初中物理圖像類問題的教學難點與策略分析

楊小春　朱超穎

摘要：通過對常州市近三年初中物理學業水平的分析發現，圖像類問題占比較高，貫穿始終，但得分率不理想。加之物理課程標準對學生運用物理圖像的能力提出了要求，以及物理圖像是解決物理問題的重要方法之一，這些無疑更加凸顯了物理圖像類問題的重要性。盡管如此，卻難以繞開物理圖像對學生素養能力要求高、物理意義難明確、考查方式多等難點。為此，教師在教學的過程中要有意識地引導學生重視物理圖像，不斷加強圖像與實驗的聯系，并且要深挖圖像中的物理意義，最終促進學生的思維發展，提升關鍵能力，培育核心素養。

關鍵詞：物理圖像? 物理意義? 質量監測

一、初中物理圖像類問題的重要性

1.符合物理課程標準的要求

《義務教育物理課程標準》中在課程目標部分提到學生需要“會用簡單圖表等描述實驗結果”[1]。可見學生需要根據實驗結果，將相關復雜的物理過程或物理實驗結論通過圖表的方式進行表征。而這必須建立在學生理解相關圖表含義的基礎上，才能得以實現。因此，學生對于圖像、表格的理解與運用就顯得尤為重要。并且其中物理實驗表格主要是對實驗過程中原始數據的直接記錄，更多地是起到收集數據的功能，對于初中生而言較為簡單，也比較容易掌握。而物理圖像需要結合相關物理情境及函數等數學知識，對于初中生而言具有一定難度。不過物理圖像有利于將抽象的物理概念、物理規律形象化、具體化，便于學生進一步的理解，并有助于培養和提升學生的形象思維、數形結合能力等，因而更加凸顯其重要性。

2.解決問題的重要方法

物理圖像是表示兩個物理量或多個物理量之間相互關系的一種常用方法。應用通常為以下兩類：一是識圖解題，通過分析所給函數圖像解決物理問題;二是構圖解題，通過相關文字敘述或實驗結論畫出物理圖像，再借助物理圖像形象、直觀的優勢分析并解決物理問題。由于很多物理情境并非是某一時刻的或靜止的，所以僅僅通過文字或零散的實驗數據難以呈現出相應的物理狀態或變化的情況，不利于學生尋找物理量間的變化規律。因此，可借助物理圖像對物理問題進行表征，便于學生把握實驗數據的變化情況，反應物理量間的關系。結合物理情境并明確物理量間的關系后，不僅有利于直接解題、啟發解題思路、幫助學生尋找實驗規律，而且能夠為學生后續階段的物理學習夯實基礎。

3.把握圖像類問題的規律

隨著物理學習的不斷深入，對于學生抽象思維能力的要求不斷提高。故在此背景下，如何幫助學生更加準確直觀地描述、理解物理概念及規律等顯得尤為重要。因此，教材中很多實驗會借助圖像幫助學生尋找物理規律，得出相應結論，如：蘇科版第二章中“觀察水的沸騰”實驗要求學生依據實驗數據畫出溫度隨時間變化的圖像，與單純的實驗數據相比，結合圖像能夠更加直觀得出沸騰前及沸騰時，水的溫度分別是如何變化的。除了在教材中圖像涉及到眾多章節中的物理實驗外，在初中學業水平考試試題及其他眾多試題中，圖像類問題同樣貫穿整份試題。以常州市近三年初中學業水平考試物理試題為例，通過數據分析發現，大部分試題與圖像息息相關，注重圖像等呈現方式，無疑顯現出物理圖像的重要性。

