物理图象教学意义和策略探讨お

杨海青

1物理图象教学的意义

1.1物理图象的特点及教学意义

1.1.1物理图象及其特点

物理图象，表示两个或两个以上物理变量之间定性或定量关系的.物理图象具有形象、直观、动态变化过程清晰和信息丰富等特点，是描述物理过程，展现物理规律，揭示物理问题的重要方法之一，能将物理学科与数学、信息技术等其他学科有机地结合起来.启迪学生的创新意识，培养创造能力，提高学生的综合能力.

1.1.2物理图象教学

物理图象教学，即学生在物理老师创设的物理图象学习情境中，在老师的指导和帮助下，在原有认识的基础上，以物理图象为载体认识物理客体，掌握物理基础知识与技能，经历科学探究，学习科学方法，形成正确的情感、态度和价值观，以实现科学素养全面发展的过程.在高中物理教学过程当中如果合理有效应用物理图象，培养学生的图象意识，有利于帮助学生理解并掌握物理概念和规律，有利于学生简化问题过程，提高学生分析和解决物理问题的能力，有利于培养学生采用数形结合思想形象表达物理规律，灵活处理物理问题的能力.

1.1.3物理图象教学意义

（1）物理图象教学具有更前沿的教学理念

合理的设计和优化物理图象教学可以很好的提高对物理规律，定理的理解力和科学探究能力.多样的物理图象教学，可以丰富教学方式，能给学生更多的空间，在老师的指导和帮助下进行很大程度的自主科学探究，从而更好的培养学生的自主探究、自主学习、自主解决问题的能力.物理教学可以借助图象吸收、整合、开放更多的教学资源，以此实现对教学重难点的有效突破；同时借助物理图象还可以在教学内容和教学方式上使物理贴近学生的生活，联系社会的实际.

（2）借助于图象提高分析解决问题能力

物理图象的特点决定它能够更好的提高学生的理解能力，物理图象中蕴含更多的物理信息且清晰直观，能够有效培养学生的推理能力.物理图象在描述物理现象，显示物理状态，反应物理过程上都更清醒，有助于简化物理问题，提高分析综合问题的能力.应用数学处理物理问题的能力中明确指出能运用数学函数图象进行表达分析.实验中处理数据，得出结论，对结论进行分析和评价以及发现问题、提出问题，培养这些能力，通过加强物理图象教学会收的更好的效果.因此，从高考试题的考查侧重点及五大能力要求看，提高学生物理图象素养，提高分析问题、解决问题的能力，加强物理图象教学是必要的更是很有意义的.

2教学策略

2.1物理规律教学中渗透利用图象研究思想

物理规律反应物质结构及物质运动中诸要素之间内在的必然联系，表现为某物理状态或某物理过程中相关要素之间在一定条件[HJ1.46mm]下所遵从的关系.简言之，物理规律就是定量性物理概念之间的数学函数关系.函数关系中的变量，原则上都可以用图象来表达.所以物理图象可以帮助学生从不同角度认识物理规律的物理意义.

案例呈现——弹力做功规律：

创建情境如图1，将劲度系数为k的轻弹簧一端固定，另一端系一质量为m的物体，弹簧水平放置，物体处在光滑的水平面上.O点是弹簧没有变形时物体的位置，用手把物体拉倒P点，弹簧伸长为x2，然后由静止释放物体将从静止开始在弹力作用下加速运动.求弹簧弹力做的功.

问题引导

（1）请尝试建立坐标系，根据胡克定律做出弹力的图象，由此思考可以由W=Fx计算弹簧弹力做的功吗？

（2）图象与坐标轴围成的面积有没有特殊的物理含义？

（3）尝试利用面积表示功的物理意义，求物体从x1到x2的过程中轻弹簧所做的功（图2）.

（4）若水平面不光滑，对弹力图象有没有影响？弹簧弹力做的功有没有变化？如有，有什么变化？若将水平面改成倾斜面或者物体质量变成原来2倍呢？

案例分析以知识建构理论为教学指导，以问题引探为教学方式，用物理图象讨论弹力特点，进一步研究弹簧做功的物理规律.本案例中渗透了微元思想，数形结合的思想，化变为恒的思想，对于培养学生的思维能力，提高学生的科学素养很有帮助.

同时还可以将这种利用物理图象研究的思想用于对匀变速直线运动速度、加速度、位移，平抛（类平抛）运动的轨迹、加速度、运动分解后的规律，万有引力、孤立电荷电场力做功规律等物理规律的教学.

2.2强化用物理图象研究实验数据能力

物理教学必须以实验为基础，这一理念在物理教学界已达成共识.实验的数据处理，是科学探究的重要环节，学生研究实验数据的能力是非常重要的提出问题的质疑能力和解决问题的探究能力.实验数据处理的办法很多，有表格法、列方程计算法、类比对比法、图象法.就其处理结果的物理现象可预测性、物理规律可发现性、物理过程简明性，较之而言，图象法更好.在对实验数据处理，对实验结果结论的分析论证上有得天独厚的优势，同时在实验教学中，强化物理图象教学，可以提高学生的实验能力和发现问题、提出问题的探究能力.

