高中物理跨学科思维的应用

李 娟

(江苏省兴化市楚水实验学校 225700)

学生学习过程中面对各个学科的划分，应当充分意识到一点，那就是知识本来没有界限，学科内容的分类，只是为了便于系统梳理与规范总结，为此，为了实现高中物理学科的有效学习，学生需要在教师的引导下把其他学科的知识、技能拿来应用.对于高中物理教师来讲，特别需要注意数学学科研究探索物质数量和空间位置关系的价值，深化其与物理学科本身关联的研究，从概念、思想、方法等多个角度给学生提供跨学科技巧应用的指导.

一、高中物理跨学科思维应用目标

一般认为：跨学科教学的定义是基于某个特定学科的中心位置，在探索其中的相关知识点时，借助其他周边学科的知识技能为辅助，通过多个学科交叉部分内容的研究，加工并设计教学流程.高中物理跨学科思维应用目标，通常包括下述几方面内容，其一是突破原有的学科壁垒，把多学科理论与方法融为一体，其二是构建形成以物理学科为中心的跨学科或者交叉学科群，其三是在教学过程之中，适时适度的引入其他学科的概念、思想和方法，事实证明，只有在这三方面目标得到充分体现的情况下，跨学科多重资源的融合才能成为可能，最终服务于学生学习能力和综合素养的发展要求.

二、高中物理和数学学科交叉的知识媒介

当我们在探讨高中物理和数学学科交叉问题的时候，需要注意到，无论是从哪个方面提取出数学学科中的内容，都要以适宜的知识作为媒介，如其不然，那么对于跨学科的理论研究与实践研究都将成为无源之水、无根之木.为此，教师需要注意到，高中物理和数学有相当多的跨学科知识点，包括三角函数知识、圆的知识、矢量知识、统计学知识、斜率知识等等，像在数学学科中，关于斜率的研究份量并不很重，可其在物理图像中却有相当广泛的应用，包括位移时间图像、速度时间图像等等，而数学学科中的统计学内容，则对于学生感受波粒二象性、气体速率分布规律等具有较大帮助.总的说来，作为基本工具学科，数学学科的概念、思想、方法等都可以通过恰当的知识媒介渗透到物理学习过程之中，给学生的物理概念理解、物理定律表达提供借鉴.

三、高中物理和数学跨学科思维的渠道

1.概念渠道

教师在给学生提供新的物理概念之际，可以先由数学学科中的类似概念角度着手，指导学生做出理性分析，这样的做法可以让学生在新物理概念面前不至于乱了阵脚，通过联系数学知识的做法进入到迅速理解与掌握的状态.举例来讲，数学学科中大小与方向并存的量叫做矢量，对矢量的运算遵循了三角形法则.而反观物理概念，力同时包括大小和方向两个因素，且力的合成有平行四边形原则相统摄.除此以外，长度、温度、时间、质量等则只有大小、没有方向，可以将它们称之为标量.如果学生能够理解数学中的相关知识，对于物理学科中矢量和标量的理解将变得比较顺畅.

2.方法渠道

数学学科和物理学科具有彼此渗透的可能性，这一点没有疑义，特别值得注意的是，相当一部分数学方法，可以帮助处理具体的物理问题.对于高中阶段的物理教学来讲，教师要注意引导学生形成跨学科思维，以数学方法助于物理问题的解决.举例来讲：一辆小汽车在完成刹车动作之后，做匀减速直线运动直至停止，所用时间为5s，那么该汽车刹车过程中的前2s和后3s位移比是多少？对于该问题，可以将其视为匀加速直线运动的特殊形式(反向速度为零)，教师可要求学生从数学方法中提取出相应的比例计算方法，便很容易得出结果.

3.思维渠道

在新课改不断走向深入的背景下，以数学思想处理物理问题，成为学生需要掌握的重要跨学科能力之一，它将让物理学习与解题的效率变得更高.为此，教师可帮助学生了解数学思想中的借鉴要点，逆向思维便是其中的典型例子，在教师的指导下，学生可以采取数学逆向思维，从反向角度探索问题，将末态向初态方向转化，迅速理出头绪，上面提到的汽车刹车过程中的前2s和后3s位移比问题，便可以利用逆向思维，得到与运动规律相统一的物理公式，保证处理过程的便捷性.再如在进行力的分析时，独立做出物体受力图，以画图的形式探索两个物理位移情况，正是图像思维的直接应用，原本抽象化的物理问题也因此变得形象化.

经过系统总结，笔者认为，在探讨高中物理跨学科思维的应用问题时，数学学科中可供应用的思想主要包括下述几方面常见内容.首先是极限思维，也就是以极限思维对问题进行分析和处理的一种数学方法，在物理学科中，极限思维的应用范围极广，比如以极限思维对瞬时速度进行求解等；其次是函数思维，也就是将问题中的物理量间的关系向函数方向转化，接下来再借助函数性质和函数图像等知识对物理之中的对应问题进行求解，在物理学科中，对极值问题、位置坐标问题，以及带电粒子在有界磁场中运动问题等，均可以发挥出函数思维的作用；第三是数形结合思维，在物理学科，数形结合同样有广泛的应用前景，这一思维模式本质上讲是转化抽象物理语言为形象数学语言，以直观图形的形式激发学生的认知潜能，比如当探讨匀变速直线运动时，用绘制速度和时间图象的方式，便可以非常便捷地处理问题；第四是微元思维，该思维形式能够让复杂物理过程得到简化，帮助学生以其熟知的规律对问题加以迅速处理，比如在进行重力推导、电场力做功等问题时，该思维可起到较大作用.

高中生理解和掌握物理知识，离不开其他学科，特别是数学学科的帮助，与此同时，高考题目的设置同样遵循着以物理问题为平台考察学生学科综合应用能力的原则，从这个角度上说，学生只有充分利用好数学这一工具，灵活应用数学概念，数学思想和数学方法，才能使原本较为复杂的物理问题得到顺利解决，而教师在此过程中所起到的作用则是适时的提示和指导，以此保证课堂教学效率的优化.