利用图形、图像进行科学方法的培养

倪莹

要使学生熟练掌握和运用物理图像正确地分析、解答物理问题，教师应在教学中重视物理图像的教学，尽量通过图像把物理规律或复杂的物理过程展现出来，从而让学生意识到物理图像的重要性，并通过有针对性的训练提高学生这方面的能力。图形能力是一种综合性很强的能力，是观察能力、提取处理信息的能力、对比分析能力、联想能力、形象转化能力、逻辑推理能力、创新能力等多种能力的综合体现，图形能力和高中物理学习密不可分，无论是常态化教学，还是近些年的高考题，都需要学生有较强的图形能力。本文就如何培养学生的图形能力进行探讨，望能有助于教学实践。

一、图形能力培养的重要性

我们以图形类比能力的培养为例说明，在电磁感应讨论的问题中，有这样一个典型问题。如图所示，在匀强磁场B中，有一根长为L的细金属棒，求此棒以O点为圆心以ω为匀角速度旋转时，产生感应电动势。此问题在普通物理求解时，只要使用动生电动势的积分求法便可很容易地得出但在高中阶段，求解动生电动势的公式是E=BLV，此公式的使用条件是：（1）细金属棒在空间经历的各个点的磁感应强度必须大小相等方向相同。

（2）细金属棒上各点切割磁感线速率相同。

显然本问题不满足以上公式的要求，解决方法有三种：

第一种：采用理想化方法，假想有两根完全相同的细金属棒在初始时刻重合在一起，且A端有一可随杆旋转而自由伸缩的细金属丝，经过△t时间后，磁通量的变化利用法拉第电磁感应定律可得：

第二种：利用无穷小微元法，把随杆的长度而变的线速度想法转化为不变的处理。

第三种：利用图形类比的方法，金属棒一O点为圆心以匀角速度ω旋转时，棒上距离O点为r的线速度可表示为：v=ωr从数学的角度v和r的关系是正比例关系，ω相当于比例系数。用图像表达如图2中的（a）图中纵轴表示金属棒上各点的线速度，横轴表示金属棒上各点到转轴的距离。从图中可以明显地看出，转轴处的线速度为零，棒端A处的线速度为VL。我们用一个“平均速度”（对变量r的平均）粗略地描述金属棒在磁场中的运动，从图形上看，除横轴代表的变量不同以外，a图与b图所表示的初速度为0的匀加速直线运动的图像完全相同。平均速因而，利用图形的类比方法可以得出，杆旋转时的线速度平均值

在这种近似情况下，产生的感应电动势 与使用电磁感应定律的结果相同。

类比是一种很重要的科学方法，在物理学的范畴内，虽然描述对象不同，有不同物理规律，但这些规律抽象出来的图像是一样的都可以进行类比，例如简谐运动和电磁振荡规律之间的类比，行星运动规律和玻尔理论中电子绕核运动的规律，等等，在教学中进行这样的科学方法的渗透能提高学生的科学素养。

二、提高图形能力的策略

1.教会学生一定的读图步骤

无论什么图，拿到手先看标题，因为标题是对整个图意义的概括，它有助于学生对图涉及的方面进行准确定位；其次要按照主体—局部—结构—动静态—颜色，一层层往下看，不能有遗漏之处；最后综合思考找到图的深刻内涵，联想拓展形成新知识的增长点。

2.读图提取重要信息的训练

教师可以将图形分类，对不同的教学内容，采用不同的图形，有针对性地让学生在某段时间集中练习读某种图形。如在运动学中重点读函数图像和运动轨迹图，在原子物理中重点读原子能级图等。

同时，训练应循序渐进式提升供图的抽象性。实物图、卡通图此类图的抽象程度不高，对思维的要求不高，很容易读懂，也易引起学生读图兴趣，可以作为读图训练的初步训练对象，在学生掌握了基本读图步骤后，可逐步提高读图难度，让学生练习读抽象程度略微大些的统计图表、流程图等，在训练一段时间后，等学生已经适应了从形象到抽象的变化后，再让学生读更抽象的函数图像。这样的策略既符合由浅入深的认知规律，又给学生充足的时间衔接初高中学习。

3.帮助学生总结一些常规思考角度

在辨图过程中，教师要有意识地帮助学生建立起一个常规思维角度，让学生了解到常用来找异同点的角度，一般可从图的形状、结构特点、表达方式、反映的内容、物理意义等方面对比总结。只有熟练掌握了常规思维角度，才能在这个基础上寻求突破，找到全新视角，拥有创造性的发现。

4.逐步培养学生深入思考问题本质的习惯

辨图的最根本目的在于看清似是而非的东西，通过辨析可进一步透过现象领会事物的本质，在教学中要有意识地帮助学生深入事物的内部去质疑、思考，通过提问方式让学生逐步走向问题的核心，引领学生对观察到的异同点及时进行总结和提升，对得到的结论要鼓励学生大胆使用，通过这一系列训练，帮助学生养成起良好的思维习惯。

要使学生熟练掌握和运用物理图像正确地分析、解答物理问题，教师应在教学中重视物理图像的教学，尽量通过图像把物理规律或复杂的物理过程展现出来，从而让学生意识到物理图像的重要性，并且通过有针对性的训练提高学生这方面的能力。