芻議物理圖像對高中物理教學的重要性お

關存云

對物理現象和物理問題進行表征時都離不開物理語言的使用，圖象就是一類重要的物理語言類型，它有著形象直觀、簡潔明了的特點.恰當地運用物理圖像會讓學生在物理學習的很多方面獲取便利.

1幫助學生對物理概念進行理解

高中生要學好物理就必須對物理概念有清晰準確的把握，當然學生知道概念的定義，并不表明他們在頭腦中已經將概念建立起來.學生學習概念，必須要以大量的感性素材為基礎，而根據感知素材的差別，學生物理學習的直觀可劃分為四類：實物直觀、語言直觀、模型直觀以及圖形直觀，這些直觀的特點不一，都是學生物理學習過程中不可或缺的必要組成.物理圖像從類別上屬于圖形直觀，能夠以其形象直觀的特點，突出現象和過程的本質.高中生在自己的生活中已經有了豐富的實物直觀積累，而其對模型直觀或語言直觀又比較陌生，因此圖形直觀是最切合學生認知習慣、符合其思維特點的直觀類型，而且處理也較為簡便.學生積極將物理圖像運用于概念的學習過程，將有效幫助他們形成并理解概念.[HJ2.25mm]

例如，力是物理最基本最重要的一個概念，學生在系統化地學習力學知識之前已經在生活中有了大量力學知識的感性積累，但是這些認識是松散的、模糊的，教師要引導學生對其進行恰當的處理才能實現概念的正確構建.教學中我們也發現，學生剛接觸力的概念，即物體與物體之間的相互作用，貌似已經觸及概念的本質，但是依然較為抽象.而力的圖示和示意圖恰恰能在這一方面進行彌補，這一方法能讓力具有更好的可視性以及可操作性.教師引導學生用一根帶有箭頭的線段來表示無形的力，線段長短對應力的大小，其箭頭指向即為力的方向，基于這樣的圖形直觀，學生才能更加形象地表示物體的受力情況，并結合平行四邊形法則對力進行合成與分解，進而實現問題的解決，因此可以說物理圖像是力學問題處理的最基本手段之一.此外高中物理從“力”的概念開始，圖示或示意圖就成為矢量（向量）的基本表征手段，學生在數學學習中也會對其進行接觸，但它更應該屬于物理工具，因為這種形象化的表示方法[HJ2.15mm]正是在物理學的研究中建立起來的.

2幫助學生對物理規律進行學習

如果將物理概念稱為物理研究的基石，那么物理規律就應該是物理研究的核心.物理規律是對物理現象和過程的發生、發展以及變化本質內容的反映，它揭示了對應過程中物理量間的聯系，這也正是高中物理學習過程中的重難點所在.就物理規律而言，文字、公式以及圖像是三種最常見的表征方式，其中圖像表征能給予學生感官最直接、最強烈的刺激，方便學生對規律的認識和理解.因此，教師在對物理規律進行教學時，要引導學生結合圖像來對相關內容進行描述，進而促使學生對規律本質進行理解和對比.這會對學生學習起到事半功倍的功效.

例如，在勻變速直線運動的有關規律學習之后，教師一般會安排學生對豎直上拋運動的規律進行認識，從而進一步熟悉運動學的有關規律和處理方法.初學者在面對該運動類型時，往往會因為運動學中數量繁多的公式，而在此感到無可是從.但是如果讓學生在了解豎直上拋運動的基本特點之后，再介紹它的v-t圖象，就更容易讓學生發現其內在運動本質，進而克服用公式進行描述時所產生的障礙.在引導學生結合圖象來認識時，教師首先要強調此圖象中正方向的規定，[TP8GW38.TIF，Y#]如圖1所示，即為豎直上拋運動的v-t圖象，且取豎直向上為正方向.由圖可知，物體以豎直向上的初速度v向上運動，經過時間t，速度逐漸減小為零，而后速度變為負值，即物體開始自由落體運動，再經歷時間t之后，物體速度達到-v，其大小與初速度v相等.學生要讀懂圖象，還要深刻領會這樣幾點：①上升階段與下落階段圖象的傾斜程度沒有發生變化，即物體整個過程的加速度不變，全過程為完整的勻變速直線運動；②在t時刻，物體的速度減小零，此刻為物體運動的最高點；③以t時刻為界，物體的上升和下降具有對稱性，圖象中陰影部分面積表示位移，應該有上升和下落同樣一段路徑對應相等的時間間隔，且相同位置的速度也是大小相等.

