高中物理圖像教學的困惑與思考

徐小慧

摘 要： 在物理學中，圖像具有不可替代的作用。圖像可以形象地表征物理圖景、物理問題，可以直觀地動態地描述物理規律，同時也是處理實驗數據的有效工具。因此在教學中必須給予高度的重視。作者在高三教學中，發現學生經過兩年多的學習，對圖像的理解和應用仍存在很多問題。比如學生在熟悉的物理情景中，應用熟悉的物理圖像（受力分析圖，運動示意圖，v-t圖等）很熟練。但是將處理圖像問題的方法遷移到陌生的情景、陌生的圖像時則出現很大困難。這給教學帶來什么啟示呢？作者就自己的理解，闡述了在圖像教學中的困惑與思考。

關鍵詞： 高中物理 圖像教學 方法遷移

考試大綱明確要求學生具有應用數學處理物理問題的能力，其中一項就是運用幾何圖形、函數圖形進行表達。近幾年，高考物理對圖像的考查頻率和要求越來越高，因為圖像是物理學中的引入概念，總結規律重要方法，是培養學生視覺空間智能及創新思維能力的重要手段。所以教師比較注重圖像的教學，然而學生對于圖像的理解和應用情況并不理想。在教學中碰到這樣的兩道題，引發了筆者的思考。

1.一物體做直線運動，其加速度隨時間變化如圖所示，則（ ）

A.1s-2s時間內物體做勻減速運動

B.2s末物體運動的速度為零

C.1s末，物體運動的速度為2m/s

D.0-1s時間內的速度變化量為2m/s

在高三后期碰到此題，本以為學生能輕而易舉解決的問題，因為平時對經常遇到的圖像的掌握情況良好，并且a-t圖也遇到不止一次了。但事實是很多學生錯了。錯誤一：錯當做v-t圖處理。錯誤二：認為a-t圖與坐標軸圍成的面積是瞬時速度。

2.有一顆繞地球做勻速圓周運動的衛星，其運行周期是地球近地衛星的2根號2倍，衛星圓形軌道平面與地球赤道平面重合，衛星上有太陽能收集板可以把光能轉化為電能，提供衛星工作所必需的能量。已知地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，忽略地球公轉，此時太陽處于赤道平面上，近似認為太陽光是平行光，則衛星繞地球一周，太陽能收集板的工作時間為（ ）

此題要求學生準確做出反映題目信息的示意圖。據示意圖求解。學生問題一：作圖意識薄弱，有相當一部分同學沒有作圖而去憑空想象給解題帶來很大障礙。學生問題二：不能準確地將語言信息轉化為圖像信息。發現學生對圖像的掌握存在問題后，筆者出了一套跟蹤題，涉及陌生的函數關系圖（如Ek-x，v-x圖像等）及應用示意圖或函數圖像解題的題目，發現這確實是學生的短板。由此可以得出結論：學生對圖像的理解和應用未上升到方法，思想的層次，所以在遷移到新情景新圖像中出現困難。

物理學家勞厄說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西。”那么在圖像教學中應該為學生剩下什么呢？應該是利用圖像解決問題的思想和能力。因此高考中在重視對基礎知識考查的同時，越來越強調能力，尤其是知識遷移能力的考查，它要求考生舉一反三，融會貫通地將知識遷移到新情景中去。什么是遷移能力呢？是將所學的知識和方法應用于新情景，解決新問題是所體現出來的素質和能力。包括對新情景的感知和處理能力，舊知識與新情景的鏈接能力，新問題的認知和解決能力。如何提高學生解決圖像問題的遷移能力呢？

一、加強基本圖像的教學，使學生具有畫圖意識，掌握處理圖像問題的基本方法。

巧婦難為無米之炊，之前沒有扎實的基本知識和技能，遷移便無從談起。因此，在高中基本圖像教學中，要向學生強調圖像的重要性。蘇霍姆林斯基說，要教學生把題畫出來。那教師就要說，你要把題畫出來。這種說法對高中物理來說，一點不過分。因為運動學中我們要畫運動示意圖，v-t圖，力學中要畫受力分析圖，電磁學中要畫U-I圖，電場線，磁感線，軌跡圖，等等。準確地作圖可以說時解題的關鍵一步。因此在教學中需要教師不斷強化作圖的意識，拓展學生分析和解決物理問題的思路，培養學生識圖、畫圖、應用圖像解決物理問題的能力。

