如何培养学生物理作图能力的研究 怎样提高物理作图能力的反思

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-01
如何培养学生物理作图能力
在高中物理教学过程中,笔者经常发现如果一个图能准确地表征所要解答的计算题、尤其是高考的压轴题,可以说它已解决了一半.如果学生不会作图、或作图能力差,它将直接影响到复杂问题的解决.正如Kaplan和Simon的研究结果表明,问题解决过程中顿悟现象的出现,是由于被试找到了适宜的表征方式.表征物理问题时,图像是以视觉表象和直观形象的表征为主,以抽象符号表征为辅的一种问题表征方法,〔因为物理符号是一种最简洁的物理语言).这种表征方式,使问题的表达力求简洁,以便对问题的实质进行分析,也便于从整体上把握问题的实质.因此本文旨在研究如何有效提高高中学生的作图能力.
  2物理作图的界定
  在作图的活动过程中,人用眼睛看,用手去画,用脑去思考,实现人与外界的间接的相互作用.虽然它以图的形式反映出来,但是这种图不是简单的对外界物体的摹写,也不是一种艺术形象,而是与抽象的概念和规律相对应的图,是一种概括化的,并从客观世界抽象出典型的物理特征且反映物理规律的图.这种图就是一种物理模型,是形象与抽象的结合体.个体通过对物理模型的掌握,去同化和顺应头脑中原有的图式,在不断建立新的平衡的过程中,解决物理问题,掌握了物理知识,这应该是物理作图过程.
  物理作图是一种视觉思维的方式,它通过观察、想象和构绘,将外部信息转化为表象并通过表象作用,再转化为图示与图象等约定信息的形式,并以此实现人对外部客观世界的间接的作用过程.物理作图就是借助于图形来思考,简单的说,就是以图助思.
  3物理作图的能力要求
  3.1从表象空间到几何空间
  研究物体的结构及其运动,就要确定物体的空间几何关系,即将表象的空间通过构图反映为平面上的几何空间,也就是画出各种侧面图,立体图,俯视图,截面图等,并能够相互转化.
  3.2从原型到模型
  把实际问题中的原型抽象成物理和数学模型.
  3.3学生应具有信息的转换和整合的能力
  在把信息要全面准确的反映在图上,既有空间关系的表达,又有语言逻辑的分析,还有隐含条件的挖掘等.
  3.4规律应用于图的能力
  画图的目的是为了更好的思考,画图不仅是利用直觉,物理表象的形象性进行思考,更主要的是要结合抽象的物理规律、概念、几何关系等进行思考.即形象与抽象相结合的思维能力.
  3.5几何构图的能力
  4提高中学生物理作图能力的策略
  根据物理作图的界定和能力要求,笔者提出以下提高中学生物理作图能力的策略.
  4.1让学生认识作图的重要性、养成作图习惯
  作图并不是针对某一些题,或一类题,而是作为一种物理思考的工具,因此,要培养学生作图解题的意识,具有作图解题的策略,并逐渐养成作图思考的习惯.习惯来源于多次的重复,因而教师始终如一的严格要求是学生养成画图思考习惯的根本. 刚开始要求学生作图,学生感觉不习惯,不理解,我们通过实例,让学生感受到,按规定程序认真审题,作图分析,看起来花了一些时间,但能保证顺利得出正确答案.“笨”办法其实就是好办法.千万不能省事,图快,凭想当然,“我觉得”如何,匆忙做答.那样欲速则不达,会出现不少意外失误.让学生认识作图的重要性.
  另一方面在学生的学习和练习过程中,重视作图习惯的培养.例如,我们从高一开始,要求学生把练习本的左侧折出三分之一,专门用作画图区,把图作为建立关系、列方程的依据.对应该画图而没有画图的答题扣去大部分的分数或让学生重做,从严要求,让学生逐渐形成了习惯.
  4.2明确要求
  要删繁就简:物理作图主要体现与解题有关的主要对象及关系.画图时,要有所选择地抓住与所研究问题相关的对象.要重意轻形:即作图时重在表达意思,次要描绘形象.要一目了然:让人一看就懂.
  中学阶段经常画的图有图示和图象两种.图示有矢量图,力线图,流线图,谱线图,流程图等.具体的说有受力图,光路图,电路图,运动图,轨迹图,等.图象是指各种函数图象,如波动图象,速度图象,位移图象等.教师应使学生明确各种图的画法、要求与表达意义的统一.教师在教学中要有相对固定的表达方法,并向学生明示.画图的过程,要利用准确规范的物理符号和数学符号.图的几何关系,大小比例要尽量准确.
  4.3重视概念与图像相结合教学
  物理中的许多概念都是在形象的基础上建立起来的,即使是抽象的概念也有对应的物理模型,所以,在概念教学中应将概念和形象相结合.
  4.4重视物理规律与图相结合的教学
  物理规律教学要注意培养学生的空间想象力,使学生充分感知.物理规律的引出与推导要以清晰的物理图景为基础,有的是通过实验,有的需要从生活观察中抽象出模型,在教学中,为了清楚的表示他们就需要画出图.例如,平行四边形定则.用两个弹簧称互成一定角度拉一根橡皮条,用力的图示记录下F1、F2大小和方向,猜想F1、F2的合力F的大小和方向,只用一弹簧称演示合力F,并用力的图示记录F的大小和方向.以F1、F2为两边构造一平行四边形,比较平行四边形的对角线与合力F的关系,得出平行四边形定则.这样在画图基础上学习物理规律.
  4.5重视几种视图的转化教学
