浅谈物理图像教学
通过分析最近几年全国综合理科能力测试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。而且有关图像的题目大体上呈现增加的趋势,所以物理图像的教学很值得我们去思考去研究。
一、物理图像在教学中的作用
1、利用物理图像可以直观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、数学公式或图像来描述。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,力的平行四边型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、力的图示、电场线图、布朗运动图、各种光路图,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征的。如运动学中的匀速直线运动是由位移、速度、时间三个量来描述的。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接起来,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:Ek=mvm2=hν-W,
用数学公式表达了光电子的最大初动能与入射光频率之
间的关系。如图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ν)。
利用物理图象可以描述仪表的结构、实验实物图像及实验原理图等。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
物理概念和物理规律往往是比较抽象的,在进行物理概念和物理规律的教学时,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”的图像来描绘负点电荷的电场线。
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
物理公式一般都用代数的方法推导,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图形的面积,具体推导可参见教材。
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动态的反映物理情境。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。如用图像分析追及相遇问题,伏安法测电阻时用描点法求电阻值。
5、物理图像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。物理形象思维是以思维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,而物理形象主要来源于实践。
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,只有形成正确的形象思维,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,充分发挥多媒体教学的优势,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宇宙天体、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、嗅觉等来感知各种现象。这些感知在大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、物理情景,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和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,就很容易显现物理图像;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及变化条件。要注意把握其物理意义。例如:对于坐标图,其坐标轴必须表明相应量的单位,而曲线上某点切线斜率、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,主要是调用左办脑的抽象材料,进行抽象思维,通过建立物理模型,将具体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,让学生根据问题情境初步勾画出相应的物理形象,形成正确的物理情境。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,形成新的物理形象,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。