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淺析高中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力的方法與實(shí)踐論文
高中物理主要學(xué)習(xí)牛頓的經(jīng)典力學(xué),要求學(xué)生掌握基本的幾何學(xué)作圖分析、求解方法、矢量分析及初步微積分等。可以說(shuō)學(xué)生學(xué)習(xí)物理前需要做好較長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)學(xué)不準(zhǔn)備,只有掌握一定的數(shù)學(xué)知識(shí)才能進(jìn)入物理學(xué)習(xí)。物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決問(wèn)題的能力,有助于幫助學(xué)生構(gòu)建合適的數(shù)學(xué)模型思維能力與解題思維能力,本文就此展開(kāi)相關(guān)論述。
一、高中物理重要性分析
高中階段物理為必修學(xué)科,其主要內(nèi)容為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)知識(shí),而物理教學(xué)質(zhì)量會(huì)對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)世界能力與邏輯思維發(fā)展產(chǎn)生影響。物理教學(xué)與實(shí)際生活相聯(lián)系,以學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際為出發(fā)點(diǎn),在教學(xué)中融入一些生活元素,提高教學(xué)效率。此外隨著新課改逐漸深入,新課標(biāo)對(duì)高中物理提出新的要求。要求教學(xué)中教師選擇一些與學(xué)生實(shí)際生活相聯(lián)系的內(nèi)容,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣,利用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。在高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力有著重要意義。
二、高中物理中數(shù)學(xué)的作用
很早之前開(kāi)始,人們?cè)谘芯颗c學(xué)習(xí)物理學(xué)過(guò)程中開(kāi)始運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí),借助數(shù)學(xué)表達(dá)物理概念與規(guī)律,也只有通過(guò)數(shù)學(xué)形式才能讓物理概念與規(guī)律表達(dá)的簡(jiǎn)潔明顯且縝密。很多物理概念引入數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定義與引入,如利用數(shù)學(xué)比值法定義的物理概念諸多,有功率、電場(chǎng)強(qiáng)度、電阻及加速度等。再如熱學(xué)中熵的概念抽象難以理解,如果不充分利用數(shù)學(xué)方法,根本無(wú)法有效表達(dá)概念。物理規(guī)律表達(dá)的主要手段就有數(shù)學(xué)方法,可以分成兩種,既圖像表達(dá)與公式表達(dá)。很多物理公式利用數(shù)學(xué)公式表達(dá),簡(jiǎn)潔、明了,便于學(xué)習(xí)、掌握及理解。
物理學(xué)研究與表達(dá)中離不開(kāi)數(shù)學(xué),如果不充分利用數(shù)學(xué)工具,物理學(xué)將舉步維艱,也就談不上在實(shí)際中應(yīng)用。物理學(xué)中定量研究與理論分析的主要手段就是數(shù)學(xué)。
實(shí)際上很多物理規(guī)律都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的,如牛二定律、焦耳定律等。也有部分物理規(guī)律經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象,利用數(shù)學(xué)工具分析與推理得到的,如勻變速直線運(yùn)動(dòng),就是利用速度-位移圖像、數(shù)學(xué)微積分思想及梯形面積公式推導(dǎo)而成的。
物理學(xué)理論也并不是一成不變的,隨著科技發(fā)展不斷更新,如果沒(méi)有數(shù)學(xué)強(qiáng)力支持與保證,物理學(xué)將很難突破,接下來(lái)筆者主要分析高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力。
三、高中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力的措施
大量教學(xué)實(shí)踐表明學(xué)生物理成績(jī)與應(yīng)用數(shù)學(xué)能力成正相關(guān)關(guān)系,高中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力,有助于提高物理學(xué)習(xí)成績(jī),具體方法如下。
1、有效培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力的措施。
(1)正確認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)物理關(guān)系 物理教學(xué)中首先要讓學(xué)生正確對(duì)待數(shù)學(xué)與物理的正確關(guān)系,數(shù)學(xué)對(duì)物理的影響將一直并將永遠(yuǎn)存在下去。讓學(xué)生明白只有打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)才能學(xué)好物理,總結(jié)物理中用到的數(shù)學(xué)知識(shí)與方法,在物理學(xué)習(xí)中靈活使用。解決物理問(wèn)題的主要工具就是數(shù)學(xué),讓學(xué)生正確對(duì)待數(shù)學(xué)與物理的關(guān)系,但也不能過(guò)于夸大影響,避免將物理問(wèn)題純數(shù)學(xué)化。一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)物理的信心,教師應(yīng)該鼓勵(lì)與引導(dǎo)。部分學(xué)生僅注意激勵(lì)數(shù)學(xué)知識(shí)與方法但不會(huì)再物理中應(yīng)用,教師指導(dǎo)學(xué)生掌握遷移技巧。[1]
