高中数学物理跨学科课程整合研究

摘 要：数学和物理都属于理科范畴内的科目，两者之间也有着很强的关联性。在学习物理之前，学生必须首先在数学方面打下坚实的基础，这样在学习物理时就能够更加顺利。另外，在这两大科目同时教学的过程中，教师应当在教学方法上进行调整，将数学中的解题方式有效运用到物理中。

关键词：高中物理教学;数学;分类;整合研究

一、 引言

数学中包含许多较为系统且能够广泛应用于其他领域的独特思想和方法，如数字与图形的结合以及函数等。由于高中物理的复杂性，为了帮助学生理解得更加深入，就可在教学中充分利用这些方法。

二、 数学和物理的关系

（一） 数学是物理的语言

数学可以精确而简明地将物理概念和规律表述出来。在物理学中存在着很多的概念、规律以及公式，用数学作为物理的语言，可以简洁明了地表示出各个物理量之间的关系。在物理学中经常使用函数关系来表达物理量之间的关系，揭示其中的物理含义。也经常使用图表来表示物理中物理量的数量关系和物理情境。

（二） 数学是物理的工具

想要解决物理问题，必不可少的步骤就是把物理问题转化为数学问题：首先物理试题给出了物理情境以及相关的参量后，要求学生能够对情境进行分析，找出各因素间的物理关系，并且建立解决问题所需要的方程式或者不等式，用最简便的方法解答。同时还要根据结果进行判断或者讨论，而在这一过程中要选用恰当的物理规律，还要求学生具备一定的数学知识并能够运用由此可以看出要解决物理问题，就必须运用数学知识。

（三） 高中数学和物理的相关性

在高中的物理课程的学习中需要的数学知识大概有代数运算、平面几何、立体几何、解析几何、函数、向量等。在解决物理问题时，肯定要运用代数运算，在分析实验数据要运用到函数图像的知识。

三、 高中物理教学中数学思想方法运用

（一） 数学思想让物理教学变得简单

数学和物理的教学目的都是研究自然规律，通过这些自然规律让人更好的生活。数学和物理不仅目的相同，数学更是物理的基础。物理学上的公式离不开数学的逻辑推导、物理学上的定律也要依据最基本的数学规定。最伟大的物理学家之一爱因斯坦在研究物理时，也经常向数学家请教。如果不了解数学、物理中的定律、公式我们就只知道是什么，却不知道它们如何推导出来，又为什么以那样的形式呈现。而了解数学，有助于将复杂的物理公式变得简单化，掌握推导这些公式基本过程的方法。

（二） 物理定律发现离不开数学思想

物理定律的发现主要是通过实验，但是实验的结果却需要运用数学方法计算，而且物理定律一般用数学公式来表达，比如著名的高斯公式、格林公示、散度、旋度场等这些电磁学的定律，都离不开数学思想的支持。

（三） 有助于提高學生的能力

物理定律原本是科学抽象而来，要形成具体的公式，必须运用数学语言。在高中物理教学中诸如电阻定律、欧姆定律、楞次定律等重要定律，学生在学习时只知道这些定律的公式是什么。如果在物理的教学中运用数学思想，学生不仅仅会记住这些定律，还会明白定律的推导方法，知道如何把这些定律应用到日常的实践中。

四、 物理数学跨学科教学策略

（一） 模式

从高中生的学习情况来看，其在数学方面的学习更加系统化，而物理的学习则相对零散，为了改善这一问题，就可充分利用数学思想。因此，教师在教学时应当利用数学方式进行讲解，帮助学生完成物理公式的推算和模型的建立，之后再引导学生去探索不同量之间存在的关联，使学生逐步学会通过建立模型来解答问题。以地球的转动这节内容的学习为例，其中会涉及一些符号的具体表示方式，如质量为m，周期为t，学生就可借助这些符号建立相应的模型。另外，在这一过程中还充分运用了数学中的方程思想，进而使学生对物理知识的理解更加深刻。

（二） 形式的选择

物理问题中往往会涉及较多的概念，并且不同的概念在表达上也存在着较大的差异，这就加大了学生理解的难度，使其容易混淆，因此教师就可在形式上进行转换，充分利用数学方法。以电动势这节内容的学习为例，学生在学习伏安法时能够理解的得更加深入，但是对于表示方式，如安欧法理解起来较为困难，因此就必须借助实验操作来完成，但学生在这一思考过程中很容易发生偏差，这时教师就可有效运用数学办法，将原有的公式转变为函数方程，并引导学生画出相应的坐标图。在这种情况下，不同量之间的关系就显而易见，这不仅能够有效增强学生的推理能力，同时还能使其对公式的掌握更加深入。

（三） 有机结合

应用数学思想方法是为物理学习服务的，因此是否使用数学思想方法，使用到什么程度是需要遵从有机结合原则。使用数学思想方法的目的就是更简洁，更灵巧地解答物理问题。数学思想与方法不足将导致学生在解决物理问题，特别是较复杂物理问题的时候遇到困难而受阻，学生无法将面临的物理问题转化为合适的数学问题，也就谈不上接下来用数学方法来解决这些问题，导致学生面对困难有心无力。数学思想和方法的过度会导致烦琐地数学运算掩盖了问题的物理本质，或许也能解答问题，但不仅耗费了时间，也冲淡了对问题的物理本质的理解。运用数学思想与方法，只是解决物理问题的辅助手段。因此，在解决物理问题的时候，对物理过程的分析依然至关重要，只有在整体上分析清楚了物理过程和整个过程中的物理特征，形成了清晰的物理图景，建立起正确的物理模型，对条件和隐含的条件有了充分的认识以后，才能用相应的数学思想和方法加以解决。因此，在反复渗透的教学过程中，利用适当时机，对某些数学思想方法概括、强化和提高，对它的内容、名称、规律、使用方法适度明确化，是掌握、运用数学思想方法转化为能力的前提。在日常教学中，要有目的的启发学生自觉地、充分地运用自己掌握的数学理论研究物理问题和分析物理现象，使学生一开始就做到数理有机结合，逐渐养成良好的数学习惯。

五、 结语

实践表明，数学与物理是一个密切联系的有机整体，它们之间相互影响，相互促进。在教学中应抓住契机，适时地挖掘和提炼，促使学生去体验、运用数学思想方法，建立良好的认知结构和完善的能力结构，从而提高教学的质量。

参考文献：

[1]曹卫华.高中物理探究式教学数学思想方法的渗透策略[J].中学物理，2013，11（9）：55-56.

[2]徐卫兵.中学物理中“类比思想”的教学[J].中学物理教学参考，2013（10）：54.

作者简介：

包朋波，山东省海阳市，山东省海阳市第一中学。