数形结合思想在高中物理解题中的应用策略探究

来源 :考试周刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:winterzeng
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:文章以培养高中生良好的物理解题能力为目标,就如何运用“数形结合思想”组织高中物理解题教学活动并培养学生运用“数形结合思想”解答物理习题的能力展开了分析。先简要阐述了该思想与高中物理解题教学、训练进行融合的意义和优势,紧接着结合现实情况提出了一些应用建议,包括借助“数”分析“形”、借助“形”计算“数”、在日常教学中渗透、在融合中拓展教学等,以供广大教师参考。
  关键词:高中物理;数形结合思想;解题教学;应用方略
  常言道“学好数理化,走遍全天下”。物理作为高中阶段基础教育课程最重要也最具有难度的一门学科知识,对学生理性思维的发展和科学探究能力的形成大有助益,是培养思维严谨、逻辑清晰、解决问题能力突出的高素质人才的必要工具。因此,教师必须注意对高中生物理素养的培养,积极通过解题训练发展其学科知识运用能力。但在具体解题实践中,由于知识掌握不扎实或思维不够灵活的限制,学生经常会出现一些困惑。此时,教师为促进学生更深入地进行物理学习和解题思考,就有必要将“数形结合思想”应用进来了。
  一、 数形结合对于高中物理解题的优势分析
  高中物理学科知识具有较强的抽象性,与之相应,物理习题中往往包含诸多复杂的知识点,其解答难度通常较大,需要在明确题目中所给出的已知条件和目标求解对象的基础上,应用一定的思想方法,综合不同模块的知识得到有效解决方案,“数形结合思想”就是一种重要的实践解题方法,这一思想方法的应用基础是“数”与“形”都可以完成对于物理概念的表示,同时也可以概念之间的相互关系表达物理概念,其充分符合物理学科的定量化特征与实践要求。
  “数形结合思想”主要在于将“数”与“形”两项物理习题中重要的元素进行融合,通过这一方式将其与高中物理解题活动融合在一起,在学科学习活动中更深入地渗透数学思想,从而通过数学思考和计算,顺利解决物理问题。正所谓“数缺形时少直观,形缺数时难入微”,在运用数形结合思想进行思考的过程中,学生既可以通过分析图形捕捉数量关系、明确数学思维,应用代数式去表示已知的物理量及不同物理量之间的关系,同时也能够在分析数学信息的同时构建信息框架图形、梳理问题体系。毫无疑问,这可以加强他们对物理题目的全面分析,推动其快速明确解题思路,得到有效的解题方案。在这样的全面分析和“数形思考”模式下,学生能够更清楚地把握题目中的物理信息,并建立起更加系统的思考逻辑,有利于强化其物理思维能力。同时在这一模式下,题目理解难度在无形中降低,学生可以更迅速地理解题目,并在该思想的支持下准确把握解题切入点、迅速解答出题目答案,解题效率和质量都会更高,思维能力和逻辑意识的提升也更明显。此外,运用数形结合思想展开解题实践,学生的物理图像理解能力和计算能力也将得到同步提升。
  二、 高中物理解题运用数形结合思想的方法
  (一)借助“数”分析“形”,寻找物理规律
  对于高中物理知识来说,无论是在解题活动还是在基础学习过程中,都涉及大量图形内容,在图形中蕴藏着物理规律、借助图形表示解题信息。一旦学生将图形中的信息准确挖掘了出来,他们就能加强对物理内容的理解和掌握,同时提升解题效率与能力。但是在具体实践中,经常会出现“学生无法准确把握图形内涵”的问题,阻碍其题目分析和解答。此时,应用“数形结合思想”,教师就可以引导学生运用数学思维分析图形信息或物理模型。
  1. 变换图形,代数处理