(2)利用概念培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力 物理概念與規(guī)律一般需要借助數(shù)學(xué)進(jìn)行表達(dá)。教學(xué)中國(guó)構(gòu)建具體情境與實(shí)力指導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行深入分析與研究,揭示物理本質(zhì),從中發(fā)現(xiàn)物理概念與規(guī)律。有效結(jié)合文字表述與數(shù)字表達(dá)理解物理概念與規(guī)律的意義,讓學(xué)生養(yǎng)成利用文字描述與數(shù)學(xué)表達(dá)兩者方式對(duì)物理概念與規(guī)律進(jìn)行表述。在物理學(xué)習(xí)中,圖形、圖線不僅能夠表現(xiàn)物理規(guī)律,它還可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。但很多物理教師認(rèn)為圖形、圖像用來(lái)解題會(huì)使學(xué)生表達(dá)不規(guī)范或者思維不清晰,只將其作為一種分析物理問(wèn)題的方法,不用于直接解題,限制了圖形、圖線在物理上的使用。其實(shí),利用圖形、圖線來(lái)直觀表達(dá)物理問(wèn)題,將物理問(wèn)題直觀、形象化,是數(shù)理學(xué)習(xí)中形象思維與邏輯思維緊密結(jié)合的體現(xiàn),是一種用途較廣的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方法,方便學(xué)生理解動(dòng)態(tài)的數(shù)理邏輯問(wèn)題。
(3)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)能力 部分物理規(guī)律利用實(shí)驗(yàn)得到的,研究物理學(xué)的主要方法就有實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以抽象物理概念發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律,因此實(shí)驗(yàn)也是獲取物理知識(shí)的主要途徑。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師除了讓學(xué)生認(rèn)真觀察物理現(xiàn)象外,還需要引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)方分析實(shí)驗(yàn)誤差與數(shù)據(jù),深層次總結(jié)進(jìn)而得到普遍性結(jié)論。在物理中,通常會(huì)用一些基本公式來(lái)表達(dá)物理規(guī)律和基本概念,但還存在一些特殊的導(dǎo)出公式,它是在基本規(guī)律和概念的基礎(chǔ)上,運(yùn)用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法得出的,通常都是用來(lái)表示一些較為重要的物理推論,在解決問(wèn)題上應(yīng)用也比較廣泛。在教學(xué)中,教師應(yīng)該鼓勵(lì)并建議學(xué)生利用這些導(dǎo)出公式的推導(dǎo)過(guò)程培養(yǎng)自身利用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析辯證和邏輯推理的能力,同時(shí),這種推導(dǎo)能力也是學(xué)生在以后學(xué)習(xí)新知識(shí)、解決新問(wèn)題所必須具備的。
2、具體教學(xué)案例分析。上文提出培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的措施,選擇通過(guò)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行驗(yàn)證,達(dá)成提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)成績(jī)的目的。
高中物理課堂上,利用數(shù)學(xué)方法講解物理概念與規(guī)律。高中物理教學(xué)最常用的數(shù)學(xué)方法就是比值定義法。物理教學(xué)中運(yùn)用的數(shù)學(xué)方法較多,但這些方法又相對(duì)零散,因此要系統(tǒng)總結(jié)與歸納數(shù)學(xué)方法并滲透到教學(xué)中,方便學(xué)生熟練掌握這些數(shù)學(xué)方法。
如《平拋物體的運(yùn)動(dòng)》講解時(shí),可以將平拋運(yùn)動(dòng)分解成水平勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng),根據(jù)這兩個(gè)研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,完成以下問(wèn)題:
構(gòu)建問(wèn)題情境:
(1)小球以初速度v0離開(kāi)桌面開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng),具體如圖1所示,請(qǐng)分析小球在空中位置隨時(shí)間變化規(guī)律:
①假設(shè)拋出點(diǎn)0為最表遠(yuǎn)點(diǎn),x軸正方向?yàn)槌跛俣葀0方向,y軸正方向?yàn)橹亓Ψ较颉S?jì)時(shí)從拋出點(diǎn)開(kāi)始,t時(shí)刻小球位置坐標(biāo)為P(x,y),如圖2所示。
②水平位移x=()[利用水平分運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解]豎直位移y=()[利用數(shù)值分運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解]。
③t秒內(nèi)拋物體位移s(合位移):利用s與x軸正方向夾角α表示位移方向,夾角α滿(mǎn)足一下關(guān)系:tanα=()
物體以水平速度拋出后運(yùn)動(dòng)軌跡如何,如何表達(dá)軌跡方程?
(3)平拋運(yùn)動(dòng)某一時(shí)刻的速度如何求解?
①水平分運(yùn)動(dòng)速度:vx=();豎直分運(yùn)動(dòng)速度:vy=()
②t時(shí)刻平拋物體速度vt(合速度):vx與vy合成vt。
vt=()
vt與x軸正方向夾角β表示vt,且β滿(mǎn)足以下關(guān)系,tanβ=()
討論:某時(shí)刻速度方向與位移方向相同嗎?
平拋運(yùn)動(dòng)物體某一時(shí)刻加速度方向,運(yùn)動(dòng)性質(zhì)?
學(xué)生獨(dú)立思考后分小組討論,小組推選出代表分析與講解,提醒其他學(xué)生不同意見(jiàn),教師引導(dǎo)并總結(jié)相關(guān)規(guī)律。
四、結(jié)語(yǔ)
數(shù)學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科,但是利用物理學(xué)也凸顯出其具有的強(qiáng)大功能,而在物理學(xué)習(xí)中利用數(shù)學(xué)即可以加強(qiáng)學(xué)生的理解和領(lǐng)悟能力,又能鞏固和強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)知識(shí)掌握和應(yīng)用。所以,教師在日常教學(xué)中,不但要注意將數(shù)學(xué)方法和思想與物理知識(shí)進(jìn)行相互的滲透,還可以將物理教學(xué)與數(shù)學(xué)教學(xué)進(jìn)行融合,長(zhǎng)此以往,學(xué)生在取得數(shù)物雙贏的同時(shí),數(shù)理結(jié)合能力也會(huì)提高,綜合素質(zhì)將會(huì)不斷提升。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐勇.農(nóng)村高中物理教學(xué)存在的矛盾及其解決措施[J].廣西教育.2016(42):11.
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