  在安培力、洛伦磁力、电磁感应定理的学习与应用中,我用3DMAX软件实现透视图、前视图、俯视图、侧视图之间的转化.如在安培力的习题教学中,我用如下三种视图.
  这样学生对几种视图的转换就有一些直观的感性认识,同时还应教给学生几种视图转换的基本方法,例如透视图和前视图的转换:透视图中两根平行的导轨在前视图中只能看见一根,所以只画一根;而在轨道上切割磁感线的导体棒在前视图中只能看见其截面,所以只能画一圆圈表示;看不见的物体可以不画,也可用虚线表示.   4.6重视直观化的教学
  传统的物理教材安排的教学内容都是已经选择、压缩、改造而具典型化和简约化,更具高度的抽象性.若是照本宣科,学生很难理解所学内容,而若能充分利用图形图片、电视录像、多媒体课件等手段再现知识发生发展的变化过程,用图文并茂的方式向学生提供信息,使学生自然地'悟'出其中的道理和规律,从而充分展示知识发生发展的过程,帮助学生建立准确的物理模型.例如《超重 失重》的教学,用DV拍摄电梯中的超重和失重现象,并在课堂上上播放,让学生有感性认识,再让学生自己探究超重和失重的原因就容易多了.学生在画超重或失重物体的受力分析图时,准确性明显提高了.
  4.7重视挖掘隐含条件的训练
  信息在转换时,图是一个中介,信息之间的转换就像是不同语言之间的翻译过程,转译时,要求信息要全面准确的反映在图上,既有空间关系的表达,又有语言逻辑的分析,还有隐含条件的挖掘等.
  例如:如图10所示.一个质量为m的带正电的小球,从O点出发,初速度的大小为v0,在电场力与重力的作用下,恰能沿与场强的反方向成θ角的直线运动.求小球运动到最高点时其电势能与在O点的电势能之差.
  在画本题的受力分析图时:(1)先画重力方向,竖直向下.(2)要准确画电场力方向,关键在于挖掘隐含条件:物体做直线运动,本题电场力可能水平向左、可能水平向右,但物体所受合力不可能为零.所以物体所受合力只能与速度在同一直线上,所以电场力方向只能水平向右.
  4.8重视物理过程的分割训练
  建立一个比较复杂的物理图景,首先要弄清一个物理过程可分为哪几个阶段,其次要清楚各个阶段之间是由什么物理量联系起来的,第三要分析每个阶段遵循的物理规律.分析物理过程,一般都采用以现象发生的先后为顺序来分析的方式,将相同物理规律的现象视为一个物理过程.涉及物体运动的不同过程时,相邻两个过程经常以“速度”为“接力棒”的.
  4.9重视课本插图的教学
  新教材的图片更为丰富,主要是借助图的作用来表示、类比抽象的概念和规律等.例如,为了描述抽象的电场,引入了电场线.为了形象的说明电势的高低,用等高线类比等势面,用电梯的作功来表示电池的电动势等.教学中要重视课本插图的观察和思考,要注意指导学生如何看图,建立抽象规律和图的联系.从而提高学生作图能力.
  4.11画图综合训练――物理习题教学
  由于学生的个性差异,思维也各有特点,习题教学应加强图景的教学.教会学生如何通过审题,画示意图,从易到难,逐步消除思维障碍,这一过程教师不得包办代替学生的思维过程.笔者认为物理问题作图包括以下几个环节:
  (1)读审
  弄清题目中明显给出的已知条件是什么,追索题目中隐含的已知条件是什么,明确题目应该达到的目标是什么.
  (2)建立情景图
  物理问题多以现实的客观事物存在为背景,一般用语言来描述,学生在读题时,头脑中就会产生相应的表象.也就是根据生活经验建立初步的问题情景图.确定研究对象,并分割过程.图在信息转化过程中的作用是:帮助理解题意,寻找变化规律,建立各物理量的联系.
  边审题、边画图,并一一把条件和问题用字母符号注在图上,使问题能在脑中形成完整的表象,不至于因忘记条件或问题而中断解题过程的思维而重新审题,同时,示意图能使解答问题所必须的条件同时呈现在视野内,图成为思维的载体.
  (3)科学的抽象
  对读审中发现的各种解题信息进行分析、判断,抽象出研究对象的本质特征.
  (4)受力分析
  对研究对象的各个过程进行受力分析,画受力分析图.
  (5)模型的再认
  将研究者头脑中活跃着的有关的各种模型(常见的模型有直线运动、圆周运动、抛体运动),与问题情景中抽象出的研究对象的特征进行比较,从中鉴别出适当的模型.
  (6)形成物理图形
  根据模型特征搜索出必要的物理概念或规律,在概念、规律的指导下画出研究的对象状态、过程等图.物理解题要求学生要建立清晰的物理图景,所以画图需要将规律应用于图,需要使形象和抽象相结合,需要使逻辑的推理与非逻辑的想象相结合.
  (7)合理的想象
  展开对模型形象、过程和相互关系的想象,并在图像上反映出来,形成三维的动态图像.并检验图形的合理性.
  物理作图过程就是确定解题方向的过程,这是解题过程中的关键环节.物理作图过程不仅是知觉的直接反应或是知觉形象的回忆和重现,是属于感知水平的再生性形象思维过程.而且是一个概念、规律、表象的有机结合,是属于抽象思维、形式思维的有机结合的认知水平的思维过程.这就是学生常感到解物理图象难画的症结所在,也是物理问题解决活动能有效地促进学生智力发展的有利因素.平时教学中帮助学生多形成一些正确的物理模型形象,帮助学生养成形象化思考问题的习惯,将会有助于学生顺利掌握建构环节. 当然,高中学生物理作图的困难是多方面的,但只要重视图象图景的教学和画图习惯的培养,进行有针对性的训练和指导,学生的作图能力是会提高的.