3幫助學生對了解實驗、分析實驗數據

實驗是高中物理教學的重要手段和主要內容，它是人們從研究的目的出發，運用科學化的儀器和設備，人為地創造、控制或者純化的物理過程，使其在盡量減少其他因素干擾的條件下順著預設的進程發展，最終實現對相關規律的探究，是最具有科學性的活動.高中物理教學中需要學生能結合所要探究或驗證的目的，設計實驗思路、選擇實驗器材、規劃實驗步驟、實施實驗操作并進行數據處理，最終形成實驗結論.在此過程中，圖像起到了不可替代的作用.

高中物理實驗中最常見的兩類圖像之一是在實驗設計過程中所用的實驗原理圖，相比于繁瑣拖沓的文字，一幅原理圖就能簡潔明快地將實驗的主要器材、實驗的大體思路呈現出來.例如，如圖2所示為研究平拋運動軌跡的實驗原理圖，結合圖片學生很快能把握實驗的基本過程：讓小球從傾斜軌道下滑，從軌道末端打出后發生平拋運動，壓紙板則可以固定白紙，借助接球擋板可以記錄小球運動過程所經過的位置，最終描述出相應軌跡.學生由圖還可以明確重錘線、氣泡水準儀等器材的出現，進而強調實驗的注意事項.這在方便學生對實驗思路進行圖式建構的同時，也在幫助學生逐步形成設計實驗的基本方法.

實驗中的另外一類圖像是在數據處理中使用的，實驗往往會得出一系列錯綜復雜的數據，如何從其中發現物理量之間的規律呢？構建物理量的圖象關系就是最簡便的方法.例如“探究小車的速度隨時間變化的規律”中，處理紙帶后能得出如表1所示的一系列速度值.只要結合相關數據描繪出v-t圖象，小車的速度變化特點一目了然.如圖3所示即為對應圖象，因此有結論：小車的速度隨時間均勻變化，即小車進行勻變速直線運動.

4幫助學生解答物理試題

高中物理的學習過程中，學生如果能夠結合物理圖像來對問題進行處理和分析，那么其處理思路會更加直觀和形象，過程可能會簡便很多.華羅庚曾說過：“數缺形時少直觀，形少數時難入微”，這句話強調了數形結合的重要性.就物理問題的處理而言，數和形是問題表征的兩個基本手段，不能有所偏頗.教學過程，教師如果過分側重于“數”，則會讓學生過分依賴公式，進而導致物理學習數學化，嚴重淡化物理思維的養成；反之教師能在某些問題的處理中，引導學生運用圖像來分析問題，不僅有助于問題的簡化處理，還能幫助學生優化物理思維結構，提升思維品質.

例如圖4所示的兩個光滑斜面，已知其高度h相等，斜面總長度相等，現有兩球從頂端靜止下滑，且認為b球在轉折點不發能量損失，則有

A.小球a先到達底端

B.小球b先到達底端

C.兩球同時到達底端

D.兩球到達底端時速度大小相等

[TP8GW41.TIF，BP#]

分析由于斜面光滑，因此結合機械能守恒定律，有D項正確.前三項的處理如果通過計算法來解析將非常繁瑣，而用圖像來處理就非常簡單，構建兩球的v-t圖象如圖5所示.由于斜面的長度相等，即小球路程一致，則有兩圖象與時間軸所圍面積相等；由于軌道存在轉折，因此b球的圖像要分成兩段，前段加速度大于a球，后端小于a球；二者到達終點時的速度大小相等.綜合上述要求的考慮，則b球必須先到達底端，即B項正確.