二、初中物理圖像類問題的教學難點

1.對學生能力素養要求高

物理圖像不僅是解決物理問題的重要方法，而且對于初中生來說也是難點。其主要原因在于物理圖像類問題對于學生在數學知識、抽象思維、逆向思維等方面的要求較高。首先，很多物理圖像類問題需要結合函數圖像，在新課教學的過程中很多時候用到相關函數圖像時，學生在數學學科中可能尚未學到，這無疑增加了學生學習的難度。其次，學生在應用物理圖像解決問題的主觀意識方面較為薄弱。在遇到問題時，部分學生不愿動筆，存在通過直接看一看題目就能得到答案的不切實際的想法;還有部分同學受數學學科的影響，習慣于使用解析式法進行解題，不愿使用物理圖像解決問題，但隨著物理與生活實際結合得越來越密切，學生在解決此類問題時會越來越吃力。最后，由于初中生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段，在將抽象的物理問題、物理規律等轉化為圖像的過程中存在一定的困難，需要經過一段時間的培養，學生才能更加準確地構建物理圖像，助力問題的解決。

2.圖像物理意義明確難

物理圖像與圖像最重要的區別在于物理圖像中各要素均有其物理意義[2]。以函數類物理圖像為例，在該類物理圖像中需明確其坐標軸、坐標點以及圖線的斜率、截距、相關面積的物理意義才能幫助學生有效地解決物理問題。

以一道涉及摩擦力、力與運動知識點的填空題為例（圖1）：如圖甲所示，放在粗糙程度不變的水平地面上的物體，用方向不變的力F向右推物體，推力F的大小隨時間的變化關系如圖乙所示，物體的運動速度隨時間的變化關系如圖丙所示，則在t=1s時，物體受到的摩擦力______N;在t=3s時，物體受到的摩擦力為______N。

學生遇到該類題目時，正確率普遍不高，其主要原因在于想要順利做出此題需要同時結合兩個函數圖像。要想知道物體所受摩擦力大小，需要根據t=1s結合v-t圖像判斷此時物體的運動狀態為相對地面靜止，從而判斷此時物體受到的是靜摩擦力，再依據二力平衡的知識得出此時靜摩擦力大小與拉力大小相等，然后在F-t圖像中找到1s時對應的拉力F為2N，最終得出摩擦力為2N。在此過程中，學生需要分清兩個圖像的坐標軸分別表示的是什么物理量，再聯系對應坐標點所表示的物理意義，明確物理量間的內在聯系，才能順利解決該類問題。

三、初中物理圖像類問題的教學策略

1.引導學生重視物理圖像法的應用

盡管大部分物理教師都知道物理圖像的重要性，但部分學生卻對物理圖像“視而不見”，并未認識到物理圖像在物理學習中所占據的重要地位。長此以往，造成學生對于物理圖像不熟練、不敢用。因此，教師在教學的過程中，要注重對于圖像法的應用，借用物理圖像巧妙地解決物理問題。而這無疑依賴于教師對于物理問題與圖像的理解，進而通過不斷地強化，讓學生意識到物理圖像的優勢，引發學生想用、樂用、敢用物理圖像解決物理問題。例如：常州市2020年初中學業水平考試物理試題中的第14題，比較飲料瓶在不同液體中所受浮力及兩種液體密度的大小關系（圖2），該題目借助圖像可以快速解決，僅需通過圖像中兩次飲料瓶均處于漂浮狀態，判斷出所受浮力均等于飲料瓶的重力，故飲料瓶兩次所受浮力大小相同。再根據圖像判斷出飲料瓶在甲中排開液體的體積小于飲料的體積，而在乙中排開液體的體積大于飲料的體積，從而得出兩種液體的密度關系。

2.加強圖像與實驗的聯系

物理中很多概念、規律的得出均需依靠物理實驗，并且進行實驗時需對實驗中的數據進行分析、處理。因此，在教學過程中不但需要重視物理實驗，更要注重實驗數據的處理[3]。否則，對于學生而言只是“隔岸觀火”，導致學生對于這些物理概念、規律只能“死記硬背”，無法真正理解、掌握，不利于學生能力的提升、思維的發展。

