關注學生的數學能力助力高中物理教學

丁五一

數學一直是物理發(fā)展重要支撐之一，正是因為數學理論和物理思維相互結合，很多物理問題才得以解決.在高中物理教學中，我們發(fā)現學生學習困難的原因之一就是數學能力較差.針對這一問題，筆者對如何優(yōu)化我們的物理教學有以下幾點思考.

1 物理教學設計前，了解學生的數學知識儲備

物理課程在進行改革的同時，學生初高中階段的數學所學也在發(fā)生著調整，物理教師要經常性地了解學生真實的數學基礎，明確學生在物理學習必備的數學知識方面還有多少缺失.從而基于上述情形更加合理地安排教學設計.高中物理的很多概念和規(guī)律都是要借助數學語言來描述，比如“速度”“電場強度”“電容”等物理量的定義就是用比值來定義；力的分解和合成方面對三角函數的要求非常高，類似的情況下，學生如果存在數學能力上的不足，則直接導致物理概念理解的困難，物理方法運用失當，進而導致相關問題解決上的錯誤.

2 恰當地使用數學語言，將數學融入物理

高中階段對物理內容進行表述時一般有三種形式：文字描述、圖像描述、方程描述.第三項其實就是指數學語言，這三種表述形式是互為補充的.教學中，只有幫助學生實現數學和物理的融合，才能使得學生切實地掌握概念和規(guī)律.實際情況中，很多同學不善于將物理和數學結合起來，通過兩種思維方法相互協(xié)調來理解物理規(guī)律、處理物理問題.而改變這一現象的關鍵就是訓練學生從物理角度熟悉數學語言，實現學科上的融合.具體做法有以下幾點.首先，新課教學時，在結合物理情境，完成物理規(guī)律的文字描述、圖像描述的基礎上，引導學生建立數學方程，在一系列推理和演繹中，實現物理內容表述形式上的靈活過渡；其次，在相關概念的建立中，盡可能用規(guī)范而嚴謹的數學語言來說明.

例如，在構建“瞬時速度”這個概念時，就要結合“平均速度”的理解，用“極限”的方法來認識它；再次，物理公式源于實驗數據進行數學分析，這一歸納總結的過程，教師要指導學生自己完成，形成自己對公式的認識，例如利用控制變量法來探究電阻定律，一組組數據采集之后，教師要引導學生通過計算、繪圖等手段總結正反比規(guī)律，最終歸納出電阻定律的公式：R=ρ[SX（]l[]S[SX）]，學生對自己歸納出的結論，自然會有更加深刻的理解；最后，針對具體的物理問題進行處理，教師要引導學生對問題情境進行分析，從中提取物理模型，再用數學語言來描述相關物理量之間的關系，逐漸形成解決問題的思路，從而讓學生實現物理規(guī)律的靈活使用.

3 注重學生數學方法的恰當使用

高中物理教學的一項重要任務是讓學生掌握一定的科學方法.所謂科學方法，總體說來就是分析解決科學問題的基本手段，它對物理學的發(fā)展有著至關重要的作用，也是有利于學生實現知識學習到能力提升的過渡.科學方法大多以較為松散的形態(tài)隱藏在教材的知識表述中，而學生往往由于過度重視知識和技能的學習，而忽略了科學方法的提煉，進而使得學生相關物理知識的學習也大打折扣.因此，日常教學中，教師應該有意識地進行科學方法教學.

高中物理中與數學相關的科學方法包括 “數學抽象”、“相似類別”、“數理演繹”等等.

例如：在解決追及與相遇問題時，我們有物理過程分析法、圖像法、相對運動法，同時還有一種純數學的方法：假設發(fā)生追及的兩個物體相遇的時間為t，圍繞位移關系來構建方程，最后化簡為一個一元二次方程，從根的判別式的角度來給出答案，這種解題方法就屬于“數學抽象”.

類似的問題不勝枚舉，而事實上，我們很多學生有著很扎實的數學功底，但是放在物理問題的大背景下，卻不會使用，這實質上就屬于科學方法的不足，針對這一局面，教師可以在教學過程中關注這樣幾點：首先是在物理知識的教學進程中，對其中隱含的科學方法進行顯性化處理，直觀地呈現出來，引起學生注意；其次是將教材中有關科學方法的使用過程徹底展示出來，例如動能定理、動量守恒定律都是基于大量的數據處理，通過數學方法將其歸納出來的，教師要引導學生在探究過程中，實現由實驗到結論的逐步完成，在實踐中獲取科學方法的體驗；再次是給學生方法上的點撥，引導他們自己來發(fā)掘教材中的科學方法；最后，學以致用很重要，給學生創(chuàng)設問題情境，讓他們在新問題的探究過程中鞏固和深化相關方法的掌握.

4 注重相關數學能力的培養(yǎng)

數學有著高度的概括性，這一特質為物理概念和物理規(guī)律的表述提供了最為簡潔的形式；同時數學思維的邏輯性和嚴密性也對人類物理研究有著推進作用.可以這樣說，任何層面的物理學習和研究離不開數學方法和思維，高考物理試題也很重視檢查學生數學知識的應用能力.當然學生具備某項數學能力，并不代表他能將其用于物理學習，因此在實際教學中，教師應注重學生這幾方面能力的培養(yǎng).

第一，引導學生能從物理問題中提取相關模型，進而轉化為數學問題來進行處理.對具體問題分析的時候，要綜合多種物理方法和數學方法進行分析，構建一系列的運動示意圖、數學方程、函數圖象等等.

第二，重視學生數學推導能力的培養(yǎng)，在物理規(guī)律的推論研究、物理問題的相關推理過程中，讓學生熟悉數學工具和數學方法的使用.

第三，重視估算能力的培養(yǎng)，萬有引力定律、分子熱運動、原子結構等章節(jié)，都給學生估算能力的訓練提供了很多問題，這種能力的培養(yǎng)有助于學生創(chuàng)新能力和開放性思維的提升.

第四，結合完整的物理認知體系，理順物理規(guī)律的數理關系，即既能通過物理表述想到數學表達，又能通過數學表達及時地聯系到物理情境.

5 把握運用數學能力的“度”，切忌喧賓奪主

數學在物理知識的構建和能力培養(yǎng)方面有著非常重要的作用，但是數學和物理有著明顯的差別，不能徹底代替物理.畢竟數學是從具體現象中萃取出來，高度抽象的科學，而物理以實驗為根基，研究的是具體的物質結構和物體運動規(guī)律，是一門實體性的學科.所以，將數學應用于物理時，要受到基本原理和實際條件的限制.在物理學習和研究過程中，數學只能定格為一種表述手段和推理工具，要切實的學好物理，還得靠結合物理探究和物理思維來實現.所以高中物理教學中，教師不能過度強調數學方法的演繹推理，這就會沖淡物理實質，影響學生相關能力的培養(yǎng).

綜上所述，高中物理教學要切實有效地將物理和數學整合起來，以數學為工具幫助學生進行物理學習，這不僅有助于學生實現多學科知識的綜合運用，而且有助于他們學習能力的培養(yǎng).