuǎn)化為物理數(shù)量關(guān)系?。?如：在學(xué)習(xí)彈力和摩擦力時(shí)?，教師就能通過(guò)數(shù)形結(jié)合的方式?，帶領(lǐng)學(xué)生深入理解彈力和摩擦力的定義?。?如圖1所示?，物體在經(jīng)過(guò)外力作用后發(fā)生形變?，若將?外力撤除?，物體能夠迅速恢復(fù)到原有狀態(tài)的力?，即為“彈力”。由于物體的形變方式多樣?，產(chǎn)生的彈力形勢(shì)也有所差異?。?如圖2所示?，阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)?的力叫做摩擦力?，摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向相反?。?

（三）極限法的應(yīng)用?

極限法在高中力學(xué)應(yīng)用中相對(duì)較為普遍?。比如?，教師可通過(guò)極限法的應(yīng)用，將力學(xué)中?的傾斜面轉(zhuǎn)化為垂直面或者水平面?，進(jìn)而使其中所?涉及的復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化?。?另外，通過(guò)極限法也能夠?qū)⒄诋a(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的物體看作為靜止物體?，將非理想物理模型轉(zhuǎn)化成理想的物理模型?。在實(shí)際應(yīng)用中?，教師在帶領(lǐng)學(xué)生?進(jìn)行定性分析力學(xué)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)用極限法可以?在解決問(wèn)題時(shí)?減少大量?不必要的繁瑣運(yùn)算?，只需展開(kāi)簡(jiǎn)單的計(jì)算，就能得出結(jié)論，解決實(shí)際問(wèn)題?。?

（四）微積分的應(yīng)用?

在力學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中?，教師也可通過(guò)微積分解決物理問(wèn)題?，通過(guò)微積分將力學(xué)的過(guò)程劃分為多個(gè)無(wú)限小的部分?。?在每一個(gè)組成部分中?，需要將其中持續(xù)性變化的物理量轉(zhuǎn)化為靜止的物理量?，進(jìn)而使其與?物理力學(xué)的知識(shí)產(chǎn)生聯(lián)系?，利用微積分對(duì)不同部分進(jìn)行積累?，最終獲得結(jié)果、得出物理?結(jié)論?。?這種方法?一方面能夠讓物理知識(shí)迅速?被學(xué)生掌握?，另一方面又能夠使物理問(wèn)題得以解決?。?在物理教學(xué)中應(yīng)用微積分?的知識(shí)可以?極為便捷地解決力學(xué)中變量的問(wèn)題?，這是數(shù)學(xué)知識(shí)在力學(xué)教學(xué)中有效的應(yīng)用之一?。? ?

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高中教師在開(kāi)展物理力學(xué)課程的教學(xué)時(shí)結(jié)合數(shù)學(xué)方法是提高課堂效率、優(yōu)化學(xué)生學(xué)科質(zhì)量的重要手段。故而，高中物理教師就要充分發(fā)揮數(shù)學(xué)方法的教育價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，探究數(shù)學(xué)方法與物理學(xué)科的合作性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)學(xué)方法提高高中物理力學(xué)課程教學(xué)效果的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]倪偉凱.試論高中物理學(xué)習(xí)中掌握數(shù)學(xué)方法的必要性 [J].課程教育研究，2018（05）：177.

[2]陳佳欣.高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)中數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用[J].中國(guó) 高新區(qū)，2018（01）：85.