高中物理图像问题思维错误及对策探讨

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摘要:在物理学中，物理图像是表征物理过程和物理规律的一个关键方法，其能够直接反映两个物理量之间变化的函数关系，将繁琐的文本描述变得更加直观。本文从高中生角度出发，剖析高中生在处理物理图像过程中存在的思维错误，在分析的基础上提出相应的教学改进策略。

关键词:物理图像；思维错误；教学策略

物理图像是重要的表征方法，形象展示了物理过程和物理规律，同时图像法也是解决一些物理问题的重要手段。图像问题能很好地考查学生的基础知识与能力，在高考物理中，图像问题一直是热门考点。针对物理图像问题的教学研究是教育者一直关注的重点。郑其丰在《基于学情分析的教学改进———以物理图像问题的复习为例》中，运用solo理论区别了学生在学习物理图像问题时存在的认识差异，并对图像问题的复习教学提出一系列的改进建议[1]。潘晓宇在《高中物理图像学习的主要思维障碍及对策》中，着重分析高中生处理物理图像存在的主要思维障碍的类型及成因，并提出相应的对策[2]。结合前人的研究，本文对高中生解决物理图像问题的思维错误进行了总结分类，并提出相应的教学策略。

1解决物理图像问题的主要思维错误

在高中阶段，学生对于物理图像的认识是一个循序渐进的过程，从对基本的图形认识，到对图像中各要素的物理意义的挖掘，最后将物理图像与相应的物理模型联结起来。高中物理反复涉及物理图像的斜率、截距、面积等图像要素，老师会解释强调其物理意义，学生也有一定意识思考物理图像与物理规律的联系。但学生对图像的认知仍然停留在记忆阶段，对物理图像还不能进一步应用。当面对具体的物理图像问题时，学生往往没有正确的物理图像分析方法，常常出现以下几种典型错误：1.1形象淡漠导致图像中各要素的物理意义不明。在高中物理学习中，形象思维对加强学生对物理的认识起到了重要作用。在给定的物理情境下，物理图像是描述物理形象的一种重要形式、手段和工具。图像中包含点、线、面、斜率、截距等多个要素，将这些要素放在给定的物理情境中，它们就被赋予了不同的物理意义。形象淡漠导致学生难以将物理图像与物理过程联系起来，也就难以主动分析、挖掘图像中所隐含的信息。只从物理图像的单个要素入手，无法把握物理图像的整体。1.2思维定势导致学习物理图像间的负迁移。思维定势是由先前的活动造成的一种对活动的特殊心理准备状态，或活动的倾向性。思维定势的积极作用在于，学习相似物理情境下的物理图像时，思维定势使学生能够应用已学过的分析方法迅速解决问题。但思维定势也存在消极作用，如果物理情境发生变化，思维定势往往会阻碍学生思考。因为当物理情境发生变化时，学生仍不自觉地将常用的分析方法应用到新的物理图像中，不能灵活转变分析的角度，不能发现物理图像与物理情境的联系，导致学生在接触新的物理图像的过程中产生了思维障碍。1.3思维的单向性导致解决图像问题思路。固化思维的单向性是线性思维的一大特点。线性思维的积极作用在于，给予解决图像问题的一般思路，单向的思维方式也会导致解决图像的思维固化。尤其在一些物理情境的物理图像中，并不包含学生熟悉的物理量，而是不太常见的物理量的搭配，导致学生难以从物理图像着手挖掘信息，难以把握图像中物理量之间的变化关系。