如何培养学生构建物理图景的能力~

如何培养学生物理作图能力 在高中物理教学过程中,笔者经常发现如果一个图能准确地表征所要解答的计算题、尤其是高考的压轴题,可以说它已解决了一半.如果学生不会作图、或作图能力差

保亭实验中学:黄照轩
物理学是一门观察、实验和物理思维相结合的科学。在长期的发展过程中形成了系统严密的研究问题和解决问题的方法。物理学的研究对象具有客观性和抽象性。
1.建构物理图景在解决物理问题中的重要性
物理思维的过程实质是人脑对外部物理信息的接受、分析的加工过程。外部物理信息主要是在观察、实验及日常生活经验的基础上对物理现象的感知,这些信息必须在大脑中形成时空、图景、图形或动态过程等形象化表象,才能通过加工分析得出隐藏于这些表象中抽象的概念和规律。物理思维不仅具有抽象性,而且具有鲜明的形象性。由此可见,在我们研究物理问题时,建构出一幅完整的物理图景非常重要。通过科学的抽象、模式的再认、在头脑中合理想象出三维的动态(或静态)图像。这是确定解决物理问题方向的关键环节。
2.在解决物理问题中,学生通过作图分析来表达物理图景时遇到困难 ,物理作图分析实际是一个将建构好的物理图景用平面图的形式表达在纸面上的过程。并对它进行反复加工、合理改造、去粗取精,从而用抽象的物理概念和规律来解决具体形象的物理问题。就作图本身来说,其应表现为一种技能。从教育心理学的角度看,作图技能一经形成,它会促进对知识的掌握,促进学生的学习兴趣,提高学生学习的各种知识,把不能接受直接转化为能力的,必须通过技能这个中介环节。经过调查发现,很多学生尽管在读审完物理问题时能够初步建构物理图景,但苦于缺乏作图分析能力,无法将问题进行深入,最终以放弃告终。有些学生没有养成良好的作图习惯,往往懒得作图,或马马虎虎作个图也不规范,或图不达意,对分析物理问题没有起应有的作用,以至物理问题得不到解决,更别提培养能力了。本人认为,虽然作图在物理学中没有独立的章节,但它无论在解决物理问题还是在培养学生创新思维能力上都起着不可忽视的作用。所以。本人在教学实践中,很重视通过加强作图分析,培养学生的思维能力。
下面是本人在教学过程中的点滴体会。
3.通过作图分析,培养学生的创新思维能力,通过物理作图分析,培养学生的形象思维能力,物理概念和规律是对物理现象的共同本质特征的高度概括和抽象,它们的形成过程必须是从具体到抽象的过渡过程,即由感性到理性的上升。首先要接触大量的物理形象、物理过程,再运用形象思维对它们进行分析和加工。对物理规律的运用要靠形象思维来开辟道路,形象思维是正确分析、把握物理问题的依据,更好地培养学生的分析解题、规范作图的能力。


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