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要使学生熟练掌握和运用物理图像正确地分析、解答物理问题,教师应在教学中重视物理图像的教学,尽量通过图像把物理规律或复杂的物理过程展现出来,从而让学生意识到物理图像的重要性,并通过有针对性的训练提高学生这方面的能力。图形能力是一种综合性很强的能力,是观察能力、提取处理信息的能力、对比分析能力、联想能力、形象转化能力、逻辑推理能力、创新能力等多种能力的综合体现,图形能力和高中物理学习密不可分,无论是常态化教学,还是近些年的高考题,都需要学生有较强的图形能力。本文就如何培养学生的图形能力进行探讨,望能有助于教学实践。
一、图形能力培养的重要性
我们以图形类比能力的培养为例说明,在电磁感应讨论的问题中,有这样一个典型问题。如图所示,在匀强磁场B中,有一根长为L的细金属棒,求此棒以O点为圆心以ω为匀角速度旋转时,产生感应电动势。此问题在普通物理求解时,只要使用动生电动势的积分求法便可很容易地得出但在高中阶段,求解动生电动势的公式是E=BLV,此公式的使用条件是:(1)细金属棒在空间经历的各个点的磁感应强度必须大小相等方向相同。
(2)细金属棒上各点切割磁感线速率相同。
显然本问题不满足以上公式的要求,解决方法有三种:
第一种:采用理想化方法,假想有两根完全相同的细金属棒在初始时刻重合在一起,且A端有一可随杆旋转而自由伸缩的细金属丝,经过△t时间后,磁通量的变化利用法拉第电磁感应定律可得:
第二种:利用无穷小微元法,把随杆的长度而变的线速度想法转化为不变的处理。
第三种:利用图形类比的方法,金属棒一O点为圆心以匀角速度ω旋转时,棒上距离O点为r的线速度可表示为:v=ωr从数学的角度v和r的关系是正比例关系,ω相当于比例系数。用图像表达如图2中的(a)图中纵轴表示金属棒上各点的线速度,横轴表示金属棒上各点到转轴的距离。从图中可以明显地看出,转轴处的线速度为零,棒端A处的线速度为VL。我们用一个“平均速度”(对变量r的平均)粗略地描述金属棒在磁场中的运动,从图形上看,除横轴代表的变量不同以外,a图与b图所表示的初速度为0的匀加速直线运动的图像完全相同。平均速因而,利用图形的类比方法可以得出,杆旋转时的线速度平均值
在这种近似情况下,产生的感应电动势 与使用电磁感应定律的结果相同。
类比是一种很重要的科学方法,在物理学的范畴内,虽然描述对象不同,有不同物理规律,但这些规律抽象出来的图像是一样的都可以进行类比,例如简谐运动和电磁振荡规律之间的类比,行星运动规律和玻尔理论中电子绕核运动的规律,等等,在教学中进行这样的科学方法的渗透能提高学生的科学素养。
二、提高图形能力的策略
1.教会学生一定的读图步骤
无论什么图,拿到手先看标题,因为标题是对整个图意义的概括,它有助于学生对图涉及的方面进行准确定位;其次要按照主体—局部—结构—动静态—颜色,一层层往下看,不能有遗漏之处;最后综合思考找到图的深刻内涵,联想拓展形成新知识的增长点。
2.读图提取重要信息的训练
教师可以将图形分类,对不同的教学内容,采用不同的图形,有针对性地让学生在某段时间集中练习读某种图形。如在运动学中重点读函数图像和运动轨迹图,在原子物理中重点读原子能级图等。
同时,训练应循序渐进式提升供图的抽象性。实物图、卡通图此类图的抽象程度不高,对思维的要求不高,很容易读懂,也易引起学生读图兴趣,可以作为读图训练的初步训练对象,在学生掌握了基本读图步骤后,可逐步提高读图难度,让学生练习读抽象程度略微大些的统计图表、流程图等,在训练一段时间后,等学生已经适应了从形象到抽象的变化后,再让学生读更抽象的函数图像。这样的策略既符合由浅入深的认知规律,又给学生充足的时间衔接初高中学习。
3.帮助学生总结一些常规思考角度
在辨图过程中,教师要有意识地帮助学生建立起一个常规思维角度,让学生了解到常用来找异同点的角度,一般可从图的形状、结构特点、表达方式、反映的内容、物理意义等方面对比总结。只有熟练掌握了常规思维角度,才能在这个基础上寻求突破,找到全新视角,拥有创造性的发现。
4.逐步培养学生深入思考问题本质的习惯
辨图的最根本目的在于看清似是而非的东西,通过辨析可进一步透过现象领会事物的本质,在教学中要有意识地帮助学生深入事物的内部去质疑、思考,通过提问方式让学生逐步走向问题的核心,引领学生对观察到的异同点及时进行总结和提升,对得到的結论要鼓励学生大胆使用,通过这一系列训练,帮助学生养成起良好的思维习惯。
