高中物理与数学的衔接问题与对策

黄李炮

摘要:高中物理教学中,在运用数学知识处理物理问题的能力要求方面,应该力求因材施教,程度适当,物理教学同数学知识的学习应恰当衔接。这样可减小初中物理与高中物理的跨度,激发学生物理学习的兴趣,提高学生的科学素养。

关键词:课程标准;高中物理;高中数学;衔接

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2009)11(S)-0063-3

高中物理同数学紧密联系,但是教学衔接上的不足,导致很多学生在学习高中物理时面临很大的困难,不利于激发学生的学习兴趣。

1 物理与数学的紧密关系

在古希腊,数学和物理是没有分开的,以阿基米德为代表的物理学家同时也是数学家。牛顿以惊人的天赋与莱布尼兹同时发明了微积分,并用这种数学语言精确地表述自然观,写下《自然科学的数学原理》。数学家海尔曼•闵可夫斯基的洛伦兹变换给出了狭义相对论简洁的数学表达式;后来爱因斯坦又应用黎蔓几何建立了广义相对论。拓扑和代数与物理学的研究紧密联系着,在物理学中许多物理问题分析可以用代数来表示,这就是物理文献中充满了数学公式的原因。总之,物理和数学从来就是紧密联系、共同发展的。高中物理的教学效果也是同数学的教学紧密相关的,几乎中小学阶段的数学知识在高中物理中都得到了应用,比较突出的有:矢量与标量;图像分析与平面解析几何;物理分析与三角函数;瞬时变化率与导数等等。

2 当前高中物理与数学衔接上的问题

2.1 高中物理和数学课程标准中内容标准安排顺序上的不和谐

《普通高中物理课程标准》中“内容标准”(以下简称“内容标准”)必修部分对力学的知识要求基本上一步到位,“内容标准”同高中数学的教学衔接存在不和谐现象。

“内容标准”“物理1”第一个二级主题“运动的描述”第四点:“能用公式和图像描述匀变速直线运动,体会数学在研究物理问题中的重要性”。《福建省普通高中新课程教学要求[物理]》(以下简称“教学要求”)提出更具体的教学要求:“提供匀速直线运动的一组理想数据,让学生用描迹法作出匀速直线运动的s-t图像,理解s-t图像的物理意义。引导学生理解s-t图像中截距、斜率、交点的物理意义;提供匀变速直线运动的一组理想数据,让学生用描迹法作出匀变速直线运动的v-t图像,理解v-t图像的物理意义。引导学生理解v-t图像中截距、斜率、交点、面积的物理意义;通过实验获得一组真实的匀变速直线运动速度、时间数据,让学生用描迹法画出v-t图像,从中体会根据实际数据获得v-t图像的科学方法” 。但是普通高中数学课程标准的“内容标准”是在“数学2”第二个二级主题“平面解析几何初步”的“直线与方程”中涉及到斜率的:“理解直线的倾斜角和斜率的概念,经历用代数方法刻画直线斜率的过程,掌握过两点的直线斜率的计算公式”。就是说在学生还不认识“斜率”等概念的情况下,我们就要求用来解决物理问题,学生难以接受。另外:不在一条直线上的矢量运算所需要的基本初等函数Ⅱ(三角函数)、平面上的向量、三角恒等变换在“数学4”,解三角形在“数学5”。这些当前物理“必修1”所需要的数学知识的学习都相对滞后,是导致学生在高中物理学习中遇到巨大困难和压力的主要原因之一。

2.2 教师在教学实践中无意识地提高数学应用能力的要求

教师在教学实践中经常忽视对学生学习情况的分析,无意识地提高数学应用的要求,这是增加学生负担的重要原因之一。物理“内容标准”中第二个二级主题“相互作用与运动规律”第三点“通过实验,理解力的合成与分解,知道共点力的平衡条件,区分矢量与标量,用力的合成与分解分析日常生活中的问题。例3:研究两个大小相等的共点力在不同夹角时的合力大小”。“教学要求” 更具体为:“能用力的合成与分解的方法,分析日常生活中的简单力学问题。会用正交分解法和直角三角形等有关知识,计算合力和分力”。

