高中數學物理跨學科課程整合研究

摘 要：數學和物理都屬于理科范疇內的科目，兩者之間也有著很強的關聯性。在學習物理之前，學生必須首先在數學方面打下堅實的基礎，這樣在學習物理時就能夠更加順利。另外，在這兩大科目同時教學的過程中，教師應當在教學方法上進行調整，將數學中的解題方式有效運用到物理中。

關鍵詞：高中物理教學;數學;分類;整合研究

一、 引言

數學中包含許多較為系統且能夠廣泛應用于其他領域的獨特思想和方法，如數字與圖形的結合以及函數等。由于高中物理的復雜性，為了幫助學生理解得更加深入，就可在教學中充分利用這些方法。

二、 數學和物理的關系

（一） 數學是物理的語言

數學可以精確而簡明地將物理概念和規律表述出來。在物理學中存在著很多的概念、規律以及公式，用數學作為物理的語言，可以簡潔明了地表示出各個物理量之間的關系。在物理學中經常使用函數關系來表達物理量之間的關系，揭示其中的物理含義。也經常使用圖表來表示物理中物理量的數量關系和物理情境。

（二） 數學是物理的工具

想要解決物理問題，必不可少的步驟就是把物理問題轉化為數學問題：首先物理試題給出了物理情境以及相關的參量后，要求學生能夠對情境進行分析，找出各因素間的物理關系，并且建立解決問題所需要的方程式或者不等式，用最簡便的方法解答。同時還要根據結果進行判斷或者討論，而在這一過程中要選用恰當的物理規律，還要求學生具備一定的數學知識并能夠運用由此可以看出要解決物理問題，就必須運用數學知識。

（三） 高中數學和物理的相關性

在高中的物理課程的學習中需要的數學知識大概有代數運算、平面幾何、立體幾何、解析幾何、函數、向量等。在解決物理問題時，肯定要運用代數運算，在分析實驗數據要運用到函數圖像的知識。

三、 高中物理教學中數學思想方法運用

（一） 數學思想讓物理教學變得簡單

數學和物理的教學目的都是研究自然規律，通過這些自然規律讓人更好的生活。數學和物理不僅目的相同，數學更是物理的基礎。物理學上的公式離不開數學的邏輯推導、物理學上的定律也要依據最基本的數學規定。最偉大的物理學家之一愛因斯坦在研究物理時，也經常向數學家請教。如果不了解數學、物理中的定律、公式我們就只知道是什么，卻不知道它們如何推導出來，又為什么以那樣的形式呈現。而了解數學，有助于將復雜的物理公式變得簡單化，掌握推導這些公式基本過程的方法。

（二） 物理定律發現離不開數學思想

物理定律的發現主要是通過實驗，但是實驗的結果卻需要運用數學方法計算，而且物理定律一般用數學公式來表達，比如著名的高斯公式、格林公示、散度、旋度場等這些電磁學的定律，都離不開數學思想的支持。

（三） 有助于提高學生的能力

物理定律原本是科學抽象而來，要形成具體的公式，必須運用數學語言。在高中物理教學中諸如電阻定律、歐姆定律、楞次定律等重要定律，學生在學習時只知道這些定律的公式是什么。如果在物理的教學中運用數學思想，學生不僅僅會記住這些定律，還會明白定律的推導方法，知道如何把這些定律應用到日常的實踐中。

四、 物理數學跨學科教學策略

（一） 模式

從高中生的學習情況來看，其在數學方面的學習更加系統化，而物理的學習則相對零散，為了改善這一問題，就可充分利用數學思想。因此，教師在教學時應當利用數學方式進行講解，幫助學生完成物理公式的推算和模型的建立，之后再引導學生去探索不同量之間存在的關聯，使學生逐步學會通過建立模型來解答問題。以地球的轉動這節內容的學習為例，其中會涉及一些符號的具體表示方式，如質量為m，周期為t，學生就可借助這些符號建立相應的模型。另外，在這一過程中還充分運用了數學中的方程思想，進而使學生對物理知識的理解更加深刻。

（二） 形式的選擇

物理問題中往往會涉及較多的概念，并且不同的概念在表達上也存在著較大的差異，這就加大了學生理解的難度，使其容易混淆，因此教師就可在形式上進行轉換，充分利用數學方法。以電動勢這節內容的學習為例，學生在學習伏安法時能夠理解的得更加深入，但是對于表示方式，如安歐法理解起來較為困難，因此就必須借助實驗操作來完成，但學生在這一思考過程中很容易發生偏差，這時教師就可有效運用數學辦法，將原有的公式轉變為函數方程，并引導學生畫出相應的坐標圖。在這種情況下，不同量之間的關系就顯而易見，這不僅能夠有效增強學生的推理能力，同時還能使其對公式的掌握更加深入。

（三） 有機結合

應用數學思想方法是為物理學習服務的，因此是否使用數學思想方法，使用到什么程度是需要遵從有機結合原則。使用數學思想方法的目的就是更簡潔，更靈巧地解答物理問題。數學思想與方法不足將導致學生在解決物理問題，特別是較復雜物理問題的時候遇到困難而受阻，學生無法將面臨的物理問題轉化為合適的數學問題，也就談不上接下來用數學方法來解決這些問題，導致學生面對困難有心無力。數學思想和方法的過度會導致煩瑣地數學運算掩蓋了問題的物理本質，或許也能解答問題，但不僅耗費了時間，也沖淡了對問題的物理本質的理解。運用數學思想與方法，只是解決物理問題的輔助手段。因此，在解決物理問題的時候，對物理過程的分析依然至關重要，只有在整體上分析清楚了物理過程和整個過程中的物理特征，形成了清晰的物理圖景，建立起正確的物理模型，對條件和隱含的條件有了充分的認識以后，才能用相應的數學思想和方法加以解決。因此，在反復滲透的教學過程中，利用適當時機，對某些數學思想方法概括、強化和提高，對它的內容、名稱、規律、使用方法適度明確化，是掌握、運用數學思想方法轉化為能力的前提。在日常教學中，要有目的的啟發學生自覺地、充分地運用自己掌握的數學理論研究物理問題和分析物理現象，使學生一開始就做到數理有機結合，逐漸養成良好的數學習慣。

五、 結語

實踐表明，數學與物理是一個密切聯系的有機整體，它們之間相互影響，相互促進。在教學中應抓住契機，適時地挖掘和提煉，促使學生去體驗、運用數學思想方法，建立良好的認知結構和完善的能力結構，從而提高教學的質量。

參考文獻：

[1]曹衛華.高中物理探究式教學數學思想方法的滲透策略[J].中學物理，2013，11（9）：55-56.

[2]徐衛兵.中學物理中“類比思想”的教學[J].中學物理教學參考，2013（10）：54.

作者簡介：

包朋波，山東省海陽市，山東省海陽市第一中學。