試論數(shù)學(xué)知識(shí)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用及實(shí)踐

韓貴平

摘要：物理與數(shù)學(xué)作為兩個(gè)自然科學(xué)學(xué)科，關(guān)系十分密切，物理教學(xué)中，數(shù)學(xué)知識(shí)能夠簡(jiǎn)單、直觀描述物理知識(shí)及現(xiàn)象，且數(shù)學(xué)知識(shí)在物理教學(xué)中具有明顯的指導(dǎo)價(jià)值，相比較傳統(tǒng)物理以物理教學(xué)法開展教學(xué)，引進(jìn)數(shù)學(xué)知識(shí)到物理教學(xué)中，不僅能夠提高教學(xué)質(zhì)量及效率，還能夠培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。因此，加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)在高中物理教學(xué)中應(yīng)用的研究具有積極意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)知識(shí)；高中；物理教學(xué)；應(yīng)用及實(shí)踐

一、物理教學(xué)中，引入數(shù)學(xué)知識(shí)的重要性

高中物理教學(xué)知識(shí)及規(guī)律具有復(fù)雜、抽象性等特點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)中難以尋找到相應(yīng)的模型為學(xué)生作參考，在一定程度上增加了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解難度，而數(shù)學(xué)知識(shí)中具有的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)公式、概念等內(nèi)容，能夠很好地表述物理能量守恒定律等基本概念及發(fā)展規(guī)律，幫助學(xué)生準(zhǔn)確了解和認(rèn)識(shí)物理知識(shí)，提高物理問題解題效率[1]。另外，利用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)物理問題進(jìn)行分析和推理，能夠培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，為學(xué)生日后深層次學(xué)習(xí)提供了一定幫助。

二、數(shù)學(xué)知識(shí)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用分析

（一）數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用

1、函數(shù)知識(shí)的應(yīng)用

眾所周知，對(duì)于物理規(guī)律的研究通常是建立在函數(shù)圖像、定性及定量知識(shí)基礎(chǔ)之上，最后得出的物理規(guī)律。函數(shù)圖像是物理教學(xué)中最為常見的數(shù)學(xué)知識(shí)，利用數(shù)形結(jié)合，能夠?yàn)閹熒庇^呈現(xiàn)各要素之間的關(guān)系，幫助學(xué)生深化對(duì)物理知識(shí)的理解程度。具體應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

一方面，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息。圖像是一種特殊的語(yǔ)言表達(dá)形式，能夠具體的展示物理規(guī)律。圖像法將兩個(gè)不同的量作為基礎(chǔ)，構(gòu)建直角坐標(biāo)，并將各個(gè)點(diǎn)連接起來形成圖像，為定量與定性分析提供支持，最終挖掘物理知識(shí)中的規(guī)律。如對(duì)于“在進(jìn)行‘加速度物理知識(shí)教學(xué)中，將一個(gè)皮球從高處由靜止適當(dāng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，受到空氣阻力與速度成正比，描述關(guān)于皮球加速度的圖像”題目，可以通過繪制函數(shù)圖像進(jìn)行分析：分別將向下的重力與空氣阻力作為函數(shù)，二者之間的差值為物理受到合力，另外，空氣阻力與速度成正比，最后將重力、阻力及速度繪制到統(tǒng)一坐標(biāo)系當(dāng)中。

另一方面，觀察函數(shù)圖像。解決物理問題圖像法在學(xué)生處理高中物理問題中應(yīng)用較為廣泛，如位移時(shí)間、速度時(shí)間等圖像。圖像問題在習(xí)題練習(xí)中的占比較高[2]。因此，看圖、識(shí)圖及畫圖成為學(xué)生必備能力之一，掌握該方法，能夠?qū)栴}化難為易，達(dá)到事半功倍的目標(biāo)。如物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)過程中，在特定時(shí)間范圍內(nèi)，經(jīng)過中點(diǎn)時(shí)刻的速度與該位置的速度哪個(gè)更大。對(duì)此，可以運(yùn)用速度時(shí)間圖像法對(duì)已知要素進(jìn)行分析，最終得出中間位置速度最大結(jié)論。

