重视数学渗透 提高物理核心素养

林启顺

(江苏省南京市金陵中学龙湖分校,江苏 南京 211500)

重视数学渗透 提高物理核心素养

林启顺

(江苏省南京市金陵中学龙湖分校,江苏 南京 211500)

在初中物理教学中,应充分重视数学原理在物理规律学习过程中的作用,以期符合核心素养培养的要求.本文分析了数学原理和初中物理教学的联系现状,列举初中物理教学中常用的基本数学原理,结合笔者的教学实践,简述在教学中重视数学原理渗透的途径,以提高初中生的物理核心素养.

数学原理;学科渗透;物理学习

1 引言

物理学是应用数学方法最成功的一门学科,物理发展到今天的博大精深,与数学息息相关,物理学离不开数学这个基本工具,离不开数学的思维方法,离不开精准的定量分析.培养初中生形成数理关系相互渗透,让数学原理为物理学习服务的习惯,一定能帮助学生在物理学习中走得更远,走得更高.

2 初中生在学习中对数理关系的认识现状及成因

下面是笔者所听苏科版物理教材九年级上册“欧姆定律”的一段公开课的教学实录,“电流与电阻成反比”这段教学情境引起了笔者对物理教学中数理关系现状的思考.

上课开始阶段,老师提问上节课欧姆定律的实验及其细节,为了了解同学们对该定律的理解程度，老师提了三个问题.

问题1:你们是怎么理解电流与电阻成反比的？

问题2:数学上是怎样定义反比的？

问题3:欧姆定律公式上的物理量满足数学上反比条件吗？

从学生的回答中发现,在现实的物理学习过程中,学生对数学原理和物理规律的理解有下面几个观点:

(1) 数学和物理是两门学科,他们之间没有联系

经过调查,很多学生尤其是学业水平中等偏下的学生,他们认为既然开设单独的物理课和数学课,不同的科目有不同的教材、不同的教师.在研究内容方面,数学关注的是“数字、图形……”，而物理研究的是“声、光、电、力、磁……”.在学习的形式上,数学学科思考和动脑筋多一些,而物理学科有很多的实验操作,学习上动手更多一些,他们之间没有联系.

(2) 数学作为物理的工具仅仅限于数学计算

部分同学认为,数学对物理学而言是一种计算工具.典型的观点为:“数学好,物理一定好.为什么好？数学计算好,物理计算就好.”学生认为数学对物理的作用仅仅限于计算,分数、小数、科学计数法等数学知识最影响物理成绩,这种数理关系的理解是很片面的，这些学生很少考虑到物理的研究过程和规律的得出过程,这些过程有很多和数学是有联系的.

(3) 数学原理或物理规律只是本学科的规律,两学科联系很少

调查发现,即使数学和物理学业水平较高的学生,他们在解决物理问题过程中也只是对物理学科的公式可以进行顺利变形、代入、得出结果,难度较小的问题靠“记忆”,难度较大的问题充分利用“潜在的感觉”解决问题.能在解决问题中充分考虑到数学原理对物理规律的影响、把数学原理和物理规律结合很好的学生寥寥无几.

笔者认为造成上面的片面认识有两个重要的原因:

(1) 教师在教学中过分强调学科本位,过分关注自身学科知识间的逻辑关系,忽视数学对物理学科的作用,从而影响到学生对数理渗透关系的应有关注.

(2) 在初中阶段,物理研究的现象和规律应用到的数学原理比较少,即使用到的数学内容大多数也是比较基础的数学知识,学生认为只是“数字运算”.这种长期形成的影响,即使解决问题需要数学原理,学生也没有数理渗透的思维习惯.

3 初中物理学习中所需的数学知识及相关程度分析

数理渗透思维对物理学习有多大的作用,笔者调查了苏科版初中物理教材和练习中运用到的数学知识.现将苏科版初中教材中物理学习中涉及的数学知识归纳，如表1.

表1

由表1可知,解决物理问题所需的数学知识多数是比较基础的,也有较高思维难度的数、形关系.解决初中物理问题需要的数学运算知识包括小学数学的整数、小数、分数的运算知识,初中数学的解一元一次方程以及实数、代数式、整式、分式的运算以及正比例、反比例、二次函数的特点及图像分析知识.

