利用圖形、圖像進(jìn)行科學(xué)方法的培養(yǎng)

倪瑩

要使學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用物理圖像正確地分析、解答物理問題，教師應(yīng)在教學(xué)中重視物理圖像的教學(xué)，盡量通過圖像把物理規(guī)律或復(fù)雜的物理過程展現(xiàn)出來，從而讓學(xué)生意識到物理圖像的重要性，并通過有針對性的訓(xùn)練提高學(xué)生這方面的能力。圖形能力是一種綜合性很強(qiáng)的能力，是觀察能力、提取處理信息的能力、對比分析能力、聯(lián)想能力、形象轉(zhuǎn)化能力、邏輯推理能力、創(chuàng)新能力等多種能力的綜合體現(xiàn)，圖形能力和高中物理學(xué)習(xí)密不可分，無論是常態(tài)化教學(xué)，還是近些年的高考題，都需要學(xué)生有較強(qiáng)的圖形能力。本文就如何培養(yǎng)學(xué)生的圖形能力進(jìn)行探討，望能有助于教學(xué)實(shí)踐。

一、圖形能力培養(yǎng)的重要性

我們以圖形類比能力的培養(yǎng)為例說明，在電磁感應(yīng)討論的問題中，有這樣一個典型問題。如圖所示，在勻強(qiáng)磁場B中，有一根長為L的細(xì)金屬棒，求此棒以O(shè)點(diǎn)為圓心以ω為勻角速度旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。此問題在普通物理求解時，只要使用動生電動勢的積分求法便可很容易地得出但在高中階段，求解動生電動勢的公式是E=BLV，此公式的使用條件是：（1）細(xì)金屬棒在空間經(jīng)歷的各個點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必須大小相等方向相同。

（2）細(xì)金屬棒上各點(diǎn)切割磁感線速率相同。

顯然本問題不滿足以上公式的要求，解決方法有三種：

第一種：采用理想化方法，假想有兩根完全相同的細(xì)金屬棒在初始時刻重合在一起，且A端有一可隨桿旋轉(zhuǎn)而自由伸縮的細(xì)金屬絲，經(jīng)過△t時間后，磁通量的變化利用法拉第電磁感應(yīng)定律可得：

第二種：利用無窮小微元法，把隨桿的長度而變的線速度想法轉(zhuǎn)化為不變的處理。

第三種：利用圖形類比的方法，金屬棒一O點(diǎn)為圓心以勻角速度ω旋轉(zhuǎn)時，棒上距離O點(diǎn)為r的線速度可表示為：v=ωr從數(shù)學(xué)的角度v和r的關(guān)系是正比例關(guān)系，ω相當(dāng)于比例系數(shù)。用圖像表達(dá)如圖2中的（a）圖中縱軸表示金屬棒上各點(diǎn)的線速度，橫軸表示金屬棒上各點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離。從圖中可以明顯地看出，轉(zhuǎn)軸處的線速度為零，棒端A處的線速度為VL。我們用一個“平均速度”（對變量r的平均）粗略地描述金屬棒在磁場中的運(yùn)動，從圖形上看，除橫軸代表的變量不同以外，a圖與b圖所表示的初速度為0的勻加速直線運(yùn)動的圖像完全相同。平均速因而，利用圖形的類比方法可以得出，桿旋轉(zhuǎn)時的線速度平均值

在這種近似情況下，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 與使用電磁感應(yīng)定律的結(jié)果相同。

類比是一種很重要的科學(xué)方法，在物理學(xué)的范疇內(nèi)，雖然描述對象不同，有不同物理規(guī)律，但這些規(guī)律抽象出來的圖像是一樣的都可以進(jìn)行類比，例如簡諧運(yùn)動和電磁振蕩規(guī)律之間的類比，行星運(yùn)動規(guī)律和玻爾理論中電子繞核運(yùn)動的規(guī)律，等等，在教學(xué)中進(jìn)行這樣的科學(xué)方法的滲透能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、提高圖形能力的策略

1.教會學(xué)生一定的讀圖步驟

無論什么圖，拿到手先看標(biāo)題，因?yàn)闃?biāo)題是對整個圖意義的概括，它有助于學(xué)生對圖涉及的方面進(jìn)行準(zhǔn)確定位；其次要按照主體—局部—結(jié)構(gòu)—動靜態(tài)—顏色，一層層往下看，不能有遺漏之處；最后綜合思考找到圖的深刻內(nèi)涵，聯(lián)想拓展形成新知識的增長點(diǎn)。

2.讀圖提取重要信息的訓(xùn)練

教師可以將圖形分類，對不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的圖形，有針對性地讓學(xué)生在某段時間集中練習(xí)讀某種圖形。如在運(yùn)動學(xué)中重點(diǎn)讀函數(shù)圖像和運(yùn)動軌跡圖，在原子物理中重點(diǎn)讀原子能級圖等。

同時，訓(xùn)練應(yīng)循序漸進(jìn)式提升供圖的抽象性。實(shí)物圖、卡通圖此類圖的抽象程度不高，對思維的要求不高，很容易讀懂，也易引起學(xué)生讀圖興趣，可以作為讀圖訓(xùn)練的初步訓(xùn)練對象，在學(xué)生掌握了基本讀圖步驟后，可逐步提高讀圖難度，讓學(xué)生練習(xí)讀抽象程度略微大些的統(tǒng)計圖表、流程圖等，在訓(xùn)練一段時間后，等學(xué)生已經(jīng)適應(yīng)了從形象到抽象的變化后，再讓學(xué)生讀更抽象的函數(shù)圖像。這樣的策略既符合由淺入深的認(rèn)知規(guī)律，又給學(xué)生充足的時間銜接初高中學(xué)習(xí)。

3.幫助學(xué)生總結(jié)一些常規(guī)思考角度

在辨圖過程中，教師要有意識地幫助學(xué)生建立起一個常規(guī)思維角度，讓學(xué)生了解到常用來找異同點(diǎn)的角度，一般可從圖的形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、表達(dá)方式、反映的內(nèi)容、物理意義等方面對比總結(jié)。只有熟練掌握了常規(guī)思維角度，才能在這個基礎(chǔ)上尋求突破，找到全新視角，擁有創(chuàng)造性的發(fā)現(xiàn)。

4.逐步培養(yǎng)學(xué)生深入思考問題本質(zhì)的習(xí)慣

辨圖的最根本目的在于看清似是而非的東西，通過辨析可進(jìn)一步透過現(xiàn)象領(lǐng)會事物的本質(zhì)，在教學(xué)中要有意識地幫助學(xué)生深入事物的內(nèi)部去質(zhì)疑、思考，通過提問方式讓學(xué)生逐步走向問題的核心，引領(lǐng)學(xué)生對觀察到的異同點(diǎn)及時進(jìn)行總結(jié)和提升，對得到的結(jié)論要鼓勵學(xué)生大膽使用，通過這一系列訓(xùn)練，幫助學(xué)生養(yǎng)成起良好的思維習(xí)慣。

要使學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用物理圖像正確地分析、解答物理問題，教師應(yīng)在教學(xué)中重視物理圖像的教學(xué)，盡量通過圖像把物理規(guī)律或復(fù)雜的物理過程展現(xiàn)出來，從而讓學(xué)生意識到物理圖像的重要性，并且通過有針對性的訓(xùn)練提高學(xué)生這方面的能力。