浅谈物理图像教学_物理论文

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通过分析2003年全国综合理科能力测试(新课程卷)试卷的物理试题部分,我们可以发现,物理图像在解决物理问题的过程中起着非常重要的作用。在物理试卷的七个选择题和四个非选择题中,给出图像九幅,另有一实验题要求画出电路图。

一、物理图像的教学功用

1.利用物理图像形象的描述某一物理现象、物理概念、物理规律、物理过程

物理问题可以用文字表述、数学公式或者图像来描述。用公式表述称为代数法,用图像表述称为几何法。公式从数学角度看比较精确,但物理意义较为抽象;而物理图像则更加直观、生动、形象。在某些情况下,用图像来表述物理问题,往往比用语言或公式更加明确、形象,有利于学生理解和记忆。例如,力的平行四边形定则的三种表述方式中,以图像法最为直观明了。再如反射定律,折射定律的图像表示,比文字叙述更为简洁明了。其他图像如力的示意图、力的图式,电场线图、磁感线图、布朗运动图、各种光路图等,都可以形象的描述相对应的物理情景。

在物理学中,一个状态往往是由几个状态参量来表征的。如运动学中的匀速直线运动是由位移、速度、时间三个变量来描述的。理想气体状态是由压强、体积、温度三个变量来描写的。一个状态对应着一组状态参量,如果用状态参量作为坐标轴来建立坐标系,一个物理状态就可以由坐标系中的一个点表示。如匀速直线运动的v-t图上,直线上任一点表示该点的速度和时间。如果把物体所处的各个状态连结起来,就是物体的状态变化过程。

数学公式配合物理图像表达物理规律,可以加深学生对规律的理解。例如,光电效应中的爱因斯坦光电效应方程:E[,k]=(1/2)mv[,m][2]=hv-W,用数学公式表达了光电子最大初动能与入射光频率之间的关系。图1就形象的表达了光电子最大初动能与入射光强度无关,只随入射光频率而增大的线性关系,直观的看出光电效应的产生有一个最低频率(极限频率v)。

利用物理图像可以描述仪表的结构(如示波器的面板结构图、电火花计时器的结构图)、实验实物图及实验原理图等。如高考试题中游标卡尺的读数就要求学生既会操作又会读图。

2.利用物理图像帮助学生形成物理概念,建立物理规律

物理概念和规律往往是比较抽象的,在进行物理概念和规律的教学时,常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法来描述物理情景。通过利用形象化的物理图像,可以帮助学生理解和记忆抽象的物理概念、规律。例如,在电场和磁场的概念教学时,就可以用“光芒四射”的图像来描绘正点电荷的电场线,用“众矢之的”的图像来描绘磁场N极附近的磁感线。

热力学温标概念的形成就是利用物理图像的典型例子。在气体的p-t图上,在0℃时气体的压强并不等于零,说明气体的压强不是与摄氏温度成正比的。把p-t图中的直线向左方延长,交横轴于O点,其温度为-273℃,如果把-273℃作为原点重新建立坐标系,得到p-T图,则上述直线将通过新原点O,气体的压强和新的温标成正比。新的温标就是热力学温标。

利用物理图像建立物理规律在实验中经常用到。如欧姆定律的得出,就是将得到的实验数据(U、I值)在坐标系中描点,得到的I-U图像是一条过原点的直线,从而总结出了欧姆定律。

3.利用物理图像推导物理公式

物理公式一般多用代数方法推导,然而有些公式使用图像方法推导则较为简明、方便。例如,匀速直线运动的位移可以利用速度图像来求,即位移的数值等于v—t图中相应长方形的面积。同样,也可以利用匀变速直线动动的I—t图来求位移,即做匀速直线运动的物体,在时间t内的位移的数值等于速度图线下方的梯形的面积,具体推导过程参见人教社《全日制高级中学教科书(实验修订本)物理》第一册32页。

4.利用物理图像解答物理问题

这一点可以说是上述物理图像功用的综合运用。物理图像可以静态或者是动态的反映物理图景。它既可以描述某一静止的物理状态,也可以连续的描述某一动态变化过程。从物理图像入手,从形象化的条件分析入手,才能让学生有所启发,有所顿悟,提高其解决问题的能力。如伏安法测电阻时用描点法求电阻值。

学生在解决物理问题时,首先要在头脑中形成正确的物理图景,而在形成物理图景的过程之中,图像可以使之迅速有效的形成完整、正确的物理图景。例如,在解决力学问题时,受力分析的作图过程,实际上是一个思考、推理、想象的过程,这一过程既能使复杂问题简明化,又能使已知量、未知量关系清晰化,在分析作图的过程中,有效的提高了学生想象、判断、推理、归纳、演绎等能力,为创造能力的培养提供必要的准备。

