重視數學滲透 提高物理核心素養

林啟順

(江蘇省南京市金陵中學龍湖分校,江蘇 南京 211500)

重視數學滲透 提高物理核心素養

林啟順

(江蘇省南京市金陵中學龍湖分校,江蘇 南京 211500)

在初中物理教學中,應充分重視數學原理在物理規律學習過程中的作用,以期符合核心素養培養的要求.本文分析了數學原理和初中物理教學的聯系現狀,列舉初中物理教學中常用的基本數學原理,結合筆者的教學實踐,簡述在教學中重視數學原理滲透的途徑,以提高初中生的物理核心素養.

數學原理;學科滲透;物理學習

1 引言

物理學是應用數學方法最成功的一門學科,物理發展到今天的博大精深,與數學息息相關,物理學離不開數學這個基本工具,離不開數學的思維方法,離不開精準的定量分析.培養初中生形成數理關系相互滲透,讓數學原理為物理學習服務的習慣,一定能幫助學生在物理學習中走得更遠,走得更高.

2 初中生在學習中對數理關系的認識現狀及成因

下面是筆者所聽蘇科版物理教材九年級上冊“歐姆定律”的一段公開課的教學實錄,“電流與電阻成反比”這段教學情境引起了筆者對物理教學中數理關系現狀的思考.

上課開始階段,老師提問上節課歐姆定律的實驗及其細節,為了了解同學們對該定律的理解程度，老師提了三個問題.

問題1:你們是怎么理解電流與電阻成反比的？

問題2:數學上是怎樣定義反比的？

問題3:歐姆定律公式上的物理量滿足數學上反比條件嗎？

從學生的回答中發現,在現實的物理學習過程中,學生對數學原理和物理規律的理解有下面幾個觀點:

(1) 數學和物理是兩門學科,他們之間沒有聯系

經過調查,很多學生尤其是學業水平中等偏下的學生,他們認為既然開設單獨的物理課和數學課,不同的科目有不同的教材、不同的教師.在研究內容方面,數學關注的是“數字、圖形……”，而物理研究的是“聲、光、電、力、磁……”.在學習的形式上,數學學科思考和動腦筋多一些,而物理學科有很多的實驗操作,學習上動手更多一些,他們之間沒有聯系.

(2) 數學作為物理的工具僅僅限于數學計算

部分同學認為,數學對物理學而言是一種計算工具.典型的觀點為:“數學好,物理一定好.為什么好？數學計算好,物理計算就好.”學生認為數學對物理的作用僅僅限于計算,分數、小數、科學計數法等數學知識最影響物理成績,這種數理關系的理解是很片面的，這些學生很少考慮到物理的研究過程和規律的得出過程,這些過程有很多和數學是有聯系的.

(3) 數學原理或物理規律只是本學科的規律,兩學科聯系很少

調查發現,即使數學和物理學業水平較高的學生,他們在解決物理問題過程中也只是對物理學科的公式可以進行順利變形、代入、得出結果,難度較小的問題靠“記憶”,難度較大的問題充分利用“潛在的感覺”解決問題.能在解決問題中充分考慮到數學原理對物理規律的影響、把數學原理和物理規律結合很好的學生寥寥無幾.

筆者認為造成上面的片面認識有兩個重要的原因:

(1) 教師在教學中過分強調學科本位,過分關注自身學科知識間的邏輯關系,忽視數學對物理學科的作用,從而影響到學生對數理滲透關系的應有關注.

(2) 在初中階段,物理研究的現象和規律應用到的數學原理比較少,即使用到的數學內容大多數也是比較基礎的數學知識,學生認為只是“數字運算”.這種長期形成的影響,即使解決問題需要數學原理,學生也沒有數理滲透的思維習慣.

3 初中物理學習中所需的數學知識及相關程度分析

數理滲透思維對物理學習有多大的作用,筆者調查了蘇科版初中物理教材和練習中運用到的數學知識.現將蘇科版初中教材中物理學習中涉及的數學知識歸納，如表1.

表1

由表1可知,解決物理問題所需的數學知識多數是比較基礎的,也有較高思維難度的數、形關系.解決初中物理問題需要的數學運算知識包括小學數學的整數、小數、分數的運算知識,初中數學的解一元一次方程以及實數、代數式、整式、分式的運算以及正比例、反比例、二次函數的特點及圖像分析知識.