2教学策略与片段设计

2.1物理量与图像中要素相联系。教师帮助学生理解物理量在物理图像中的呈现方式，在教学中引导学生从物理图像的轴、点、线、面积、斜率、截距等图像要素中挖掘其物理意义，进一步促进学生养成分析物理图像的习惯。教学片段：教师运用PTT展示所学x-t、v-t等高中物理较为常见的物理图像。问题1：从这些物理图像中我们可以获得哪些信息？教师通过整合物理图像，从数学角度出发，与学生分析物理图像中包含的重要要素，引导学生从这些基本的图像要素中获取信息，引导学生掌握物理信息在图像中的呈现规律，使学生能从图像的轴、点、线、面积、斜率、截距等图像要素去分析图像，养成从多个角度看待物理图像的习惯。说明：本案例中的物理图像都是高中物理比较常见的物理图像，学生对其非常熟悉，通过这些典型物理图像的集中呈现和比较，学生进一步了解了物理图像中信息的呈现方式。教师强调物理图像中的截距、斜率、面积的重要性后，学生再面对图像时就会从图像的这些要素入手去获取信息。2.2紧抓物理图像背后的物理情境。物理图像只有建立在一定的物理情境之上，图像中的各要素才有物理意义。但一些相似物理图像中的斜率、面积等要素的物理意义并不能直接类比运用。教学片段：问题1：图1中的1、2图是常见的运动图像，它们代表不同的运动，我们学习过从运动图像中挖掘更多信息，如加速度、位移等物理量。那么怎么得到A点的加速度？学生自主回答，教师总结。从1图中直线斜率代表加速度，到2图的A点对应切线斜率代表加速度。从直线到曲线转变，斜率的物理意义没有发生改变。问题2：3图是电学中小灯泡的伏安特性曲线，如何求得A点是电灯泡的电阻呢？教师运用类似的曲线图像，让学生进行思维迁移，学生会误认为A点的斜率倒数对应的是该点的电阻。这时教师指出学生的错误，造成思维冲突。教师与学生一起回顾欧姆定律的表达式，线性变化（为定值电阻）时图像斜率可以表示电阻阻值。但问题中是小灯泡，电阻的大小时刻在发生改变，根据欧姆定律，导体电阻是电压除电流而并非切线斜率。说明：从简单的线性物理图像转变为非线性物理图像，回顾图像中斜率代表的物理意义。再将运动图像（x-t、v-t图像）与后学的电学图像（I-U图像）相比较，让学生认识到将线性图像的斜率套用到非线性图像中的错误典范。面对图像中包含相似的图形时，需要根据具体的物理情境与物理量的定义式来判断，在物理图像中找寻与未知物理量所对应的图像元素。2.3自主构建物理模型。一些物理图像的图形较为繁杂，同时坐标轴代表的物理量之间也没有直接的物理公式联结，会造成学生的思维闭塞，导致对题目无从下手。教学片段：问题1：我们在学习过关于能量的知识后，能否画出能量与时间的关系图？看例题，题中动能与时间的关系图是哪个？从地面竖直向上运动抛出一只小球，小球运动一段时间后落回到地面。忽略空气阻力，在图2中选出该过程的小球的动能Ek与时间t的关系图像。教师与学生对物理图像进行分析。图像属于非线性的图像类型，动能Ek与时间t两物理量搭配构成的物理图像不常见。教师需要引导学生把解决问题的思路从物理图像移开，通过分析题目中所给的条件寻找相应的物理模型，属于运动学中的竖直上抛运动。由运动学公式与动能定理公式推导把两个物理量相联结，从动能Ek与时间t两物理量关系式出发分析它们的函数关系，定性给出对应物理图像的特点，包括单调性、开口方向、转折点等，根据这些特点寻找相匹配的图像。说明：结合例题，教师引导学生总结解决不常见物理图像问题的核心———抓住物理图像与物理公式的联系。从物理图像出发，寻找与之匹配的物理模型，通过物理公式联结图像坐标物理量，推导物理图像的函数表达式，再从表达式出发分析物理图像，找出对应的物理模型，运用数学方法描述物理图像的特性，解决这种类型的图像问题。

3总结

教师在进行物理图像教学时，不但要讲透各类物理图像的内涵与外延，更需要从学生的认知规律出发，分析学习物理图像的思维错误，以进一步改进教学。

参考文献

[1]郑其丰.基于学情分析的教学改进———以物理图像问题的复习为例[J].物理教师,2018,39(3):86-90.

[2]潘晓云.高中物理图像学习的主要思维障碍及对策[J].成功(教育),2012(1):52-53.

[3]陈明.解决物理图像问题的“三步曲”[J].湖南中学物理,2017,32(11):58,74-75.

[4]张占庆.高中物理图像问题探析[J].青海教育,2015(Z3):79.

[5]冯少安,易继东.利用图像解决物理问题应掌握三种技能[J].物理之友,2014,30(7):19-21.

作者:谷春晖 姜玉梅 单位:扬州大学瘦西湖校区