5.物理图像教学有助于培养学生的形象思维能力

形象思维是在感情认识的基础上通过意象,联想和想象来揭示客观对象本质及其规律的思维形式。形象思维是通过生动的形象来反映客观世界的。物理形象思维是以物理表象为思维材料而进行的思维。物理表象是物理形象在人脑中的间接的概括的反映,而物理形象主要来自于实践。

科学研究表明,人脑左半球的主要功能是以分析为主的语言思维、逻辑思维,具有理性认识的功能。人脑右半球与知觉和空间有关,它具有绘画的、音乐的、综合的、整体的和几何——空间的鉴别能力,具有形象思维,直观思维的作用。人的一切思维活动,都是通过左右两个脑半球的协作完成的。右脑潜能的开发,对于学生形象思维能力、创造能力的培养有很大的作用。为了活化右脑机能,可以通过物理图像的教学,培养学生的绘图能力、图像识别能力、空间想象能力、形成物理图景的能力,发展其形象思维能力。

二、加强物理图像教学的措施

1.充分利用形象化的教学手段丰富学生的物理表象储备,使学生形成正确的物理形象

形成正确的物理形象是进行物理形象思维的基础,只有形成正确的物理形象,才能画出有助于解决问题的物理图像,才能排除次要因素的干扰,抓住问题的本质特征,形成正确的物理表象,并可以在此基础上创造出新的形象。

首先,教师要充分利用板书、板画、挂图、演示实验等手段,充分发挥电化教学的优势,利用录像、投影、计算机等多媒体技术,使物理课堂教学形象生动,让学生在一个形象化的物理世界里探究物理规律。在教学过程中要充分发挥物理实验的形象化作用。任何物理实验都要有实验装置、实验过程、实验现象、实验结果分析等。实验装置具有空间形象,实验过程具有动态形象,实验现象具有生动的直观可感形象,实验结果分析常常采用数学图形的形象。教师还要注意发挥生动、形象化的教学语言和体态语言的作用,不断启发学生想象、联想,用形象化的思维把学生引入宏观至天体宇宙、微观至电子的无穷时空。这样有利于学生对物体及其运动规律作更深入的分析和把握。

其次,物理教学要言之有物,要以观察、实验为基础,以情景、表象为依据,使教学过程情景交融,有“物”有“理”。在日常生活中,我们常常要利用听觉、视觉、嗅觉、味觉、动觉、平衡知觉、空间知觉、色彩知觉、时间知觉甚至错觉来感知各种现象,这些感知在学生头脑中形成了大量的物理形象。在教学过程中,运用科学、形象生动的语言描述学生已经感知过的物理现象、物理过程、物理图景,从而使学生回想起已有的物理形象,要通过教学将学生的生活图景转化为正确的物理图景,将物理形象根植于学生的大脑中,从而提高他们的形象思维能力。

第三,要充分重视教材中的物理图像。教材中的物理图像常常配有文字说明,教师要使学生在学习中把图像与文字说明结合起来认识,把两者联系起来记忆。这样的记忆要比单纯以文字或公式要科学的多,而且容易记忆。在以后的具体应用中,看到文字,也就很容易“显现”出物理图像;看见图像,也知道如何用文字或公式去分析、描述问题。

2.让学生理解、掌握图像的物理意义

物理图像具有明确的物理意义,对它的理解不能仅仅停留在数学中函数图的认识上,而应该透过物理图像中的点、线、面把握它所表达的物理量间的变化关系及变化条件。平面几何图、代数坐标图、立体直观图、空间投影视图、剖面图等是物理图像的重要组成部分,要注意把握其物理意义。例如,对于坐标图,其坐标轴必须标明相应量的单位,而曲线上某点处切线斜率、曲线下方的面积一般也都具有具体的物理意义,利用物理图像运算时其结果也必须注上相应的物理量单位。

3.在解决物理问题的过程中要充分运用图像

物理问题的解决一般需要经历两个阶段。在第一阶段,主要是调用存储在右脑半球的形象材料,进行形象思维,作整体和定性的分析。在第二阶段,主要是调用左脑半球的抽象材料,进行抽象思维,通过建立物理模型,将具体的物理形象抽象为一个理想化形象,从而解决问题。据此,在解决物理问题的教学过程中,应采取以下的步骤:第一,让学生根据问题情景初步勾画出相应的物理形象,形成正确清晰的物理图景。第二,通过分析问题的原型,依据对象、条件、过程等因素,启发学生深化、活化已有的物理形象,构建正确、清晰的物理图像,从而对问题有一个完整、形象的认识。第三,依据物理图像建立相应的物理模型,正确选取物理定律、公式等,并将物理问题转化为数学问题。第四,进行数学推演,进行计算、讨论,得出结论。

在解决问题过程中,要鼓励学生联想。在教学过程中,要求学生每遇到一个问题都要能从不同的角度、不同方面进行思考、联想,以调用与该问题有关的表象,并与问题作对比,形成新的物理形象,提高形象思维的丰富性。同时,要求学生能够围绕问题有计划、有目的、有步骤的展开联想,提高形象思维的自觉性和目的性。

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