  部分物理问题中图形已知,此处所指的“已知图形”,是指题中所给出物体的实物图,或者表示物体在运动过程中所处某一状态的示意图、表示物体运动变化过程及规律的示意图。在处理此类问题时,如果仅仅依靠题目所给出的图形,通常较难得到有效的解答方案,因此,必须从已知图形出发,应用相关工具对其进行变换,通过变换操作得到能够直观呈现题中所给已知物理量与目标求解物理量之间关系的图形,从而将图形问题有效地转化为代数问题,应用方程对其进行解答,快速完成对于目标物理量的求解,并掌握相关思维方法,为后续处理同类习题积累经验。
  例如,在鲁科版必修第二册《平拋运动》的教学活动中,教师就可以设计如下题目:“从高为H的A点平抛一物体,其水平射程为2S,下落点为E。在A点正上方高为2H的B点,向同一方向平抛另一物体,其水平射程为S,下落点为F。两物体轨迹在同一竖直平面内且都恰好从同一屏的顶端擦过,求屏的高度”,并展示对应图。
  观察该图,学生往往在一时之间很难捕捉到有价值的解题信息并明确解题方向。此时,应用“数形结合思想”,教师就可以引导学生运用数学思维思考该物理问题,着眼于物体的运动轨迹分析屏的高度,借助代数工具对图形进行变换,从而明确题目中所给出的数量关系,找准解题突破口。首先,将物体竖向运动轨迹与横向运动轨迹视为平面直角坐标系中的y轴和x轴,借助平面直角坐标系这一数形结合工具对图形进行变换,在其中表示出具体的数量关系。此时,学生就能够发现,物体在从A、B两点抛出后,都会落在坐标系的x轴上,其运动轨迹就是一个顶点在y轴的抛物线,使得题中所给出的运动关系更加清晰,抛物轨迹也更容易计算。其次,根据抛物线数学规律,分别列出两个抛物线方程,之后应用代数计算完成对于习题的解答:y=ax2+bx+c、y=atx2+btx+ct将物体抛出点和下落点的坐标A(0,H)、B(0,2H)、E(2s,0)F(s,0)分别表示出来,解题逻辑初显。紧接着,将坐标点依次代入方程,列出方程组y=-H4s2x2+Hy=-2Hs2x2+2H,通过解方程组求解抛物线交点,学生就可以准确计算出物体在抛物运动过程中经过的屏的高度。
  2. 细读图形,找准规律
  部分物理问题,出于方便描述的目的,通常使用直观形象的图像来对信息进行表述,尽管图像易于理解,但却无法精确地进行描述,因此,需要通过仔细读图,充分明确图像中所包含的信息,在图形上表示出具体的物理量,在此基础上分析相关物理规律,从而实现对图形问题的代数化转化,完成问题的精确分析和解答。   例如,对于:“某物体A以初速度v0(此速度不变)沿着木板M向上滑动,随着M倾斜角θ的变化,物体能够在M上滑动的距离s存在差异,根据实验得到了表示θ与s之间关系的图像(见下图,竖轴单位为m),图中P点为A在P上滑动的最低点,试求出P点的坐标。”
  此题中包含学生较为熟悉的情境:在木板上滑动的物体。但题目本身具有较强的创新性,解答难度较高。为顺利求出P点的坐标,需要对题目所给出的图像进行深入分析,明确其中包含的潜在物理规律,结合具体模块的物理知识,通过计算求出坐标值。以下为完整分析解答过程:
  对题目中所给出的图像进行分析可得,该图像给出了A在M上滑动的最大距离20m,此时倾斜角θ=0°,与此同时,也给出了倾斜角θ=90°时A在M上滑动的距离,为15m,结合运动学模块的相关知识可知,倾斜角θ=0°时,该物体实际上是在平面上进行水平滑动,而在倾斜角θ=00°时,该物体实际上做竖直上抛运动,因此可以结合相关物理规律及公式对速度v和s之间的关系进行分析,在这一过程中明确θ与s之间的数量关系,从而应用数量关系求出A在M上滑动距离最小时的P点坐标。
  当M倾斜角θ=θ1=0°时,A在M上上滑的距离s=s1=20m,此时A做水平运动,根据牛顿运动定律及运动学模块公式,可以得到以下关系式:
  V20=2μgs1 ①
  当M倾斜角θ=θ2=0°时,A在M上上滑的距离s=s2=15m,此时A在M上做竖直上抛运动,根据相关知识可以得到另一关系式:
  V20=2gs2 ②
  当M倾斜角θ为任意值时,A在M上做斜面上滑运动,结合相关知识可以得到以下关系式:
  V20=2(gsinθ+μgcosθ)s ③
  联立①、②、③式得到方程组,通过消元消去v0和g,得到关于s的关系式:
  s=s1s2s1sinθ+s2cosθ ④
  将图像中所给出的s1和s2的数值代入④中,可以得到关于s的表达式:
  s=120.8sinθ+0.6cosθ ⑤
  此时,依据三角函数的相关知识可知,cos37°=0.8、sin37°=0.6,据此可以将⑤式转化为以下形式:
  s=12sin(θ+37°)
  结合关于三角函数的数学知识可得,当M的倾斜角θ=53°时,s有极小值,故在图像上表示A在M上滑动距离最小值的P点坐标为(53°,12m),至此完成对于整道习题的求解。
  (二)借助“形”转化“数”,计算物理问题
  其次,就是将“数”以“形”的形式表现出来,利用“形”更清晰地展示“数”的信息,促进学生对物理问题的深度计算。
  例如,在鲁科版必修第一册《匀变速直线运动》的教学活动中,教师就可以设计如下题目:“汽车匀速行驶,速度为100km/h(27.8m/s),在刹车后做匀减速直线运动,匀减速时的加速度大小为5km/s2。汽车开始制动后2s内的行驶距离是多少?汽车想要完全停止需要经过多远的制动距离?”
  对于该题目,由于涉及信息较多,学生经常难以准确把握可用于计算的数学信息并解答出正确答案。此时,应用“数形结合思想”,教师就可以指导学生画线段图,借助线段图构建运动模型,在运动图形模型中标记初速度v0(标记在汽车刹车点处)、s1(制动2s后的行驶距离)、s2(从制动开始到停止的距离)、a(整个制动过程的加速度,数值为5)、vt(制动停止后的速度,数值为0,所经历时间为t)。如此,解题所需数学信息清晰展示出来,学生自然能够更轻松地梳理相关逻辑,先通过设定初速度方向为正方向,明确加速度在计算过程中的表示方法,即:a=-5m/s2。紧接着,分析所挖掘的数学关系,根据速度公式vt=v0+at,直接代入已知数据,就可列出t0=vt-v0a=0-27.8m/s-5m/s2=5.56s 的算式并求出制动停止的时间答案。此时,通过比较该时间与问题1中“2s”的关系,可得出结论“制动2s后,汽车依旧处于运动状态”,学生的解题思维更加清晰,必然可以通过后续公式代入和计算得出更准确的问题答案。同时,在这一解题过程中明确“数形结合思想”对于解答物理问题的优势,更主动地在之后的学习和解题中运用该思想和解题方法。
  (三)融合“数”与“形”,拓展物理学习
  最后值得一提的是,将高中物理与“数形结合思想”融合在一起,教师还需要提起对于拓展教学的重视。简单来说,物理与数学知识一样,在生活中处处有迹可循,是与现实生活息息相关的。因此,高中生在学习物理知识并解答实践问题的过程中,还需要学习如何利用相关知识解决生活中的现实问题。也就是说,教师可以尝试寻找生活中的物理信息,根据相关内容设计习题,引导学生运用“数形结合思想”进行解答。同时在这一过程中,引导他们围绕习题思考在生活中看到的物理现象和数学信息,以促进他们对问题更深入地思考。如此一来,一边研究物理知识、探究解决问题的方式方法,一边运用数学思维、寻找“数形思想”在物理问题中的应用方法,同时加强对生活知识的观察和运用,学生对物理内容的探究越来越广泛、全面、深刻,他们的知识面得到拓宽,思维得到更多锻炼,必然能够更好地掌握“数学结合思想”在物理题目中的解题运用方法,从根本上提升思维水平和解题能力。