為此，在實驗處理中需要“兩步走”。第一步要先做到在數據處理時，引導學生嘗試多種方法對數據進行分析，如：解析式法、圖像法，并且要利用好圖像法的形象、直觀等優勢，助力學生得出正確的實驗結論。第二步需嘗試在實驗進行的同時，實時地繪制出相應的物理圖像。將實驗數據的處理變靜態為動態，將原本需要先進行實驗再繪制物理圖像的兩個過程“合二為一”，讓學生在實驗的同時可以獲取到物理量間實時的變化情況，有助于學生將其與實驗中的關鍵點進行聯系與對比，進而更好地理解物理概念、歸納出物理規律。

比如在“探究影響浮力大小的因素”時，可以借助常規實驗儀器與數字化實驗儀器相結合（實驗裝置如圖3所示），在將柱狀物塊勻速提升時，記錄彈簧測力計示數（實驗數據如圖4所示），并將與拉力有關的物理圖像實時繪制出來（實驗圖像如圖5所示）。通過在實驗的同時，學生可以根據實時的圖像變化情況得出有關結論。在物塊剛剛露出液面時，可以看到圖像開始發生明顯變化，并且物塊在逐步離開液體的過程中，拉力逐漸變小。當物塊完全離開液體時，拉力的大小幾乎不變。從而可以清晰地得出，在同種液體中，隨著物體逐漸離開液體，物體排開液體的體積逐漸變小。與此同時，繩子對于物體的拉力逐漸增大。因此推出物體所受浮力大小與物體排開液體體積有關，排開液體體積越大，浮力越大。并且通過在實驗時，繪制圖像，可以很好地幫助學生看到圖像時有意識地將其與實驗相結合，架起物理圖像與實驗的“橋梁”，從而更加直觀、清晰地將影響浮力大小的相關因素等呈現在學生面前，并助力學生解決圖像類問題。

3.深挖圖像中的物理意義

通過對常州市近三年初中物理學業水平考試的分析發現，在對學生能力進行考察時，更加注重具體圖像、簡化圖形以及數據表格的多重呈現方式，以生動、具體、形象的方式輔助呈現題干信息，并以此為據，引導學生勾勒物理模型，分析數據規律，需要學生挖掘物理圖像中直觀、形象、具體、有效的豐富價值。因此，為促使學生能夠看懂、讀懂物理圖像，以函數類圖像為例，必須幫助學生明確圖像中的軸、線、點、斜率、面積、截距等表示的物理意義。在教學的過程中要注重對這些元素的分析，尋找隱藏信息，用以解決物理問題。

第一，需看清坐標軸所表示的物理量及其單位，這是解決相關圖像類問題的基礎。只有明確了橫縱軸所表示的物理量，才能知道是哪兩個物理量之間的關系，進而描述其物理規律。

第二，需明了圖像中的斜率所表示的含義，圖像的斜率通常情況下都是表示的某一物理量。如s-t圖像中斜率表示的就是物體運動的速度，若斜率為零，則表示物體處于靜止狀態;若斜率越大，則表示物體運動的速度越大。

第三，需瞄準圖像中的交點、拐點、極值點等特殊點，這些點往往是圖像類問題的關鍵點。例如：常州市2020年初中學業水平考試物理試題中的第7題，涉及海波溫度隨時間變化的圖像（圖6）。想要解決這道題目，必須要先明確B、C兩個拐點所表示的物理意義，B點表示5min時海波溫度為48℃，開始凝固，C點表示10min時海波溫度為48℃，凝固結束。因此在明確兩個拐點物理意義的基礎上，才能準確判斷出該圖像所反映的物理過程。

除此之外，物理圖像中的面積、截距等所表示的物理意義及暗含的信息，均是解決物理問題的突破口。因此，教師在教學的過程中要注重引導學生有意識地去觀察、分析圖像中所含元素的物理意義，助力物理問題的解決，培養學生的思維方式。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012：6.

[2] 袁金成.圖像法在高中物理教學中的應用研究[D].蘭州：西北師范大學，2017：14.

[3] 鄭智偉，朱超穎.教育信息化2.0時代提高初中物理實驗教學有效性的策略——以蘇科版八年級物理“凸透鏡成像的規律”教學為例[J].物理通報，2020（09）：80-83.

【責任編輯? 孫曉雯】