高中物理跨學科思維的應用

李 娟

(江蘇省興化市楚水實驗學校 225700)

學生學習過程中面對各個學科的劃分，應當充分意識到一點，那就是知識本來沒有界限，學科內容的分類，只是為了便于系統梳理與規范總結，為此，為了實現高中物理學科的有效學習，學生需要在教師的引導下把其他學科的知識、技能拿來應用.對于高中物理教師來講，特別需要注意數學學科研究探索物質數量和空間位置關系的價值，深化其與物理學科本身關聯的研究，從概念、思想、方法等多個角度給學生提供跨學科技巧應用的指導.

一、高中物理跨學科思維應用目標

一般認為：跨學科教學的定義是基于某個特定學科的中心位置，在探索其中的相關知識點時，借助其他周邊學科的知識技能為輔助，通過多個學科交叉部分內容的研究，加工并設計教學流程.高中物理跨學科思維應用目標，通常包括下述幾方面內容，其一是突破原有的學科壁壘，把多學科理論與方法融為一體，其二是構建形成以物理學科為中心的跨學科或者交叉學科群，其三是在教學過程之中，適時適度的引入其他學科的概念、思想和方法，事實證明，只有在這三方面目標得到充分體現的情況下，跨學科多重資源的融合才能成為可能，最終服務于學生學習能力和綜合素養的發展要求.

二、高中物理和數學學科交叉的知識媒介

當我們在探討高中物理和數學學科交叉問題的時候，需要注意到，無論是從哪個方面提取出數學學科中的內容，都要以適宜的知識作為媒介，如其不然，那么對于跨學科的理論研究與實踐研究都將成為無源之水、無根之木.為此，教師需要注意到，高中物理和數學有相當多的跨學科知識點，包括三角函數知識、圓的知識、矢量知識、統計學知識、斜率知識等等，像在數學學科中，關于斜率的研究份量并不很重，可其在物理圖像中卻有相當廣泛的應用，包括位移時間圖像、速度時間圖像等等，而數學學科中的統計學內容，則對于學生感受波粒二象性、氣體速率分布規律等具有較大幫助.總的說來，作為基本工具學科，數學學科的概念、思想、方法等都可以通過恰當的知識媒介滲透到物理學習過程之中，給學生的物理概念理解、物理定律表達提供借鑒.

三、高中物理和數學跨學科思維的渠道

1.概念渠道

教師在給學生提供新的物理概念之際，可以先由數學學科中的類似概念角度著手，指導學生做出理性分析，這樣的做法可以讓學生在新物理概念面前不至于亂了陣腳，通過聯系數學知識的做法進入到迅速理解與掌握的狀態.舉例來講，數學學科中大小與方向并存的量叫做矢量，對矢量的運算遵循了三角形法則.而反觀物理概念，力同時包括大小和方向兩個因素，且力的合成有平行四邊形原則相統攝.除此以外，長度、溫度、時間、質量等則只有大小、沒有方向，可以將它們稱之為標量.如果學生能夠理解數學中的相關知識，對于物理學科中矢量和標量的理解將變得比較順暢.

2.方法渠道

數學學科和物理學科具有彼此滲透的可能性，這一點沒有疑義，特別值得注意的是，相當一部分數學方法，可以幫助處理具體的物理問題.對于高中階段的物理教學來講，教師要注意引導學生形成跨學科思維，以數學方法助于物理問題的解決.舉例來講：一輛小汽車在完成剎車動作之后，做勻減速直線運動直至停止，所用時間為5s，那么該汽車剎車過程中的前2s和后3s位移比是多少？對于該問題，可以將其視為勻加速直線運動的特殊形式(反向速度為零)，教師可要求學生從數學方法中提取出相應的比例計算方法，便很容易得出結果.

3.思維渠道

在新課改不斷走向深入的背景下，以數學思想處理物理問題，成為學生需要掌握的重要跨學科能力之一，它將讓物理學習與解題的效率變得更高.為此，教師可幫助學生了解數學思想中的借鑒要點，逆向思維便是其中的典型例子，在教師的指導下，學生可以采取數學逆向思維，從反向角度探索問題，將末態向初態方向轉化，迅速理出頭緒，上面提到的汽車剎車過程中的前2s和后3s位移比問題，便可以利用逆向思維，得到與運動規律相統一的物理公式，保證處理過程的便捷性.再如在進行力的分析時，獨立做出物體受力圖，以畫圖的形式探索兩個物理位移情況，正是圖像思維的直接應用，原本抽象化的物理問題也因此變得形象化.

經過系統總結，筆者認為，在探討高中物理跨學科思維的應用問題時，數學學科中可供應用的思想主要包括下述幾方面常見內容.首先是極限思維，也就是以極限思維對問題進行分析和處理的一種數學方法，在物理學科中，極限思維的應用范圍極廣，比如以極限思維對瞬時速度進行求解等；其次是函數思維，也就是將問題中的物理量間的關系向函數方向轉化，接下來再借助函數性質和函數圖像等知識對物理之中的對應問題進行求解，在物理學科中，對極值問題、位置坐標問題，以及帶電粒子在有界磁場中運動問題等，均可以發揮出函數思維的作用；第三是數形結合思維，在物理學科，數形結合同樣有廣泛的應用前景，這一思維模式本質上講是轉化抽象物理語言為形象數學語言，以直觀圖形的形式激發學生的認知潛能，比如當探討勻變速直線運動時，用繪制速度和時間圖象的方式，便可以非常便捷地處理問題；第四是微元思維，該思維形式能夠讓復雜物理過程得到簡化，幫助學生以其熟知的規律對問題加以迅速處理，比如在進行重力推導、電場力做功等問題時，該思維可起到較大作用.

高中生理解和掌握物理知識，離不開其他學科，特別是數學學科的幫助，與此同時，高考題目的設置同樣遵循著以物理問題為平臺考察學生學科綜合應用能力的原則，從這個角度上說，學生只有充分利用好數學這一工具，靈活應用數學概念，數學思想和數學方法，才能使原本較為復雜的物理問題得到順利解決，而教師在此過程中所起到的作用則是適時的提示和指導，以此保證課堂教學效率的優化.