  例如,在鲁科版必修第一册《相互作用》《力与平衡》等章节中,教师就可以结合生活中的“力的相互作用”“力的平衡关系”等內容设计生活化题目,以具有生活气息的题目,促进学生在解题过程中的“数形结合”思考,深入培养其思维能力和解题能力。此外,教师还应鼓励学生自主应用课余时间,借助互联网阅读更多关于数形结合思想在物理解题中应用的实践案例,不断丰富和积累相关经验,从而深化对这一解题方法的掌握。
  (四)加强解题反思,深化关于数形结合方法理解掌握
  掌握一种解题思想方法的目的,并不仅仅是为了解答某一道具体的物理习题,而是应该在实践中进行融会贯通,达到“做一道题,会一类题”的效果。为此,在应用数形结合思想完成物理习题解答之后,需要进行系统化反思:其一,本题中所使用的数形结合处理方式,还可以用于解答哪些习题?其二,本题中对于图形的分析,具有怎样的启发?其三,本题中所包含的数量关系,还可以应用于解答怎样的图形问题?通过不断反思,进一步拓宽在解题实践中应用数形结合方法的思路,从而获得思维能力的增强。此外,对于运用此思想方法进行解题但未能得到正确答案的题目,需要认真反思错误原因,明确题中图形所给出的关键信息并重新进行数量关系的分析和方程的构建,形成对后续解题的提醒,避免重复出现同类错误。
  三、 结束语
  综上所述,将数形结合思想运用在高中物理解题教学活动中,引导学生通过分析物理题目中的“数学”和“图形”信息进行解题,能够帮助他们更迅速地形成物理逻辑和科学思维,不仅能够促进其高效解题,还能深化他们的思维素养,是促进其个人可持续成长和全面发展的重要手段。高中物理教师应对此形成科学认识,积极运用“数形结合思想”组织解题训练活动并指导学生解答物理问题,以加强对学生的学科素养培育,促进其更积极地成长。
  参考文献:
  [1]余水斌.数形结合在物理解题中的应用[J].中学理科园地,2019,15(5):6-7+9.
  [2]郭兴平.数形结合思想在高中物理教学中的应用[J].高中数理化,2019(20):46.
  [3]宋代强.高中物理解题中数形结合思想的应用探微[J].数理化解题研究,2019(19):78-79.
  [4]杨学峰.高中物理问题求解的“数形”兼备之道[J].中学生数理化(学习研究),2019(6):53.
  [5]郭威.数形结合解决高中物理问题的案例分析[J].湖南中学物理,2019,34(5):45-46+48.
  作者简介:
  俞裕旻,福建省福州市,福建省福州市平潭第一中学。
其他文献
摘 要:信息技术与课堂教学“互动环节”的有效融合在于:改变互动形式的单调,丰富互动的内容、加强互动的深度,提升互动的作用,形成以“自主、探究、合作”为特征的新型互动教学模式,符合信息技术与课堂教学整合的大趋势。为了克服改进传统英语课堂教学“互动环节”存在的不足,通过寻求信息技术与“互动教学”的有效融合,提高英语课堂各环节的教学效率,促进师生的交流与发展。  关键词:概念;实际需求;理论基础;传统不
期刊
摘 要:科技的进步使得各行各业在发展的同时获得了全新的发展机遇,随着计算机技术的普及,在初中阶段,多媒体技术已经成为课堂教学中的有力工具。在英语教学中,多媒体技术的有效运用能够实现直观教学、突破重点,并进一步优化课堂的内部结构,也使得教师在运用的过程中,能够真正实现利用多媒体技术来保证学生的全面发展。对此,文章主要分析了多媒体技术在初中英语教学中的作用。  关键词:初中英语;教学;多媒体技术;作用
期刊
