高中生應用圖形語言解決物理問題的教學策略研究

【摘 要】 在物理教學中發現，許多學生在解決物理問題時習慣于公式和數學演算，缺少畫圖的意識或者不會畫圖，這已經成為學生學習物理的一大障礙。對于學生的某些問題，只要畫出物理圖形，學生往往就會恍然大悟而不用再講解。可見，將文字語言轉化成圖形語言對解決物理問題是非常必要的 。

【關鍵詞】 物理教學；圖形語言；形象思維能力；培養策略

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2012）23-0043-01

人類在還沒有語言的時候就接受了各種自然圖形，嬰兒在還不會表達的時候就能辨別親人的臉龐，這說明人類首先是有了圖形的基礎上才建立起了語言符號這一系統的。圖形語言是指特定的用線條和色彩描繪的具有一定語言性質的表現形式；根據圖形的概念，我們可以把文字進行圖形化設計，使文字不僅具有記事功能同時又具有傳遞信息的圖形化功能。

物理圖形語言是指用示意圖、圖像、圖表等描述物理現象或規律的一種形式，它具有直觀、形象、容量大、便于觀察、記憶和聯想等優點，是形象思維的載體和中介。物理圖形語言是建立在復雜的事件表象與抽象的物理模型之間的一座神奇的橋梁，它是對事件中，研究對象的狀態與過程的全方位地、初步形象化的表達，它可以使整個物理過程全面地、具體地、簡潔地呈現出來，從而非常有利于物理模型的正確選用。

學生在學習物理時離不開圖形語言，從運用力學知識的機械設計到運用電磁學知識的復雜電路設計，都是主要依靠“圖形語言”來表述的。知識的條理化，分析解決問題的思路等問題，用通常意義上的文字語言或符號語言都是有局限性和低效率的，圖形語言有助于變形象思維為抽象思維，更精確的掌握物理過程；圖形語言有助于物理狀態分析和過程的動態分析，狀態分析是固定的、死的、間斷的，而動態分析是活的、連續的。因此，培養高中生應用圖形語言的能力，可以提高學生分析和解決物理問題的能力。

物理問題多以現實的客觀事物存在為背景，一般用文字語言來描述，學生在讀題時，頭腦中就會產生相應的表象。為了準確地把握要研究的對象，通常將表象反映成圖形語言，也就是讓圖來表達。學生在解決物理問題時通常出現如不能形成圖形表象、不能對圖形表象進行加工與改造、不能將原型變模型及學生缺乏程序化思維訓練等問題，針對以上問題，教師在教學中可采用以下幾種教學策略：

1 直觀、形象化的教學原則

心理學研究表明，人的大腦對通過不同渠道的知識的吸收比率是大不相同的：視覺83%、聽覺11%、嗅覺3.5%、味覺1%、觸覺1.5%。只從視覺獲得信息大約能記住25%的信息量，若能把視覺、聽覺結合起來使用，那么將會記住感知信息的大約65%，因而可以說，大腦中儲存著的知識中，極大多數是通過視覺和聽覺獲得的，與視覺有關的“圖形信息”占絕對高的比例，物理知識更加如此，為更好的培養學生應用圖形語言解決物理問題的能力，在教學中：

1.1 教師充分利用教材中提供的圖形圖片、再補充一些相應的電視錄像、多媒體課件等手段再現知識發生發展的變化過程，用圖文并茂的方式向學生提供信息，讓學生生活在一個形象的物理世界里，通過動態的畫面將一些看不見、摸不著的微觀世界、物理圖景、物理形象、抽象概念等形象化，將在課堂教學中不便演示的現象和內容以立體的信息輸入學生的大腦。

1.2 換生活圖景為物理圖景。生活圖景是指學生在日常生活中所形成的自然常識、信息以及經驗。物理圖景是指反映客觀事物物理本質特征的圖景。當生活圖景與物理圖景一致時，能幫助學生建立正確的物理形象，否則，將阻礙正確的物理形象的形成，在物理教學中一定要通過多種形式，將生活圖景更換為物理圖景，將物理形象根植在學生大腦中。

通過以上兩種途徑使學生形成正確的物理形象，只有這樣才能使視覺參與思考，才能使學生應用圖形語言畫出有助于解決物理問題的示意圖，才能排除次要因素的干擾，抓住問題的本質特征，才能組構原有表象，并在此基礎上創造出新形象。例如，在講解單擺模型時，展示伽利略觀察油燈等時擺動的圖片或動畫，再現模型建立的思維過程，讓學生身臨其境，感知分析物理過程的方法，建立準確的單擺模型。事實上，培養學生的形象思維能力，不僅僅在于提供給學生直觀形象的量，使學生獲得形象的儲存，更重要的是讓學生憑借其中典型的形象，對事物進行思維加工，以達到對事物本質和規律的認識。

