关注学生的数学能力助力高中物理教学

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  数学一直是物理发展重要支撑之一,正是因为数学理论和物理思维相互结合,很多物理问题才得以解决.在高中物理教学中,我们发现学生学习困难的原因之一就是数学能力较差.针对这一问题,笔者对如何优化我们的物理教学有以下几点思考.
  1 物理教学设计前,了解学生的数学知识储备
  物理课程在进行改革的同时,学生初高中阶段的数学所学也在发生着调整,物理教师要经常性地了解学生真实的数学基础,明确学生在物理学习必备的数学知识方面还有多少缺失.从而基于上述情形更加合理地安排教学设计.高中物理的很多概念和规律都是要借助数学语言来描述,比如“速度”“电场强度”“电容”等物理量的定义就是用比值来定义;力的分解和合成方面对三角函数的要求非常高,类似的情况下,学生如果存在数学能力上的不足,则直接导致物理概念理解的困难,物理方法运用失当,进而导致相关问题解决上的错误.
  2 恰当地使用数学语言,将数学融入物理
  高中阶段对物理内容进行表述时一般有三种形式:文字描述、图像描述、方程描述.第三项其实就是指数学语言,这三种表述形式是互为补充的.教学中,只有帮助学生实现数学和物理的融合,才能使得学生切实地掌握概念和规律.实际情况中,很多同学不善于将物理和数学结合起来,通过两种思维方法相互协调来理解物理规律、处理物理问题.而改变这一现象的关键就是训练学生从物理角度熟悉数学语言,实现学科上的融合.具体做法有以下几点.首先,新课教学时,在结合物理情境,完成物理规律的文字描述、图像描述的基础上,引导学生建立数学方程,在一系列推理和演绎中,实现物理内容表述形式上的灵活过渡;其次,在相关概念的建立中,尽可能用规范而严谨的数学语言来说明.
  例如,在构建“瞬时速度”这个概念时,就要结合“平均速度”的理解,用“极限”的方法来认识它;再次,物理公式源于实验数据进行数学分析,这一归纳总结的过程,教师要指导学生自己完成,形成自己对公式的认识,例如利用控制变量法来探究电阻定律,一组组数据采集之后,教师要引导学生通过计算、绘图等手段总结正反比规律,最终归纳出电阻定律的公式:R=ρ[SX(]l[]S[SX)],学生对自己归纳出的结论,自然会有更加深刻的理解;最后,针对具体的物理问题进行处理,教师要引导学生对问题情境进行分析,从中提取物理模型,再用数学语言来描述相关物理量之间的关系,逐渐形成解决问题的思路,从而让学生实现物理规律的灵活使用.
  3 注重学生数学方法的恰当使用
  高中物理教学的一项重要任务是让学生掌握一定的科学方法.所谓科学方法,总体说来就是分析解决科学问题的基本手段,它对物理学的发展有着至关重要的作用,也是有利于学生实现知识学习到能力提升的过渡.科学方法大多以较为松散的形态隐藏在教材的知识表述中,而学生往往由于过度重视知识和技能的学习,而忽略了科学方法的提炼,进而使得学生相关物理知识的学习也大打折扣.因此,日常教学中,教师应该有意识地进行科学方法教学.
  高中物理中与数学相关的科学方法包括 “数学抽象”、“相似类别”、“数理演绎”等等.
  例如:在解决追及与相遇问题时,我们有物理过程分析法、图像法、相对运动法,同时还有一种纯数学的方法:假设发生追及的两个物体相遇的时间为t,围绕位移关系来构建方程,最后化简为一个一元二次方程,从根的判别式的角度来给出答案,这种解题方法就属于“数学抽象”.
  类似的问题不胜枚举,而事实上,我们很多学生有着很扎实的数学功底,但是放在物理问题的大背景下,却不会使用,这实质上就属于科学方法的不足,针对这一局面,教师可以在教学过程中关注这样几点:首先是在物理知识的教学进程中,对其中隐含的科学方法进行显性化处理,直观地呈现出来,引起学生注意;其次是将教材中有关科学方法的使用过程彻底展示出来,例如动能定理、动量守恒定律都是基于大量的数据处理,通过数学方法将其归纳出来的,教师要引导学生在探究过程中,实现由实验到结论的逐步完成,在实践中获取科学方法的体验;再次是给学生方法上的点拨,引导他们自己来发掘教材中的科学方法;最后,学以致用很重要,给学生创设问题情境,让他们在新问题的探究过程中巩固和深化相关方法的掌握.
  4 注重相关数学能力的培养
  数学有着高度的概括性,这一特质为物理概念和物理规律的表述提供了最为简洁的形式;同时数学思维的逻辑性和严密性也对人类物理研究有着推进作用.可以这样说,任何层面的物理学习和研究离不开数学方法和思维,高考物理试题也很重视检查学生数学知识的应用能力.当然学生具备某项数学能力,并不代表他能将其用于物理学习,因此在实际教学中,教师应注重学生这几方面能力的培养.
  第一,引导学生能从物理问题中提取相关模型,进而转化为数学问题来进行处理.对具体问题分析的时候,要综合多种物理方法和数学方法进行分析,构建一系列的运动示意图、数学方程、函数图象等等.
  第二,重视学生数学推导能力的培养,在物理规律的推论研究、物理问题的相关推理过程中,让学生熟悉数学工具和数学方法的使用.
  第三,重视估算能力的培养,万有引力定律、分子热运动、原子结构等章节,都给学生估算能力的训练提供了很多问题,这种能力的培养有助于学生创新能力和开放性思维的提升.
  第四,结合完整的物理认知体系,理顺物理规律的数理关系,即既能通过物理表述想到数学表达,又能通过数学表达及时地联系到物理情境.
  5 把握运用数学能力的“度”,切忌喧宾夺主
  数学在物理知识的构建和能力培养方面有着非常重要的作用,但是数学和物理有着明显的差别,不能彻底代替物理.毕竟数学是从具体现象中萃取出来,高度抽象的科学,而物理以实验为根基,研究的是具体的物质结构和物体运动规律,是一门实体性的学科.所以,将数学应用于物理时,要受到基本原理和实际条件的限制.在物理学习和研究过程中,数学只能定格为一种表述手段和推理工具,要切实的学好物理,还得靠结合物理探究和物理思维来实现.所以高中物理教学中,教师不能过度强调数学方法的演绎推理,这就会冲淡物理实质,影响学生相关能力的培养.
  综上所述,高中物理教学要切实有效地将物理和数学整合起来,以数学为工具帮助学生进行物理学习,这不仅有助于学生实现多学科知识的综合运用,而且有助于他们学习能力的培养.
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