高中物理與數(shù)學的銜接問題與對策

黃李炮

摘要:高中物理教學中,在運用數(shù)學知識處理物理問題的能力要求方面,應該力求因材施教,程度適當,物理教學同數(shù)學知識的學習應恰當銜接。這樣可減小初中物理與高中物理的跨度,激發(fā)學生物理學習的興趣,提高學生的科學素養(yǎng)。

關鍵詞:課程標準;高中物理;高中數(shù)學;銜接

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2009)11(S)-0063-3

高中物理同數(shù)學緊密聯(lián)系,但是教學銜接上的不足,導致很多學生在學習高中物理時面臨很大的困難,不利于激發(fā)學生的學習興趣。

1 物理與數(shù)學的緊密關系

在古希臘,數(shù)學和物理是沒有分開的,以阿基米德為代表的物理學家同時也是數(shù)學家。牛頓以驚人的天賦與萊布尼茲同時發(fā)明了微積分,并用這種數(shù)學語言精確地表述自然觀,寫下《自然科學的數(shù)學原理》。數(shù)學家海爾曼?閔可夫斯基的洛倫茲變換給出了狹義相對論簡潔的數(shù)學表達式;后來愛因斯坦又應用黎蔓幾何建立了廣義相對論。拓撲和代數(shù)與物理學的研究緊密聯(lián)系著,在物理學中許多物理問題分析可以用代數(shù)來表示,這就是物理文獻中充滿了數(shù)學公式的原因?？傊?物理和數(shù)學從來就是緊密聯(lián)系、共同發(fā)展的。高中物理的教學效果也是同數(shù)學的教學緊密相關的,幾乎中小學階段的數(shù)學知識在高中物理中都得到了應用,比較突出的有:矢量與標量;圖像分析與平面解析幾何;物理分析與三角函數(shù);瞬時變化率與導數(shù)等等。

2 當前高中物理與數(shù)學銜接上的問題

2.1 高中物理和數(shù)學課程標準中內容標準安排順序上的不和諧

《普通高中物理課程標準》中“內容標準”(以下簡稱“內容標準”)必修部分對力學的知識要求基本上一步到位,“內容標準”同高中數(shù)學的教學銜接存在不和諧現(xiàn)象。

“內容標準”“物理1”第一個二級主題“運動的描述”第四點:“能用公式和圖像描述勻變速直線運動,體會數(shù)學在研究物理問題中的重要性”?！陡＝ㄊ∑胀ǜ咧行抡n程教學要求[物理]》(以下簡稱“教學要求”)提出更具體的教學要求:“提供勻速直線運動的一組理想數(shù)據(jù),讓學生用描跡法作出勻速直線運動的s-t圖像,理解s-t圖像的物理意義。引導學生理解s-t圖像中截距、斜率、交點的物理意義;提供勻變速直線運動的一組理想數(shù)據(jù),讓學生用描跡法作出勻變速直線運動的v-t圖像,理解v-t圖像的物理意義。引導學生理解v-t圖像中截距、斜率、交點、面積的物理意義;通過實驗獲得一組真實的勻變速直線運動速度、時間數(shù)據(jù),讓學生用描跡法畫出v-t圖像,從中體會根據(jù)實際數(shù)據(jù)獲得v-t圖像的科學方法” 。但是普通高中數(shù)學課程標準的“內容標準”是在“數(shù)學2”第二個二級主題“平面解析幾何初步”的“直線與方程”中涉及到斜率的:“理解直線的傾斜角和斜率的概念,經(jīng)歷用代數(shù)方法刻畫直線斜率的過程,掌握過兩點的直線斜率的計算公式”。就是說在學生還不認識“斜率”等概念的情況下,我們就要求用來解決物理問題,學生難以接受。另外:不在一條直線上的矢量運算所需要的基本初等函數(shù)Ⅱ(三角函數(shù))、平面上的向量、三角恒等變換在“數(shù)學4”,解三角形在“數(shù)學5”。這些當前物理“必修1”所需要的數(shù)學知識的學習都相對滯后,是導致學生在高中物理學習中遇到巨大困難和壓力的主要原因之一。

2.2 教師在教學實踐中無意識地提高數(shù)學應用能力的要求

教師在教學實踐中經(jīng)常忽視對學生學習情況的分析,無意識地提高數(shù)學應用的要求,這是增加學生負擔的重要原因之一。物理“內容標準”中第二個二級主題“相互作用與運動規(guī)律”第三點“通過實驗,理解力的合成與分解,知道共點力的平衡條件,區(qū)分矢量與標量,用力的合成與分解分析日常生活中的問題。例3:研究兩個大小相等的共點力在不同夾角時的合力大小”?！敖虒W要求” 更具體為:“能用力的合成與分解的方法,分析日常生活中的簡單力學問題。會用正交分解法和直角三角形等有關知識,計算合力和分力”。

