物理圖象教學意義和策略探討お

楊海青

1物理圖象教學的意義

1.1物理圖象的特點及教學意義

1.1.1物理圖象及其特點

物理圖象，表示兩個或兩個以上物理變量之間定性或定量關(guān)系的.物理圖象具有形象、直觀、動態(tài)變化過程清晰和信息豐富等特點，是描述物理過程，展現(xiàn)物理規(guī)律，揭示物理問題的重要方法之一，能將物理學科與數(shù)學、信息技術(shù)等其他學科有機地結(jié)合起來.啟迪學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)造能力，提高學生的綜合能力.

1.1.2物理圖象教學

物理圖象教學，即學生在物理老師創(chuàng)設的物理圖象學習情境中，在老師的指導和幫助下，在原有認識的基礎(chǔ)上，以物理圖象為載體認識物理客體，掌握物理基礎(chǔ)知識與技能，經(jīng)歷科學探究，學習科學方法，形成正確的情感、態(tài)度和價值觀，以實現(xiàn)科學素養(yǎng)全面發(fā)展的過程.在高中物理教學過程當中如果合理有效應用物理圖象，培養(yǎng)學生的圖象意識，有利于幫助學生理解并掌握物理概念和規(guī)律，有利于學生簡化問題過程，提高學生分析和解決物理問題的能力，有利于培養(yǎng)學生采用數(shù)形結(jié)合思想形象表達物理規(guī)律，靈活處理物理問題的能力.

1.1.3物理圖象教學意義

（1）物理圖象教學具有更前沿的教學理念

合理的設計和優(yōu)化物理圖象教學可以很好的提高對物理規(guī)律，定理的理解力和科學探究能力.多樣的物理圖象教學，可以豐富教學方式，能給學生更多的空間，在老師的指導和幫助下進行很大程度的自主科學探究，從而更好的培養(yǎng)學生的自主探究、自主學習、自主解決問題的能力.物理教學可以借助圖象吸收、整合、開放更多的教學資源，以此實現(xiàn)對教學重難點的有效突破；同時借助物理圖象還可以在教學內(nèi)容和教學方式上使物理貼近學生的生活，聯(lián)系社會的實際.

（2）借助于圖象提高分析解決問題能力

物理圖象的特點決定它能夠更好的提高學生的理解能力，物理圖象中蘊含更多的物理信息且清晰直觀，能夠有效培養(yǎng)學生的推理能力.物理圖象在描述物理現(xiàn)象，顯示物理狀態(tài)，反應物理過程上都更清醒，有助于簡化物理問題，提高分析綜合問題的能力.應用數(shù)學處理物理問題的能力中明確指出能運用數(shù)學函數(shù)圖象進行表達分析.實驗中處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，對結(jié)論進行分析和評價以及發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，培養(yǎng)這些能力，通過加強物理圖象教學會收的更好的效果.因此，從高考試題的考查側(cè)重點及五大能力要求看，提高學生物理圖象素養(yǎng)，提高分析問題、解決問題的能力，加強物理圖象教學是必要的更是很有意義的.

2教學策略

2.1物理規(guī)律教學中滲透利用圖象研究思想

物理規(guī)律反應物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運動中諸要素之間內(nèi)在的必然聯(lián)系，表現(xiàn)為某物理狀態(tài)或某物理過程中相關(guān)要素之間在一定條件[HJ1.46mm]下所遵從的關(guān)系.簡言之，物理規(guī)律就是定量性物理概念之間的數(shù)學函數(shù)關(guān)系.函數(shù)關(guān)系中的變量，原則上都可以用圖象來表達.所以物理圖象可以幫助學生從不同角度認識物理規(guī)律的物理意義.

案例呈現(xiàn)——彈力做功規(guī)律：

創(chuàng)建情境如圖1，將勁度系數(shù)為k的輕彈簧一端固定，另一端系一質(zhì)量為m的物體，彈簧水平放置，物體處在光滑的水平面上.O點是彈簧沒有變形時物體的位置，用手把物體拉倒P點，彈簧伸長為x2，然后由靜止釋放物體將從靜止開始在彈力作用下加速運動.求彈簧彈力做的功.