2 發展學生空間想象能力的原則

建立空間關系與直觀映像的能力是一個不容忽視的能力，一些學生往往由于缺乏空間想象能力而畫不出一張空間關系圖，無法形成新的物理圖景，導致學生學習物理的困難。所以，在教學過程中，有意識地減少練習中的原始圖形，改用純文字敘述，要求學生在文字敘述的基礎上畫出圖形，即提高學生由文字語言向圖形語言轉化的能力，以增強學生空間想象的自覺性，使空間想象力有充分鍛煉的機會。例如，雨傘邊緣半徑為r且距離地面為h，傘柄在豎直方向上以角速度ω旋轉，使雨滴從邊緣甩出落在地面形成一個大圓，求此圓的半徑。

如果學生具有空間想象能力，對物體運動位置和方向進行準確的判斷和把握。借助圖形語言，正確把握物體運動的空間特征，解題時多角度、全方位、立體式地發揮科學的想象力，則可以順利地解決物理問題。

3 數形結合的教學原則

表達物理規律的最好的語言是數學。數與形是反映物理事物間關系的兩種不同的數學形式，數學表達式具有概括、精確、簡潔的特點，而圖形則具有形象、生動、直觀的特點，二者相互聯系、相互補充、相互替代、相互轉化。在求解物理問題時，視具體情況，將數學表達式和圖形相結合，注意它們之間的轉化，尋找最佳的解題途徑和表達方式，這種思維策略被稱為數形結合。

在教學過程中，教師應注重學生由圖形語言向符號語言轉化的能力，將圖形與數學符號完整的結合在一起，注意在黑板上規范畫圖，并將字母符號標注在圖形上，使所學知識在腦中形成完整的表象，幫助學生掌握數和形的對應關系，并在不同的問題情景中能靈活轉變，順利的完成由圖形語言向符號語言轉化的過程，從而有利于問題的解決。例如研究力的合成與分解，要畫平行四邊形的矢量圖，研究平拋運動、圓周運動，要畫運動的軌跡圖，另外還有速度圖象，波動圖象，交變電流的圖象等，使數字的規律變得直觀，使物理規律變得形象。

4 形象與抽象相結合的教學原則

物理圖形語言具有直觀、形象、容量大，便于觀察、記憶和聯想等優點，常常能夠把抽象的意識具體化。它作為聯系抽象思維與形象思維的紐帶，對人類思維的發展有著重要的作用。隨著物理學研究范圍的擴大和研究的深入，各種物理客體及物理運動無法由感覺器官直接把握，不能由實驗直接觀測到，如狹義相對論的四維時空、電磁振蕩理論、α粒子散射實驗等。要想更好地理解這些抽象性很強的知識，必須充分發揮主體的想象力，想象出物理客體的形象化的模型和物理過程的動態圖景，在大腦中形成理解物理內容的形象支柱，這樣的化抽象為形象的例子很多，如在教學中，教師要重視課本插圖的觀察和思考，新教材的圖片更為豐富，要注意指導學生如何畫圖、看圖，建立抽象規律和圖形語言的聯系。養成讀圖釋義的習慣，不斷促進學生的形象思維和抽象思維的結合，從而建立正確物理模型，這是提高學生解決實際問題能力的有效教學原則。

通過教學實踐的研究，筆者發現，學生在學習過程中逐漸接受并樂于應用圖形語言解決實際問題，一段時間后，學生逐漸明確了應用圖形語言的方法，掌握了一些畫圖的技巧，提高了應用圖形語言的能力，能夠在語言、圖、數學這三種信息的不同表征形式之間靈活的轉化，通過示意圖來分析物體運動變化的每一個主要過程和變化，在一定程度上提高了學生思維的形象性、整體性、多維性和深刻性。

參考文獻

[1]張恒謙 催改霞，要養成正確、規范使用圖示語言的習慣，中學物理，2005年12月

[2]王玉花，識圖 作圖 用圖，物理教學探討，2005年第2期上半月

[3]怎樣學好高中物理 何堯榮 物理教學探討 2006年9月下半月

[4]田世昆 胡衛平著 物理思維論 廣西教育出版社 1999年3月