2、幾何知識(shí)的應(yīng)用

第一，平面幾何。平面幾何中，矢量的合成及分解主要通過利用三角形性質(zhì)解決問題。高中物理教學(xué)中關(guān)于“受力分析”問題，由于該類問題具有動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，需要利用相似三角形知識(shí)尋找矢量與幾何三角形之間的相似性，并結(jié)合對(duì)應(yīng)邊成比例規(guī)律，列出比例式，最后進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算得出結(jié)論。由此可見，在進(jìn)行教學(xué)過程中，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生畫圖能力的培養(yǎng)，找到物理內(nèi)容與數(shù)學(xué)知識(shí)之間的關(guān)系，便能夠有效解決問題。

第二，解析幾何。解析幾何能夠確定物體運(yùn)動(dòng)軌跡，物體運(yùn)動(dòng)軌跡需要通過物理現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，理論推理難度較大。如在進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，數(shù)學(xué)推理將會(huì)獲取一條直線，不夠全面，事實(shí)上，平拋物體運(yùn)動(dòng)分為水平與垂直兩個(gè)方面的勻加速運(yùn)動(dòng)。因此，教學(xué)中，應(yīng)利用解析幾何分析物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終得出平拋運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：

第三，立體幾何。立體幾何在物理教學(xué)中的運(yùn)用，通常是將其在數(shù)學(xué)知識(shí)中具有的證明作用與計(jì)算相結(jié)合，解決物理問題，簡(jiǎn)而言之，是將三維空間物理問題轉(zhuǎn)化為二維空間問題，降低問題解決難度，提高教學(xué)效率[3]。如在講授安培定則、左、右手定則等內(nèi)容時(shí)，可以通過空間想象I與B之間的空間關(guān)系等，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。

3、極值知識(shí)的應(yīng)用

一元二次函數(shù)極值問題常被應(yīng)用于物理教學(xué)中，如針對(duì)追及、相遇問題，運(yùn)用極值知識(shí)能夠輕松得出答案。另外，在教學(xué)中，針對(duì)電源輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律，結(jié)合極值知識(shí)，得出輸出功率，根據(jù)不同時(shí)間，電源最大輸出功率變化，繪制電阻變化圖像，如下圖。

圖2

（二）數(shù)學(xué)思想的應(yīng)用

首先，數(shù)形結(jié)合思想。該思想與物理中的數(shù)據(jù)圖像思想較為相似，通過圖像能夠?qū)⒊橄髢?nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w、形象化內(nèi)容，在一定程度上降低了問題難度，幫助學(xué)生更好地理解物理知識(shí)。因而，培養(yǎng)學(xué)生良好的作圖習(xí)慣十分必要。

其次，函數(shù)與方程思想。該思想方法在實(shí)際應(yīng)用中，利用方程將定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎亢瘮?shù)與方程，為分析物理問題提供了支持。

最后，對(duì)稱思想。利用該思想能夠降低物理問題難度的同時(shí)，減少物理問題計(jì)算量。將數(shù)學(xué)知識(shí)引入到物理教學(xué)中，提高學(xué)生解決物理問題速度，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生物理興趣及學(xué)科素養(yǎng)具有十分重要的意義。

（三）數(shù)學(xué)概念的應(yīng)用

講解物理概念過程中，教師可以從數(shù)學(xué)定義角度入手，使學(xué)生能夠利用已掌握知識(shí)分析新知識(shí)。如數(shù)學(xué)知識(shí)中，將兼具大小與方向的量稱為矢量，其運(yùn)算遵循三角形法則[4]。在物理知識(shí)當(dāng)中，力具有大小的同時(shí)具有方向特點(diǎn)，遵循四邊形原則，而長(zhǎng)度、溫度等只有大小、沒有方向的量，被稱為標(biāo)量，教師在介紹這些物理概念時(shí)，引入數(shù)學(xué)知識(shí)能夠幫助學(xué)生理解物理概念及其規(guī)律，能夠幫助學(xué)生更好地區(qū)分各個(gè)量之間的不同。

結(jié)論：綜上所述，物理教學(xué)有效性的提升與數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用息息相關(guān)。因此教師高中物理教學(xué)中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)于物理教學(xué)的重要性，并在加強(qiáng)對(duì)二者關(guān)聯(lián)知識(shí)的研究，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)，將數(shù)學(xué)知識(shí)引入到教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生利用二者相關(guān)性解決物理問題，并逐漸形成運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題的思維能力，從而奠定良好的物理基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙文萍. 培養(yǎng)高中生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題能力的實(shí)踐[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2013.

[2]張榮奎. 高中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)能力的方法與實(shí)踐[D].山東師范大學(xué)，2014.