數學知識應該是學習所有物理內容所共同需要的,除此之外,還有一些物理內容的學習則需要一些特殊的數學知識.例如,在學習壓強與浮力、密度時,需要運用圓的面積公式和圓柱的體積公式;在求透鏡焦距的問題中，需要運用解一元一次不等式的知識,解決透鏡成像問題需要運用幾何的相似圖形知識(物距:像距=物高:像高,如圖1),包括小學數學中的三角形的簡單性質、初中數學中三角形全等、相似的性質;研究平面鏡反射問題需要對軸對稱性質有所認識;處理歐姆定律探究實驗時，數據處理采用了圖像法,需要運用一次函數、反比例函數的原理及圖像，電功電熱需要解二元一次方程組和二次函數等知識(如圖2).

圖1

4 在初中物理教學中重視數學原理滲透的途徑

在教學中如何加強數理滲透,讓學生形成一定的學科滲透的思維習慣,是一線教師應該關注的.本文開始介紹的那位優秀同行的做法,給了我們很大的啟示,即通過追問來促進學生思考,使學生明白物理的反比規律也符合數學上的反比規律.接著看歐姆定律的實驗課中這位教師提出的問題.

問題4:你記錄的實驗數據圖像是怎樣的？你怎樣認識該圖像符合反比規律？

問題5:圖3是另一個電流與電阻關系的圖像,圖中陰影部分面積表示一個物理量,你認為可能是什么？圖3和圖4中哪個是正確的？

問題6:這是一次實驗中杠桿的拉力大小與力臂變化關系的圖像(如圖5),你如何解釋在杠桿平衡時這兩個量之間的關系？

圖4

圖5

從以上問題的回答可以看出,學生從開始過于關注學科本身，有點不知所措,到后來關注數理關系，充分融會貫通,再到知識的拓展,思維一步步走向更高的層次.筆者發現,其實學生對于函數圖像的一般特征信息,如圖像上某點坐標值、斜率值、曲線下面積值的物理意義的理解還是比較好的,說明大多數學生對理解圖像與物理概念之間的聯系應該是沒有困難的,而問題在于解決問題時有沒有數理滲透的思維習慣.

如何有效指導學生將數學知識和物理規律的學習進行滲透,筆者認為有以下幾個途徑.

(1) 物理教師在教學中應重視學科滲透的引領

學生在學習物理知識和解決問題的過程中,已經用到了數學知識,所謂數理不分家.但是從教師到學生都沒能在思想上意識到這是數理滲透,長期形成的思維習慣造成學生在遇到真正需要數學方法的時候,忘記了向數學“求方法”,真所謂“不是做不到,而是沒想到！”增加數學在物理課堂的“出勤率”,培養好數理滲透思維習慣,讓同學們重視數學在物理學習中的地位,遇到需要數學原理時,能夠及時聯系起來.

(2) 物理教師加強與數學教師的聯系,做好信息互通

與數學教師經常溝通,可以很好地了解數學教學信息.在溝通中既能了解到信息,也會讓數學教師自覺關注物理學科的數學需求,教學中會對這方面知識有所側重,數學教師是物理教學很重要的“外援”.另外,知道數學的教學進度和教學要求,可以減小數學對物理教學的干擾.

(3) 在物理知識學習時,物理教師應先了解并關注與本知識相關的數學知識,再次夯實相關的數學知識,為物理學習做好鋪墊.

5 結語

初中物理課程是培養學生科學素養中的重要一環,初中物理又是高中、大學甚至更高層次物理學習的基礎.這一階段的學習不僅要重視知識的獲得,更要重視能力的發展,不僅要學好本學科的基礎知識,也要關注各學科間的滲透.數學的運算、圖形、函數等知識是物理學習最重要的工具,甚至是決定學生物理能否學好的重要因素,學習的層次越高,這種影響越大,在平時教學中我們不能忽視數學對物理學的影響.所以,教師平時要重視數學知識與物理學習的滲透,加強與數學教師、學生的溝通,充分了解學生的數學基礎.通過課前的努力,夯實學生的數學基礎,讓物理教學節奏更明快,讓學生在數理滲透中對物理知識的內涵有更深層次的理解,從而提高學生的科學素養.

[1] 袁麗.中學物理課程中數學知識的支持性研究[D].重慶:西南大學,2009.

[2] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準(2011年版)[M].北京:北京師范大學出版社，2012.

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[4] 張健.淺談初中物理與數學的銜接[J].邢臺師范高專學報,2001,(3):78.