案例呈现——实验：测定电源的电动势和内阻.

创建情境上节课我们在实验室用伏安法测量了电源的[HJ1.5mm]电动势和内阻，其实还有其他很多方案来达成实验目的.（多媒体投影电路图如图3、图4），大家请看.

问题引导（1）研读教材，领悟实验原理，尝试由全电路欧姆定律推演上述两种方案的原理表达式.

（2）若以I-R，U-R为坐标轴建立坐标系，图象有什么特点？这样进行数据处理方便绘制图象吗？精确吗？

（3）想想加速度与质量间的图象是如何做的，在这里有何启示？我们该选择建立怎样的坐标系？

（4）若由实验数据绘制得到图，则该电源的电动势和内阻分别为多大？若将纵轴换成1/U，对应电源的电动势和内阻分别为多少？

案例分析在实验教学中强化物理图象教学，通过问题链的策略，有效培养学生的作图能力，提高图象的物理分析能力，借此可以实现对学生实验探究能力的培养和提高.

2.3提高利用物理图象分析解决问题能力

物理习题教学，对有效完成教学的三维目标，提高学生的科学素养有积极作用.利用物理图象描述物理现象，显示物理状态，反应物理过程，简化物理问题，以此来分析物理习题，解决物理问题.物理图象在习题教学中的合理有效使用，能提高分析解决问题的能力，使习题教学更有成效.

试题呈现（2014年安徽高考24）在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物块B，物块与左右两边槽壁的距离如图6所示，L为1.0 m，凹槽与物块的质量均为m，两者之间的动摩擦因数μ为0.05.开始时物块静止，凹槽以v0=5 m/s初速度向右运动，设物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失，且碰撞时间不计.g取10 m/s2.求：（3）从凹槽开始运动到两者刚相对静止所经历的时间及该时间内凹槽运动的位移大小.

问题引导

（1）凹槽与小物块碰撞过程中，该系统是否满足动量守恒？题干“物块与凹槽槽壁碰撞过程中没有能量损失”什么意思？请思考选择物理规律，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：每碰撞一次凹槽与物块发生一次速度互换.对凹槽和物块隔离进行受力分析，判断二者的运动性质，分析物理过程.由此，尝试在同一坐标系做出凹槽和物块的v-t图象.

（3）根据图象7，试用匀变速直线运动规律求时间.

（4）根据图象7，判断图象所包围的哪一部分面积表示凹槽的位移大小，试着求解.

案例分析统计可发现每一张高考试卷中都有很多涉及物理图象的试题，就安徽省2014年高考试卷来看识图、画图、用图的试题就有6道题，比重很大.高考对日常教学有指导意义，物理图象教学的重要性不言自明，物理图象在物理教学中的举足轻重.

结合典型习题，用物理图象的策略来处理，对于习题本身来说可以更好的描绘物理图景，帮助分析物理过程与状态，正确建立物理模型，同时也有助于对习题进行更多维度的有效讨论和反思，将习题价值和教学功能最大化；对于学生而言，可以培养学生勤于深层思考，喜爱专研的习惯；提升学生数形结合，用数学方法分析物理问题的能力；同时可以培养学生发散思维，提高学生分析解决问题的能力.

2.4整合信息技术优化物理图象

信息技术与物理教学的整合，体现了物理教学的现代化，是物理教学的改革方向之一，也符合新课程改革的要求.将计算机信息技术优化物理图象，渗透到中学的物理教学之中，能够提高课堂效率、提高学生的认知和理解能力.

案例呈现——用matlab软件绘制两点电荷的平面电场线与等势线、电场强度分量的曲面以及电场强度分量的曲线簇.

案例分析用软件matlab绘制图象，其原理是物理规律，正如用物理实验获取数据作图一样，有理有据，说服力很强.依据物理规律方程，用数学软件绘制物理图象，能够增强学生用数学方法处理物理问题的意识和能力.通过图象的方式描述物理规律，可以使物理规律更直观，形象且内涵更丰富，传递的信息量更大，学生更容易接受.同时物理图象就是一幅物理图景，分析研究物理图景容易发现更详细的物理现象和特殊状态，发现新的物理规律的可能性更大，是科学研究的重要方式，这对于培养学生的创新思维和创新能力来说是一个有效途径.图象可以使单调的物理规律方程变得更丰富多彩，在空间维度上可以实现一维到二维再到三维的可逆转化绘制，可以从不同角度，不同维度，不同侧面上反映描述同一物理规律，是物理规律更清晰化，直观化和多维化，更重要的是能更好的培养学生的空间思维、聚合发散思维及想象力.