高中物理图像起点教学的思考与实践

　　在物理学中，物理量之间的关系不只可以用公式表示，也可以用图像表示。图像是数与形的结合，是具体与抽象的结合，它能够直观、形象、简洁地呈现出两个物理量之间的关系，清晰地展现物理过程，正确地反映物理规律，是分析研究物理问题常用的重要方法。但从平时的教学高考反馈的信息来看，学生运用图像解决物理问题的能力较差，可见，图像教学既是中学物理教学的重点又是难点。匀速直线运动的“x-t”图像、“v-t”图像看似简单，却是升入高中的新生接触的难点之一，因此学好这两种图像不仅可以顺利地衔接好初高中的物理教学，而且会为今后其他图像的学习打下良好的基础。但无论人教版还是教科版教材，对这两个看似简单的图像讲解都过于简洁笼统，而且不少教师也认为这两个图像太简单，学生肯定容易掌握，导致教学中重视不够。然而学生对这两种图像的理解和掌握并不到位。本文在分析这两种图像难点形成原因的基础上，提出相应的教学策略及措施。
　　一、难点形成的原因
　　1?郾学生的生活经验与物理知识的科学性不一致。
　　由于生活经验的思维定势，高一新生对物理学中的“时间”与生活中的“时间”、对“位置”与“位移”常混淆不清，对用数学坐标轴表示时间感到不理解，等等。
　　2?郾图像牵涉的数学知识较多，学生运用数学解决物理问题的能力不够。
　　初中物理对利用数学知识解决物理问题的要求不高，而高中“x-t”图像、“v-t”图像牵涉到解析几何、三角函数、解直角三角形等知识，把这些知识与物理图像相联系，对高一新生来说还是有一定困难的。高中的物理教材和数学教材在学科交叉与衔接上存在一定的问题，物理中需要的数学知识有的还没有学到，如直线的斜率、截距等。
　　3?郾学生对矢量的概念理解不透彻，掌握不到位。
　　高一学生刚接触矢量和标量的概念，对位移矢量x、速度矢量v在坐标轴上的正负反映了矢量的方向认识不深刻。
　　4?郾学生对图像的抽象思维不够，形成了图像学习的思维障碍。
　　初中物理研究的大多是实实在在的物体，知识的传授大多建立在形象思维基础上，学生的抽象思维能力相对薄弱，物理规律图像化常使学生觉得抽象难懂。如把“x-t”图像误认为质点运动的轨迹，其原因是没有把数学中的函数知识进行有效的迁移，抽象思维不够。
　　二、两种图像的教学策略及措施
　　1?郾建立鲜明的物理图景，使抽象思维形象化。
　　由于学生的抽象思维能力不够，因此在教学中，要通过建立鲜明生动的物理情景，引导学生经过自己的分析、归纳等思维过程作出图像，使学生认识到物理图像是探求物理规律的一条重要的基本途径。其基本程序：选取研究对象→进行物理测量→列表记录数据→画出直角坐标系（写单位、定标度）→根据数据描点→把点连成平滑线段（直线或曲线）。
　　例如：不少学生对图（1）所示匀速直线运动的“x-t”图像较难理解，如果直接用位移时间的函数方程来分析，效果不太好。这里可以形象地描述一辆汽车的运动情况，如图（2），并引导学生根据测量数据列出表（1），再以位移为纵坐标，时间为横坐标作出图（1）。依次进行如下讨论：从表中数据分析出汽车作什么运动？速度大小是多少？其图像是什么形状？汽车运动方向如何？描点时这些点的分布有何特点？从图像中能否求出速度大小？怎样求？通过作图使学生领会如何正确地、合适地选取坐标的标度，图像怎么画才尽可能准确。通过小组讨论，培养学生的看图能力，以及利用图像分析寻求物理规律的能力。
　　2?郾运动图像和实际运动相联系进行“图与物”的变通。
　　学生初学图像时易把位移图像看成物体的运动轨迹，因此教师要注意强调它们是根本不同的两个问题。引导学生注意理论联系实际，由物体的运动图像描述出物体的运动情况，从物理图像分析物理过程；或者根据物体的运动情况画出物体的运动图像，将物理过程表述为物理图像，即“图与物”的相互变通。
　　例如：图（3）为四个做直线运动物体的位移图像，试分析比较它们的运动情况。
　　这四个物体的位移图像都是直线，其位移都随时间均匀增加，说明都向同一方向（h8G/Y9LOpUQBP4C22p5VjJLPD6SThSkbXfJuLChfMxs=位移的正方向）作匀速直线运动，只是速度的大小不同。为了帮助学生理解这四个图像对应的物体的运动，可以想象为四个百米赛跑运动员：发令枪响，a、b两运动员从起跑线以不同速度匀速出发，c运动员则“抢跑”——在发令枪响前t时刻就已经出发，因此在发令枪时刻（t=0已跑到正前方s处）；d运动员则反应迟缓，发令枪响时（t=0）从起跑线后x出发。
　　3?郾运动图像和数学函数式相联系进行“图与式”的变通。
　　引导学生写出图（3）中a、b、c、d四个图像的位移x随时间t变化的函数关系式。指出在x=kt+b中k是常数，反映直线的倾斜程度，数值上等于运动速度的大小，并得出v>v>v>v。截距b为t=0时刻物体的初始位置，正截距表示物体初始位置在坐标原点的前方，负截距表示初始位置在坐标原点的后方。
　　4?郾位移图像与速度图像相比较、类比进行“图与图”的变通。
　　学生初学速度图像和位移图像时，常常把两者混同起来，教学中可通过讨论让学生对两个图像进行比较、判断。如一条倾斜直线，在位移图像和速度图像中分别反映哪两个物理量之间的关系？分别表示物体做什么运动？分别反映的什么物理规律？再让学生完成这两个图像的变通。
　　例如：图（4）为一物体的位移—时间图像，请在图（5）中画出速度—时间图像。
　　引导学生由图（4）分析出，0—4s内，物体从坐标原点x=0处匀速运动到x=8m处，速度大小为2m/s；4—6s内，物体停在x=8m处，6—8s内，物体又从x=8m处匀速返回到x=0处，速度大小为4m/s，速度的方向与0—4s内的方向相反。最后在速度—时间图像中画出相应的图像。
　　总之，物理图像的教学，一方面要从学生已有的数学及物理知识入手，另一方面要注重在教学中从构建学生良好的图像认知结构上下功夫，在培养学生形象思维和抽象思维相结合上下功夫，这样才能够获得较好的教学效果。