要使学生熟练掌握和运用物理图像正确地分析、解答物理问题,教师应在教学中重视物理图像的教学,尽量通过图像把物理规律或复杂的物理过程展现出来,从而让学生意识到物理图像的重要性,并且通过有针对性的训练提高学生这方面的能力。
一、图形能力培养的重要性
我们以图形类比能力的培养为例说明,在电磁感应讨论的问题中,有这样一个典型问题。如图所示,在匀强磁场B中,有一根长为L的细金属棒,求此棒以O点为圆心以ω为匀角速度旋转时,产生感应电动势。此问题在普通物理求解时,只要使用动生电动势的积分求法便可很容易地得出但在高中阶段,求解动生电动势的公式是E=BLV,此公式的使用条件是:(1)细金属棒在空间经历的各个点的磁感应强度必须大小相等方向相同。
(2)细金属棒上各点切割磁感线速率相同。
显然本问题不满足以上公式的要求,解决方法有三种:
第一种:采用理想化方法,假想有两根完全相同的细金属棒在初始时刻重合在一起,且A端有一可随杆旋转而自由伸缩的细金属丝,经过△t时间后,磁通量的变化利用法拉第电磁感应定律可得:
第二种:利用无穷小微元法,把随杆的长度而变的线速度想法转化为不变的处理。
第三种:利用图形类比的方法,金属棒一O点为圆心以匀角速度ω旋转时,棒上距离O点为r的线速度可表示为:v=ωr从数学的角度v和r的关系是正比例关系,ω相当于比例系数。用图像表达如图2中的(a)图中纵轴表示金属棒上各点的线速度,横轴表示金属棒上各点到转轴的距离。从图中可以明显地看出,转轴处的线速度为零,棒端A处的线速度为VL。我们用一个“平均速度”(对变量r的平均)粗略地描述金属棒在磁场中的运动,从图形上看,除横轴代表的变量不同以外,a图与b图所表示的初速度为0的匀加速直线运动的图像完全相同。平均速因而,利用图形的类比方法可以得出,杆旋转时的线速度平均值
在这种近似情况下,产生的感应电动势 与使用电磁感应定律的结果相同。
类比是一种很重要的科学方法,在物理学的范畴内,虽然描述对象不同,有不同物理规律,但这些规律抽象出来的图像是一样的都可以进行类比,例如简谐运动和电磁振荡规律之间的类比,行星运动规律和玻尔理论中电子绕核运动的规律,等等,在教学中进行这样的科学方法的渗透能提高学生的科学素养。
二、提高图形能力的策略
1.教会学生一定的读图步骤
无论什么图,拿到手先看标题,因为标题是对整个图意义的概括,它有助于学生对图涉及的方面进行准确定位;其次要按照主体—局部—结构—动静态—颜色,一层层往下看,不能有遗漏之处;最后综合思考找到图的深刻内涵,联想拓展形成新知识的增长点。
2.读图提取重要信息的训练
教师可以将图形分类,对不同的教学内容,采用不同的图形,有针对性地让学生在某段时间集中练习读某种图形。如在运动学中重点读函数图像和运动轨迹图,在原子物理中重点读原子能级图等。
同时,训练应循序渐进式提升供图的抽象性。实物图、卡通图此类图的抽象程度不高,对思维的要求不高,很容易读懂,也易引起学生读图兴趣,可以作为读图训练的初步训练对象,在学生掌握了基本读图步骤后,可逐步提高读图难度,让学生练习读抽象程度略微大些的统计图表、流程图等,在训练一段时间后,等学生已经适应了从形象到抽象的变化后,再让学生读更抽象的函数图像。这样的策略既符合由浅入深的认知规律,又给学生充足的时间衔接初高中学习。
3.帮助学生总结一些常规思考角度
在辨图过程中,教师要有意识地帮助学生建立起一个常规思维角度,让学生了解到常用来找异同点的角度,一般可从图的形状、结构特点、表达方式、反映的内容、物理意义等方面对比总结。只有熟练掌握了常规思维角度,才能在这个基础上寻求突破,找到全新视角,拥有创造性的发现。
4.逐步培养学生深入思考问题本质的习惯
辨图的最根本目的在于看清似是而非的东西,通过辨析可进一步透过现象领会事物的本质,在教学中要有意识地帮助学生深入事物的内部去质疑、思考,通过提问方式让学生逐步走向问题的核心,引领学生对观察到的异同点及时进行总结和提升,对得到的結论要鼓励学生大胆使用,通过这一系列训练,帮助学生养成起良好的思维习惯。
要使学生熟练掌握和运用物理图像正确地分析、解答物理问题,教师应在教学中重视物理图像的教学,尽量通过图像把物理规律或复杂的物理过程展现出来,从而让学生意识到物理图像的重要性,并且通过有针对性的训练提高学生这方面的能力。