高中物理圖像起點教學的思考與實踐

　　在物理學中，物理量之間的關系不只可以用公式表示，也可以用圖像表示。圖像是數與形的結合，是具體與抽象的結合，它能夠直觀、形象、簡潔地呈現出兩個物理量之間的關系，清晰地展現物理過程，正確地反映物理規律，是分析研究物理問題常用的重要方法。但從平時的教學高考反饋的信息來看，學生運用圖像解決物理問題的能力較差，可見，圖像教學既是中學物理教學的重點又是難點。勻速直線運動的“x-t”圖像、“v-t”圖像看似簡單，卻是升入高中的新生接觸的難點之一，因此學好這兩種圖像不僅可以順利地銜接好初高中的物理教學，而且會為今后其他圖像的學習打下良好的基礎。但無論人教版還是教科版教材，對這兩個看似簡單的圖像講解都過于簡潔籠統，而且不少教師也認為這兩個圖像太簡單，學生肯定容易掌握，導致教學中重視不夠。然而學生對這兩種圖像的理解和掌握并不到位。本文在分析這兩種圖像難點形成原因的基礎上，提出相應的教學策略及措施。
　　一、難點形成的原因
　　1?郾學生的生活經驗與物理知識的科學性不一致。
　　由于生活經驗的思維定勢，高一新生對物理學中的“時間”與生活中的“時間”、對“位置”與“位移”常混淆不清，對用數學坐標軸表示時間感到不理解，等等。
　　2?郾圖像牽涉的數學知識較多，學生運用數學解決物理問題的能力不夠。
　　初中物理對利用數學知識解決物理問題的要求不高，而高中“x-t”圖像、“v-t”圖像牽涉到解析幾何、三角函數、解直角三角形等知識，把這些知識與物理圖像相聯系，對高一新生來說還是有一定困難的。高中的物理教材和數學教材在學科交叉與銜接上存在一定的問題，物理中需要的數學知識有的還沒有學到，如直線的斜率、截距等。
　　3?郾學生對矢量的概念理解不透徹，掌握不到位。
　　高一學生剛接觸矢量和標量的概念，對位移矢量x、速度矢量v在坐標軸上的正負反映了矢量的方向認識不深刻。
　　4?郾學生對圖像的抽象思維不夠，形成了圖像學習的思維障礙。
　　初中物理研究的大多是實實在在的物體，知識的傳授大多建立在形象思維基礎上，學生的抽象思維能力相對薄弱，物理規律圖像化常使學生覺得抽象難懂。如把“x-t”圖像誤認為質點運動的軌跡，其原因是沒有把數學中的函數知識進行有效的遷移，抽象思維不夠。
　　二、兩種圖像的教學策略及措施
　　1?郾建立鮮明的物理圖景，使抽象思維形象化。
　　由于學生的抽象思維能力不夠，因此在教學中，要通過建立鮮明生動的物理情景，引導學生經過自己的分析、歸納等思維過程作出圖像，使學生認識到物理圖像是探求物理規律的一條重要的基本途徑。其基本程序：選取研究對象→進行物理測量→列表記錄數據→畫出直角坐標系（寫單位、定標度）→根據數據描點→把點連成平滑線段（直線或曲線）。
　　例如：不少學生對圖（1）所示勻速直線運動的“x-t”圖像較難理解，如果直接用位移時間的函數方程來分析，效果不太好。這里可以形象地描述一輛汽車的運動情況，如圖（2），并引導學生根據測量數據列出表（1），再以位移為縱坐標，時間為橫坐標作出圖（1）。依次進行如下討論：從表中數據分析出汽車作什么運動？速度大小是多少？其圖像是什么形狀？汽車運動方向如何？描點時這些點的分布有何特點？從圖像中能否求出速度大小？怎樣求？通過作圖使學生領會如何正確地、合適地選取坐標的標度，圖像怎么畫才盡可能準確。通過小組討論，培養學生的看圖能力，以及利用圖像分析尋求物理規律的能力。
　　2?郾運動圖像和實際運動相聯系進行“圖與物”的變通。
　　學生初學圖像時易把位移圖像看成物體的運動軌跡，因此教師要注意強調它們是根本不同的兩個問題。引導學生注意理論聯系實際，由物體的運動圖像描述出物體的運動情況，從物理圖像分析物理過程；或者根據物體的運動情況畫出物體的運動圖像，將物理過程表述為物理圖像，即“圖與物”的相互變通。
　　例如：圖（3）為四個做直線運動物體的位移圖像，試分析比較它們的運動情況。
　　這四個物體的位移圖像都是直線，其位移都隨時間均勻增加，說明都向同一方向（h8G/Y9LOpUQBP4C22p5VjJLPD6SThSkbXfJuLChfMxs=位移的正方向）作勻速直線運動，只是速度的大小不同。為了幫助學生理解這四個圖像對應的物體的運動，可以想象為四個百米賽跑運動員：發令槍響，a、b兩運動員從起跑線以不同速度勻速出發，c運動員則“搶跑”——在發令槍響前t時刻就已經出發，因此在發令槍時刻（t=0已跑到正前方s處）；d運動員則反應遲緩，發令槍響時（t=0）從起跑線后x出發。
　　3?郾運動圖像和數學函數式相聯系進行“圖與式”的變通。
　　引導學生寫出圖（3）中a、b、c、d四個圖像的位移x隨時間t變化的函數關系式。指出在x=kt+b中k是常數，反映直線的傾斜程度，數值上等于運動速度的大小，并得出v>v>v>v。截距b為t=0時刻物體的初始位置，正截距表示物體初始位置在坐標原點的前方，負截距表示初始位置在坐標原點的后方。
　　4?郾位移圖像與速度圖像相比較、類比進行“圖與圖”的變通。
　　學生初學速度圖像和位移圖像時，常常把兩者混同起來，教學中可通過討論讓學生對兩個圖像進行比較、判斷。如一條傾斜直線，在位移圖像和速度圖像中分別反映哪兩個物理量之間的關系？分別表示物體做什么運動？分別反映的什么物理規律？再讓學生完成這兩個圖像的變通。
　　例如：圖（4）為一物體的位移—時間圖像，請在圖（5）中畫出速度—時間圖像。
　　引導學生由圖（4）分析出，0—4s內，物體從坐標原點x=0處勻速運動到x=8m處，速度大小為2m/s；4—6s內，物體停在x=8m處，6—8s內，物體又從x=8m處勻速返回到x=0處，速度大小為4m/s，速度的方向與0—4s內的方向相反。最后在速度—時間圖像中畫出相應的圖像。
　　總之，物理圖像的教學，一方面要從學生已有的數學及物理知識入手，另一方面要注重在教學中從構建學生良好的圖像認知結構上下功夫，在培養學生形象思維和抽象思維相結合上下功夫，這樣才能夠獲得較好的教學效果。