在此部分的物理学习中会出现这样的习题:建筑工人要将建筑材料运送到高处,常在楼顶装置一个定滑轮(图中未画出),用绳AB通过滑轮将建筑材料提到某一高处,为了防止建筑材料与墙壁相碰,站在地面上的工人另外用绳CD拉住材料,使它与竖直墙面保持一定的距离L,如图1所示。若不计两根绳的重力,在建筑材料被提起的过程中,绳AB和CD中的弹力T₁和T₂的大小变化情况是

A.T₁增大,T₂增大

B.T₁增大,T₂不变

C.T₁增大,T₂减小

D.T₁减小,T₂减小

这道题若用正交分解法和直角三角形的有关知识,很难求解;而其中两力合成的平行四边形里没有直角三角形,必需用“数学5”中解三角形的正弦定理或余弦定理,对数学知识及应用能力要求很高,远超出学生已有的数学水平。

3 做好高中物理与数学衔接的对策

同高中数学学习恰当衔接,可以有效减少初中物理与高中物理的跨度,激发学生的学习兴趣,这是高中物理教学成功的关键。我们可以从两方面做好高中物理与数学教学衔接。

3.1 “内容标准”的模块设置应循序渐进

课程标准应该坚定地服从、服务于全面提高国民素质的任务,定出恰当的分层次的教学目标,妥善解决学生认知规律和物理知识逻辑结构的关系,以及物理同数学等相关学科教学的衔接。建议对“内容标准”进行调整:“物理1”设三个二级主题:运动的描述;相互作用与运动规律;机械能和能源。只要求会用正交分解法和直角三角形等有关知识解决简单力学问题,降低矢量运算的要求。“物理2”设三个二级主题:动量;电场;电流。动量只要求解一维的力学问题;电场着重于一维情境下的电场力和电势能的教学;电流着重于利用电场力做功分析电路中的能量转化关系,解决简单闭合电路的问题。这样,在必修部分留有余地,体现循序渐进的原则,在选修部分进行复习提高,同高中数学的教学相互衔接,既排除数学学习滞后的困扰,又学了动量、电场、电势能等基础知识,帮助学生掌握力现象、电现象的基础知识,遵循统一规律的基本思想,领略自然界的奇妙与和谐。

在物理选修3系列中学习多维的力学和电学,着重分析二维的矢量运算及曲线运动。选修本系列模块的同学已经具有对物理学的浓厚兴趣和较强的分析能力,加上高一的数学基础,利于学生对力和运动、功和能等内容的巩固提高。

3.2 教师在具体教学实践中要因材施教

教学中我们常常不自觉地以自己为中心,对学生过高的期待。如国家教委在1990年3月印发的《现行普通高中教学计划的调整意见》要求高一、高二上“必修物理课”,高三学理科的学习“选修物理课”。但当时多数学校都是必修选修“打通”教。实践证明,这个做法对于参加物理奥林匹克竞赛的同学是合适,但是大部分学生在学习高一物理感到困难,不利于兴趣的培养和基本功的扎实。所以教学中应以学生为主体,力求程度、分量的适当,因材施教。该保留的还得留,不能只顾自己讲“清楚”,而不管学生是否犯“糊涂”。

要因材施教,就要因材施考。有高考指挥棒总比没有好,关键在于怎样用好指挥棒,使之成为对教育进行宏观调控的有力手段。如1994年考“演示简谐振动图象的装置”,是实验能力培养的有力导向;1995年考“交流电有效值”,成功地引导对概念教学的重视;1999年考“由牛顿定律导出动量守恒定律的表达式”,体现对最一般的规律教学的重视。但是,一张试卷既考查将入研究型大学学习的精英,又考查将接受职业教育的高技能劳动者是不恰当的。在高等教育大众化的今天,国家重点高校应面向全国应届高中生统一联考招生,一般院校(包括高职)只要依据全省统一管理的“学业水平测试”和“综合素质评价”为依据进行招生,充分利用考评资源,把一部分无高考意愿的高中毕业生解放出来,遏制高中阶段教师和学生盲目进入高难度题海中的趋势。往届生应纳入成人教育的行列,减小社会成本和压力,体现社会的公平公正,提高全日制教育的质量和社会效益。

总之,通过对“内容标准”的调整,教学中力求程度、份量的适当,构建高中物理、数学教学的和谐衔接,可以更好地提高全体学生的科学素养水平。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003.4.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中数学课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003.4.

[3]福建省普通高中新课程实验工作领导小组.福建省普通高中新课程教学要求[物理][S].福州:福建教育出版社,2008.6.

(栏目编辑张正严)