数学知识应该是学习所有物理内容所共同需要的,除此之外,还有一些物理内容的学习则需要一些特殊的数学知识.例如,在学习压强与浮力、密度时,需要运用圆的面积公式和圆柱的体积公式;在求透镜焦距的问题中，需要运用解一元一次不等式的知识,解决透镜成像问题需要运用几何的相似图形知识(物距:像距=物高:像高,如图1),包括小学数学中的三角形的简单性质、初中数学中三角形全等、相似的性质;研究平面镜反射问题需要对轴对称性质有所认识;处理欧姆定律探究实验时，数据处理采用了图像法,需要运用一次函数、反比例函数的原理及图像，电功电热需要解二元一次方程组和二次函数等知识(如图2).

图1

4 在初中物理教学中重视数学原理渗透的途径

在教学中如何加强数理渗透,让学生形成一定的学科渗透的思维习惯,是一线教师应该关注的.本文开始介绍的那位优秀同行的做法,给了我们很大的启示,即通过追问来促进学生思考,使学生明白物理的反比规律也符合数学上的反比规律.接着看欧姆定律的实验课中这位教师提出的问题.

问题4:你记录的实验数据图像是怎样的？你怎样认识该图像符合反比规律？

问题5:图3是另一个电流与电阻关系的图像,图中阴影部分面积表示一个物理量,你认为可能是什么？图3和图4中哪个是正确的？

问题6:这是一次实验中杠杆的拉力大小与力臂变化关系的图像(如图5),你如何解释在杠杆平衡时这两个量之间的关系？

图4

图5

从以上问题的回答可以看出,学生从开始过于关注学科本身，有点不知所措,到后来关注数理关系，充分融会贯通,再到知识的拓展,思维一步步走向更高的层次.笔者发现,其实学生对于函数图像的一般特征信息,如图像上某点坐标值、斜率值、曲线下面积值的物理意义的理解还是比较好的,说明大多数学生对理解图像与物理概念之间的联系应该是没有困难的,而问题在于解决问题时有没有数理渗透的思维习惯.

如何有效指导学生将数学知识和物理规律的学习进行渗透,笔者认为有以下几个途径.

(1) 物理教师在教学中应重视学科渗透的引领

学生在学习物理知识和解决问题的过程中,已经用到了数学知识,所谓数理不分家.但是从教师到学生都没能在思想上意识到这是数理渗透,长期形成的思维习惯造成学生在遇到真正需要数学方法的时候,忘记了向数学“求方法”,真所谓“不是做不到,而是没想到！”增加数学在物理课堂的“出勤率”,培养好数理渗透思维习惯,让同学们重视数学在物理学习中的地位,遇到需要数学原理时,能够及时联系起来.

(2) 物理教师加强与数学教师的联系,做好信息互通

与数学教师经常沟通,可以很好地了解数学教学信息.在沟通中既能了解到信息,也会让数学教师自觉关注物理学科的数学需求,教学中会对这方面知识有所侧重,数学教师是物理教学很重要的“外援”.另外,知道数学的教学进度和教学要求,可以减小数学对物理教学的干扰.

(3) 在物理知识学习时,物理教师应先了解并关注与本知识相关的数学知识,再次夯实相关的数学知识,为物理学习做好铺垫.

5 结语

初中物理课程是培养学生科学素养中的重要一环,初中物理又是高中、大学甚至更高层次物理学习的基础.这一阶段的学习不仅要重视知识的获得,更要重视能力的发展,不仅要学好本学科的基础知识,也要关注各学科间的渗透.数学的运算、图形、函数等知识是物理学习最重要的工具,甚至是决定学生物理能否学好的重要因素,学习的层次越高,这种影响越大,在平时教学中我们不能忽视数学对物理学的影响.所以,教师平时要重视数学知识与物理学习的渗透,加强与数学教师、学生的沟通,充分了解学生的数学基础.通过课前的努力,夯实学生的数学基础,让物理教学节奏更明快,让学生在数理渗透中对物理知识的内涵有更深层次的理解,从而提高学生的科学素养.

[1] 袁丽.中学物理课程中数学知识的支持性研究[D].重庆:西南大学,2009.

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