問題引導

（1）請嘗試建立坐標系，根據(jù)胡克定律做出彈力的圖象，由此思考可以由W=Fx計算彈簧彈力做的功嗎？

（2）圖象與坐標軸圍成的面積有沒有特殊的物理含義？

（3）嘗試利用面積表示功的物理意義，求物體從x1到x2的過程中輕彈簧所做的功（圖2）.

（4）若水平面不光滑，對彈力圖象有沒有影響？彈簧彈力做的功有沒有變化？如有，有什么變化？若將水平面改成傾斜面或者物體質(zhì)量變成原來2倍呢？

案例分析以知識建構(gòu)理論為教學指導，以問題引探為教學方式，用物理圖象討論彈力特點，進一步研究彈簧做功的物理規(guī)律.本案例中滲透了微元思想，數(shù)形結(jié)合的思想，化變?yōu)楹愕乃枷?，對于培養(yǎng)學生的思維能力，提高學生的科學素養(yǎng)很有幫助.

同時還可以將這種利用物理圖象研究的思想用于對勻變速直線運動速度、加速度、位移，平拋（類平拋）運動的軌跡、加速度、運動分解后的規(guī)律，萬有引力、孤立電荷電場力做功規(guī)律等物理規(guī)律的教學.

2.2強化用物理圖象研究實驗數(shù)據(jù)能力

物理教學必須以實驗為基礎(chǔ)，這一理念在物理教學界已達成共識.實驗的數(shù)據(jù)處理，是科學探究的重要環(huán)節(jié)，學生研究實驗數(shù)據(jù)的能力是非常重要的提出問題的質(zhì)疑能力和解決問題的探究能力.實驗數(shù)據(jù)處理的辦法很多，有表格法、列方程計算法、類比對比法、圖象法.就其處理結(jié)果的物理現(xiàn)象可預測性、物理規(guī)律可發(fā)現(xiàn)性、物理過程簡明性，較之而言，圖象法更好.在對實驗數(shù)據(jù)處理，對實驗結(jié)果結(jié)論的分析論證上有得天獨厚的優(yōu)勢，同時在實驗教學中，強化物理圖象教學，可以提高學生的實驗能力和發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的探究能力.

案例呈現(xiàn)——實驗：測定電源的電動勢和內(nèi)阻.

創(chuàng)建情境上節(jié)課我們在實驗室用伏安法測量了電源的[HJ1.5mm]電動勢和內(nèi)阻，其實還有其他很多方案來達成實驗目的.（多媒體投影電路圖如圖3、圖4），大家請看.

問題引導（1）研讀教材，領(lǐng)悟?qū)嶒炘?，嘗試由全電路歐姆定律推演上述兩種方案的原理表達式.

（2）若以I-R，U-R為坐標軸建立坐標系，圖象有什么特點？這樣進行數(shù)據(jù)處理方便繪制圖象嗎？精確嗎？

（3）想想加速度與質(zhì)量間的圖象是如何做的，在這里有何啟示？我們該選擇建立怎樣的坐標系？

（4）若由實驗數(shù)據(jù)繪制得到圖，則該電源的電動勢和內(nèi)阻分別為多大？若將縱軸換成1/U，對應電源的電動勢和內(nèi)阻分別為多少？

案例分析在實驗教學中強化物理圖象教學，通過問題鏈的策略，有效培養(yǎng)學生的作圖能力，提高圖象的物理分析能力，借此可以實現(xiàn)對學生實驗探究能力的培養(yǎng)和提高.

2.3提高利用物理圖象分析解決問題能力

物理習題教學，對有效完成教學的三維目標，提高學生的科學素養(yǎng)有積極作用.利用物理圖象描述物理現(xiàn)象，顯示物理狀態(tài)，反應物理過程，簡化物理問題，以此來分析物理習題，解決物理問題.物理圖象在習題教學中的合理有效使用，能提高分析解決問題的能力，使習題教學更有成效.

