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淺談高中生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題能力的培養(yǎng)論文
一、高中物理教學(xué)存在的問題
在高中物理教學(xué)中，教師經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很難得出正確的物理運(yùn)算結(jié)果，錯(cuò)誤率較高，如果遇到難題，自動(dòng)放棄解答，這些都說明高中生無法巧妙運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解答物理問題，能力較弱。
學(xué)生在初中階段，剛剛開始接觸物理知識(shí)，問題尚不明顯，但到了高中，問題逐漸突出: 學(xué)生并未把數(shù)學(xué)知識(shí)和物理運(yùn)算有機(jī)結(jié)合在一起，其思維模式仍受限于傳統(tǒng)的物理教學(xué)，除了學(xué)生自身的因素外，教師還缺少系統(tǒng)的訓(xùn)練方法與訓(xùn)練力度，這些因素導(dǎo)致學(xué)生整體運(yùn)算水平偏低。造成這一現(xiàn)象的原因是教學(xué)的片面性，教師在課上要求學(xué)生增加做題數(shù)量，沒有讓學(xué)生深度理解物理相關(guān)概念與規(guī)律。由于學(xué)生知識(shí)水平有限，雖然可以總結(jié)出簡單的解題思路，但缺少系統(tǒng)的解題方法，導(dǎo)致學(xué)生善于解某一題型的題，其他題型直接略過，只為完成課堂任務(wù)與課后作業(yè)而做題。
學(xué)生使用數(shù)學(xué)工具解答物理問題的水平較低，讓學(xué)生對物理概念與規(guī)律只有籠統(tǒng)的概念，缺少獨(dú)立解題能力，降低課堂教學(xué)質(zhì)量，課堂教學(xué)有效性較差。
二、提高學(xué)生利用數(shù)字工具解決物理問題水平的方法
學(xué)生通過使用數(shù)字工具解決物理問題時(shí)，可以讓學(xué)生從問題入手，解析不同物理量之間的關(guān)系，逐步推導(dǎo)并得出結(jié)果，能夠加深學(xué)生對物理概念與規(guī)律的理解，拓展思維，鞏固物理基礎(chǔ)，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。所以，教師除了通過增加做題量外，還要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立做題的能力，改變這一現(xiàn)狀。
( 一) 讓學(xué)生用圖線的方式表示物理規(guī)律
在物理教學(xué)中，除了用物理公式表示規(guī)律外，學(xué)生還可以用圖線的方式表示最終的物理結(jié)果，而且圖線表示法可以讓學(xué)生直觀地看到物理規(guī)律在不同階段的變化。教師經(jīng)常會(huì)在講課前，提前根據(jù)教學(xué)內(nèi)容畫出規(guī)律曲線圖，比如當(dāng)講到電源輸出功率這節(jié)課時(shí)，會(huì)在黑板或多媒體上播放幾張按照一定規(guī)律產(chǎn)生波動(dòng)變化的圖片，從這些圖片可以看出，輸出功率會(huì)隨著負(fù)載電阻R 的變化而變化，而負(fù)載電阻的變化則取決于電源內(nèi)阻R，如果兩者相等，輸出功率增加，相反輸出功率減少，只有兩者相等，才能讓輸出功率達(dá)到最大。如果單純的用物理公式表示這一規(guī)律內(nèi)容，學(xué)生幾乎無法直觀地看到物理規(guī)律，難以理解。因此，圖像對于物理規(guī)律是一種特殊的表現(xiàn)形式，可以深化學(xué)生對于知識(shí)的理解，同樣也是展開物理教學(xué)的數(shù)學(xué)方法之一。
( 二) 增強(qiáng)運(yùn)用數(shù)字工具表示物理規(guī)律的理解能力
物理實(shí)驗(yàn)最后形成的規(guī)律與公式都有獨(dú)有的物理特點(diǎn)，這些特點(diǎn)是無法用數(shù)學(xué)工具理解的，因此，教師要讓學(xué)生學(xué)會(huì)正確的分析方法，探索出公式真正的物理意義以及適用題型。以歐姆定律為例，其公式是R =U/I，雖然學(xué)生通過公式可以看出其中的關(guān)系: 電阻和電壓為正比，與電流成反比，但這只是表面理解，因?yàn)槲矬w電阻的多少取決于它的材料和結(jié)構(gòu)，即和固有屬性有關(guān)。而且，每個(gè)規(guī)律公式表示的都是一個(gè)特定的物理過程，當(dāng)物理過程中的某個(gè)物體被換掉時(shí)，其等量關(guān)系不變，但物理內(nèi)容會(huì)有相應(yīng)的變化。用數(shù)學(xué)推導(dǎo)物理規(guī)律的過程即為轉(zhuǎn)變物理思想的過程。
此外，不管是教師還是學(xué)生，如果用數(shù)學(xué)工具解決物理難題，一定要采用近似的方法。現(xiàn)在采用的近似方法共有兩種: 一種是明顯的近似;另一種是隱藏的近似，較為常用，符合學(xué)生的思維模式。但除了這兩種外，還可以采用針對具體問題的近似方法，比如解析單擺方程式，因?yàn)閱螖[方程式中的變量數(shù)值變動(dòng)很小，可以使用條件近似。條件近似也可以用來分析電偶極子的電場。近似的處理方式是把物理公式中會(huì)發(fā)生變化的變量固定化，以固定的數(shù)值參與公式的運(yùn)算，但在使用的過程中，要選擇適用范圍，不可盲目使用。
( 三) 擴(kuò)大數(shù)學(xué)知識(shí)的范圍，提高運(yùn)用能力
現(xiàn)在，高中階段的學(xué)生有明顯的文理之分，理科學(xué)生數(shù)學(xué)成績的高低和他物理的學(xué)習(xí)情況有很大的關(guān)系。雖然課上教授的都是普通的物理知識(shí)，但這些知識(shí)仍會(huì)用到代數(shù)、微積分等數(shù)學(xué)知識(shí)，因此，教師在運(yùn)用這些數(shù)學(xué)知識(shí)講解物理教學(xué)內(nèi)容時(shí)，要教會(huì)學(xué)生分辨哪類數(shù)學(xué)公式應(yīng)用在哪些物理規(guī)律上，如何正確分析并解出結(jié)果，強(qiáng)化各項(xiàng)數(shù)學(xué)技巧的使用，全面提高運(yùn)用能力。
三、總結(jié)
物理與數(shù)學(xué)是兩個(gè)相對獨(dú)立的個(gè)體，又有著內(nèi)在的聯(lián)系，教師要在充分運(yùn)用物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，巧妙運(yùn)用數(shù)學(xué)技巧和規(guī)律，并讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理問題用到的數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)科兩者是不同的，避免進(jìn)入學(xué)習(xí)的誤區(qū)。因此，教師要在教學(xué)中用系統(tǒng)的訓(xùn)練方法提高學(xué)生數(shù)學(xué)知識(shí)與技巧的運(yùn)用能力，拓展思維模式，鍛練空間想象力，讓學(xué)生掌握獨(dú)立解題的方法。
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