在此部分的物理學習中會出現(xiàn)這樣的習題:建筑工人要將建筑材料運送到高處,常在樓頂裝置一個定滑輪(圖中未畫出),用繩AB通過滑輪將建筑材料提到某一高處,為了防止建筑材料與墻壁相碰,站在地面上的工人另外用繩CD拉住材料,使它與豎直墻面保持一定的距離L,如圖1所示。若不計兩根繩的重力,在建筑材料被提起的過程中,繩AB和CD中的彈力T₁和T₂的大小變化情況是

A.T₁增大,T₂增大

B.T₁增大,T₂不變

C.T₁增大,T₂減小

D.T₁減小,T₂減小

這道題若用正交分解法和直角三角形的有關知識,很難求解;而其中兩力合成的平行四邊形里沒有直角三角形,必需用“數(shù)學5”中解三角形的正弦定理或余弦定理,對數(shù)學知識及應用能力要求很高,遠超出學生已有的數(shù)學水平。

3 做好高中物理與數(shù)學銜接的對策

同高中數(shù)學學習恰當銜接,可以有效減少初中物理與高中物理的跨度,激發(fā)學生的學習興趣,這是高中物理教學成功的關鍵。我們可以從兩方面做好高中物理與數(shù)學教學銜接。

3.1 “內容標準”的模塊設置應循序漸進

課程標準應該堅定地服從、服務于全面提高國民素質的任務,定出恰當?shù)姆謱哟蔚慕虒W目標,妥善解決學生認知規(guī)律和物理知識邏輯結構的關系,以及物理同數(shù)學等相關學科教學的銜接。建議對“內容標準”進行調整:“物理1”設三個二級主題:運動的描述;相互作用與運動規(guī)律;機械能和能源。只要求會用正交分解法和直角三角形等有關知識解決簡單力學問題,降低矢量運算的要求?！拔锢?”設三個二級主題:動量;電場;電流。動量只要求解一維的力學問題;電場著重于一維情境下的電場力和電勢能的教學;電流著重于利用電場力做功分析電路中的能量轉化關系,解決簡單閉合電路的問題。這樣,在必修部分留有余地,體現(xiàn)循序漸進的原則,在選修部分進行復習提高,同高中數(shù)學的教學相互銜接,既排除數(shù)學學習滯后的困擾,又學了動量、電場、電勢能等基礎知識,幫助學生掌握力現(xiàn)象、電現(xiàn)象的基礎知識,遵循統(tǒng)一規(guī)律的基本思想,領略自然界的奇妙與和諧。

在物理選修3系列中學習多維的力學和電學,著重分析二維的矢量運算及曲線運動。選修本系列模塊的同學已經(jīng)具有對物理學的濃厚興趣和較強的分析能力,加上高一的數(shù)學基礎,利于學生對力和運動、功和能等內容的鞏固提高。

3.2 教師在具體教學實踐中要因材施教

教學中我們常常不自覺地以自己為中心,對學生過高的期待。如國家教委在1990年3月印發(fā)的《現(xiàn)行普通高中教學計劃的調整意見》要求高一、高二上“必修物理課”,高三學理科的學習“選修物理課”。但當時多數(shù)學校都是必修選修“打通”教。實踐證明,這個做法對于參加物理奧林匹克競賽的同學是合適,但是大部分學生在學習高一物理感到困難,不利于興趣的培養(yǎng)和基本功的扎實。所以教學中應以學生為主體,力求程度、分量的適當,因材施教。該保留的還得留,不能只顧自己講“清楚”,而不管學生是否犯“糊涂”。

要因材施教,就要因材施考。有高考指揮棒總比沒有好,關鍵在于怎樣用好指揮棒,使之成為對教育進行宏觀調控的有力手段。如1994年考“演示簡諧振動圖象的裝置”,是實驗能力培養(yǎng)的有力導向;1995年考“交流電有效值”,成功地引導對概念教學的重視;1999年考“由牛頓定律導出動量守恒定律的表達式”,體現(xiàn)對最一般的規(guī)律教學的重視。但是,一張試卷既考查將入研究型大學學習的精英,又考查將接受職業(yè)教育的高技能勞動者是不恰當?shù)?。在高等教育大眾化的今?國家重點高校應面向全國應屆高中生統(tǒng)一聯(lián)考招生,一般院校(包括高職)只要依據(jù)全省統(tǒng)一管理的“學業(yè)水平測試”和“綜合素質評價”為依據(jù)進行招生,充分利用考評資源,把一部分無高考意愿的高中畢業(yè)生解放出來,遏制高中階段教師和學生盲目進入高難度題海中的趨勢。往屆生應納入成人教育的行列,減小社會成本和壓力,體現(xiàn)社會的公平公正,提高全日制教育的質量和社會效益。

總之,通過對“內容標準”的調整,教學中力求程度、份量的適當,構建高中物理、數(shù)學教學的和諧銜接,可以更好地提高全體學生的科學素養(yǎng)水平。

參考文獻:

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[S].北京:人民教育出版社,2003.4.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中數(shù)學課程標準(實驗)[S].北京:人民教育出版社,2003.4.

[3]福建省普通高中新課程實驗工作領導小組.福建省普通高中新課程教學要求[物理][S].福州:福建教育出版社,2008.6.

(欄目編輯張正嚴)