同時，在面對新的學習任務時，教師要有意識有目的地引導學生關注新舊知識之間的共同因素，將已經掌握的圖像的知識和方法遷移到新知識的學習中。因為知識技能之間的共同因素是產生遷移的重要客觀條件。比如在學習法拉第電磁感應定律中磁通量與時間的函數圖像時，在解決圖像斜率的含義的問題時，引導學生回憶以前學習的圖像是怎么得出斜率的含義的，最易聯想到v-t圖像，因為a=△u/△v，而E=n△φ/△t，所以可以順利地得出φ-t圖像的斜率為E/n。

二、引導學生概括基本原理，基本方法，是遷移的關鍵。

美國心理學家賈德通過實驗得出，在先期學習A獲得的東西，之所以能遷移到后期學習B，是因為在學習A時獲得了一般原理，這種一般原理可以部分或全部運用于B之中。根據這一理論，產生遷移的關鍵，是學習者在這兩種活動中概括出它們之間的共同原理。概括化水平越高，越能深刻地理解內部規律，越容易發現新舊知識或技能之間的關系，越有利于產生遷移。反之，如果不概括，不總結，只是掌握一些零碎的知識，就不能抽象概括出共同原理，更不能構建出知識結構網絡，那就給遷移帶來很大阻力。

例如高考中經常考查的函數圖像，可引導學生總結概括處理函數圖像題的方法，一是充分挖掘圖像中的信息，理解物理現象和物理過程，利用合適的物理規律找到橫軸和縱軸兩個物理量之間的函數關系式，這往往是解題的關鍵。二是抓住特殊點（包括端點、交點、極值點、拐點、截距點等）所表示的物理含義。經過在所教班級實驗，在總結出規律并不斷強化后，學生在新情景中處理此類問題時，較之以前正確率提高了。

三、促進正遷移，避免負遷移。

遷移就是先前的學習對現在學習的影響。遷移有積極的一面也有消極的一面，正遷移指先前掌握的知識和技能對后續學習起到的促進作用。負遷移指先前掌握的知識和技能對后續學習起干擾作用。比如學生會因為x-t圖像某點的切線斜率表示瞬時速度，而推斷非線性電阻的U-I圖某點的切線斜率就表示此電壓下電阻。產生錯誤的原因是什么呢？學生要么沒有透徹理解切線斜率表示的物理意義是什么，要么就是對瞬時速度或電阻定義的理解存在問題。所以在教學中教師應引導學生正確認識學習材料間的共同因素，并通過比較認識它們之間的區別。在上面的例子中，瞬時速度與電阻的定義都是比值定義法，但是又有不同。瞬時速度v=△x/△t，而電阻R=U/I，所以電阻等于與原點連線的斜率。在教學中，我們要強調知識方法應用的條件，提出具有一定變化的問題，加強靈活運用知識的訓練，使學生克服定向思維的影響，形成良好的思維品質。

四、創造知識技能應用遷移的機會，循序漸進地培養學生的遷移能力。

任何能力的獲得都需要一定的訓練，遷移能力也不例外。教師應該注意在平時的教學中有計劃有步驟地培養這種能力，尤其是遇到新的情景新的圖像時，抓住機會，指導學生進行知識的遷移，從中學會遷移的基本步驟。首先，盡快熟悉新的情景，抓住表征物理問題的特點和關鍵點。其次，從認知結構庫中搜索此類問題的模型，將問題類化。再次，應用處理此物理模型的方法，具體分析新問題，從而得出正確的結論。

總之，教是為了不教，現在是知識爆炸的時代，信息更新速度飛快，而圖像是處理信息非常有效且直觀的工具。我們應該在教學過程中，不斷提高學生在新情景中自覺準確地應用圖像的能力。

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