摘 要:随着社会的不断发展,科学技术水平的不断提高,人们获取信息、传递信息、传播信息的方式也在发生着日新月异的变化。这也使得很多领域出现了新型的工作运作方式。对于教育行业来说,“微课”就是一种新型的信息传递方式。现如今,微课教学模式顺应着新课改背景的扶持,愈来愈成为教育工作者青睐的教育手段之一。文章将对微课在高中政治课堂教学中的运用策略进行一定的探讨研究。  关键词:微课;高中政治;运用策略  微
期刊
摘 要:新时期初中数学教学,为有效培养学生数学核心素养,应当基于核心素养教育要求,从多个领域入手开展教学创新,如巧用“问题串”创设教学模式、挖掘小组合作学习潜在价值、创设丰富多样的教学活动等,为学生建构全新的数学学习模式,调动学生的学习主观能动性,促进初中学生数学整体学习水平提升。文章就初中数学教学中如何培养学生数学核心素养进行分析探讨。  关键词:初中数学;核心素养;培养路径  一、 引言  新
期刊
摘 要:教育的本质就是与美相遇、相悦。师生在与“景观之美”“行走之美”“课程之美”相遇中,感受着学校自然亲和、闲适从容、丰盈灵动的育人样态。在美学视角关照下育人新样态为学子的生命打开一扇窗,遇见未知的世界,为学生成长创造无限可能。  关键词:景观之美;行走之美;课程之美  在这个超速变化的时代,也许美是我们能够唯一留给这个世界的,而教育的本质与价值就是让每一个人与美相遇、相悦,从而实现生命的自由。
期刊
摘 要:新时期教育改革背景下,为不断推动幼儿教育活动开展水平提升,应当合理对信息技术进行运用,发挥出信息技术优势。文章就信息技术在幼儿教育活动中的运用探析,以幼儿音乐教学活动、幼儿美术教学活动、幼儿阅读教学活动为阐述对象,论证信息技术运用下,幼儿教育活动创新的可行性。  关键词:信息技术;幼儿教育活动;运用价值;运用路径  幼儿教育活动的开展具有一定特殊性,在实际教学工作开展时,应当契合新时期幼儿
期刊
摘 要:班主任是班级工作的组织者、班集体建设的指导者、中小学生健康成长的引领者,其工作涉及方方面面,烦琐而又复杂。那么,班主任要怎么做,才能在错综复杂、千头万绪的工作中处理好方方面面的关系,成为一名优秀的班主任?让班级工作更加高效,这成为很多班主任关注的重点。笔者认为教师的教育有道,才会让学生的成长有力。班主任不仅要释放爱的光芒,把握良好教育对策,还要不断反思自我,与学生之间谱写良好教育华章,让教
期刊
摘 要:在教育改革的背景下,德育教育越来越受到人们的关注和重视,然而大部分教师只注重课堂上的专业教学,忽略了学生在实际生活中的道德提升。课堂教学与生活的紧密联系是形成道德教育整体教学的关键,是道德课堂教学的补充和延续。为了紧密联系道德与学生实际生活,根据学生的认知水平,可以通过自身成长故事的演说,使德育课程的教学真正回到学生生活中,让道德课堂的教育作用辐射到学生的生活中。通过真实故事的教育,学生在
期刊
摘 要:道德与法治教师需要从课程教育特色思考推动育人工作创新发展的举措,在教材内容合理运用的基础上立足实际开展多样化的教育指导,开展互动交流提升初中生对优秀情感的认知程度,并通过课堂教学培养学生正确的思想品质与高尚的道德情怀。受传统教学观念影响,教育教学中理论知识讲解和实践教育往往背道而驰,知行合一教学目标难以落实。文章立足知行合一视域,审视道德与法治教师开展深度教学策略,围绕深度教学提出坚持以学
期刊
摘 要:从孩子小的时候,就要培养他们的观察能力。对其观察能力进行有效的培养,就如同给了这些孩子打开知识大门的钥匙,让孩子们可以走进知识宝库。这种能力对于幼儿们来说是非常的宝贵的,其对幼儿们终身的学习都会产生非常大的益处,而在此过程中,积极地发展幼儿们的观察能力,也是进一步实施素质教育中有力的举措。由此可见,在进行学前教育的过程中,必须要对幼儿观察能力的培养多加重视。鉴于此,文章主要针对幼儿园教育中
期刊