試題呈現(xiàn)（2014年安徽高考24）在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物塊B，物塊與左右兩邊槽壁的距離如圖6所示，L為1.0 m，凹槽與物塊的質(zhì)量均為m，兩者之間的動摩擦因數(shù)μ為0.05.開始時物塊靜止，凹槽以v0=5 m/s初速度向右運動，設物塊與凹槽槽壁碰撞過程中沒有能量損失，且碰撞時間不計.g取10 m/s2.求：（3）從凹槽開始運動到兩者剛相對靜止所經(jīng)歷的時間及該時間內(nèi)凹槽運動的位移大小.

問題引導

（1）凹槽與小物塊碰撞過程中，該系統(tǒng)是否滿足動量守恒？題干“物塊與凹槽槽壁碰撞過程中沒有能量損失”什么意思？請思考選擇物理規(guī)律，列出物理方程求解碰后二者速度.

（2）由上述求解公式，分析可得：每碰撞一次凹槽與物塊發(fā)生一次速度互換.對凹槽和物塊隔離進行受力分析，判斷二者的運動性質(zhì)，分析物理過程.由此，嘗試在同一坐標系做出凹槽和物塊的v-t圖象.

（3）根據(jù)圖象7，試用勻變速直線運動規(guī)律求時間.

（4）根據(jù)圖象7，判斷圖象所包圍的哪一部分面積表示凹槽的位移大小，試著求解.

案例分析統(tǒng)計可發(fā)現(xiàn)每一張高考試卷中都有很多涉及物理圖象的試題，就安徽省2014年高考試卷來看識圖、畫圖、用圖的試題就有6道題，比重很大.高考對日常教學有指導意義，物理圖象教學的重要性不言自明，物理圖象在物理教學中的舉足輕重.

結(jié)合典型習題，用物理圖象的策略來處理，對于習題本身來說可以更好的描繪物理圖景，幫助分析物理過程與狀態(tài)，正確建立物理模型，同時也有助于對習題進行更多維度的有效討論和反思，將習題價值和教學功能最大化；對于學生而言，可以培養(yǎng)學生勤于深層思考，喜愛專研的習慣；提升學生數(shù)形結(jié)合，用數(shù)學方法分析物理問題的能力；同時可以培養(yǎng)學生發(fā)散思維，提高學生分析解決問題的能力.

2.4整合信息技術(shù)優(yōu)化物理圖象

信息技術(shù)與物理教學的整合，體現(xiàn)了物理教學的現(xiàn)代化，是物理教學的改革方向之一，也符合新課程改革的要求.將計算機信息技術(shù)優(yōu)化物理圖象，滲透到中學的物理教學之中，能夠提高課堂效率、提高學生的認知和理解能力.

案例呈現(xiàn)——用matlab軟件繪制兩點電荷的平面電場線與等勢線、電場強度分量的曲面以及電場強度分量的曲線簇.

案例分析用軟件matlab繪制圖象，其原理是物理規(guī)律，正如用物理實驗獲取數(shù)據(jù)作圖一樣，有理有據(jù)，說服力很強.依據(jù)物理規(guī)律方程，用數(shù)學軟件繪制物理圖象，能夠增強學生用數(shù)學方法處理物理問題的意識和能力.通過圖象的方式描述物理規(guī)律，可以使物理規(guī)律更直觀，形象且內(nèi)涵更豐富，傳遞的信息量更大，學生更容易接受.同時物理圖象就是一幅物理圖景，分析研究物理圖景容易發(fā)現(xiàn)更詳細的物理現(xiàn)象和特殊狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律的可能性更大，是科學研究的重要方式，這對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力來說是一個有效途徑.圖象可以使單調(diào)的物理規(guī)律方程變得更豐富多彩，在空間維度上可以實現(xiàn)一維到二維再到三維的可逆轉(zhuǎn)化繪制，可以從不同角度，不同維度，不同側(cè)面上反映描述同一物理規(guī)律，是物理規(guī)律更清晰化，直觀化和多維化，更重要的是能更好的培養(yǎng)學生的空間思維、聚合發(fā)散思維及想象力.