2016年高考(理科)物理考核目標與要求的第四點是運用數學解決物理問題的能力:(1)能根據具體問題羅列物理量之間的關系,(2)能用幾何圖形、函數圖形等進行表達和分析。在高中物理教學中,相當一部分高中生傾向于把物理和數學的學習割裂開來,當需要運用數學思維解決物理問題時,常常出現思維受阻、滯后的現象,這也是物理教師面臨的一個難題,其主要原因是師生對數學與物理之間的深層聯系沒有深刻的認識,對新的概念不熟悉,沒有像高中物理教學大綱中強調的那樣,給予應用數學解決物理問題的能力足夠的重視,所以我們決定以高中物理教學中數學思維應用的實踐研究作為研究方向。
數學思維是提出、分析、處理和解決數學問題的一般策略,是對解決數學問題的步驟、程序和格式的高度概括,是對數學理論(概念、定理、公式、規律、方法等)和數學實踐的本質認識,在運用數學知識解決問題的認識活動中反復運用,具有很強的指導思想,是數學的靈魂,是打開數學知識寶庫的金鑰匙,是數學發現的取之不盡、用之不竭的源泉。主要的數學思想有:方程函數思想、歸約變換思想、建模思想、類比思想、分類討論思想、數形組合思想、極限思想等。只有正確理解數學思想的內涵,才能將其運用到數學中去,才能準確、貼切地運用到物理教學中。
數學思維在高中物理教學中應用的實踐研究高中物理的物理思想,就是將數學思維滲透到具體的物理知識(概念、認識規律和解決問題)的教學過程中,使學生在輕松愉悅的狀態下看透物理現象,接受物理概念,理解物理規律,處理物理問題。在研究高中物理物理量之間的關系時,需要把物理量之間的關系轉化為函數、方程;在研究高中物理中比較復雜的問題時,需要運用轉化思維把難問題轉化為易于解決的問題;在研究物體運動的性質和規律時,需要建立物理模型,進行相關的分析和相應的練習;在探索新的概念和規律時,要求學生運用類比思維,對具有相似內在本質性質和規律的概念和模型進行比較分析,從而達到理性的認識;在解決綜合性體育問題時,需要學生運用分類、討論的思想,綜合解決問題;運用數形結合的思想,解決涉及物理圖形的問題;運用極限思維,快速、準確地找到臨界狀態。
物理與數學是緊密聯系的,正如數學家龐加萊所說:物理科學不僅給我們(數學家)提供了解決問題的機會,而且幫助我們發現了解決問題的方法。數學思想與物理規律的巧妙結合,是解決很多物理問題的有效途徑,而把物理問題轉化為數學問題是學好物理的一個非常重要的途徑。本課題的研究旨在使教師在物理教學中自覺培養學生運用數學思維解決物理問題的能力和技巧,將數學思維融入高中物理教學,為表達物理概念和規律、解決物理問題提供精準的數學語言和解決方案。
1、研究滲透在物理教學中的數學思想。
2.形成數學思維應用于高中物理教學的策略與方法
方法。
3.讓學生學會用數學思維來分析和解決物理問題。
教師可以通過研究提高自身專業素質,不斷增強教學和科研能力。
主要研究內容如下:
1、學習函數、方程思維在高中物理中的應用。函數思維是從運動、變化的角度去分析、研究數學中的數量關系,是對函數概念的本質理解,建立函數關系或構造函數,利用函數的圖形和性質去分析、轉化問題,使問題得以解決。方程思維是分析數學問題中變量間的等價關系,建立方程組,或構造方程,求解方程或方程組,或利用方程的性質去分析、轉化問題,使問題得以解決。高中物理主要研究物體的力與運動之間的關系,物理量有很多,當我們要研究物理量之間的關系時,就利用物理定律和定理,把物理量之間的?P級數轉化為函數和方程,把抽象復雜的物理問題變成具體的數學問題,運用數學思維去解決問題。
2、轉化歸納思維在高中物理中的應用研究。轉化歸納思維方法是在研究和解決有關問題時,采用某種手段,通過轉化把問題轉化成實際問題貝語網校,從而解決問題的數學方法。一般把復雜的問題轉化為簡單的問題,把困難的問題轉化為容易的問題高中物理的物理思想,把尚未解決的問題轉化為已經解決的問題。我們需要把它轉化為熟悉、簡單的物理過程或物理模型,從而利用簡單的物理規律來解決復雜的問題。
復雜物理問題的目的。
3、建模思想在高中物理中的應用研究。數學建模是一種數學思維方法,是利用數學語言和方法進行簡化、抽象,從而“表征”和解決實際問題的一種有力的數學手段。在研究物體運動的性質和規律時,把問題簡化、具體化,然后通過建立簡單、具體的物理模型,進行相關的分析和相應的實踐,從而把實際問題分析、簡化,轉化為數學問題,再運用適當的數學方法解決問題。
4.類比法在高中物理中的應用研究。類比法是指能夠推斷出相似的事物也應該具有一類事物的某些本質屬性和內部結構的推理方法。在研究物理問題的同時,要求學生由對表面特征的直觀認識上升到對內部本質屬性和規律的理性認識,注重學生知識的系統化,從而促進學生良好認知結構的構建和知識的整合。
5、分類討論思想在高中物理中的應用。分類討論的思想是當問題給出的對象不能統一地進行研究時,需要按照一定的標準將研究對象進行分類,然后分別對每一類進行研究,得出結論。最后把各類結果結合起來,得到整個問題的答案。分類討論本質上是一種“化整為零,逐一分解,再將各部分整合為整體”的解題策略。在解決綜合性體育問題時,會遇到很多情況,我們需要將各種物理情況進行分類,逐步解決,然后綜合性地解決問題。
6、數形結合思想在高中物理中的應用研究。數形結合思想是根據數與形的對應關系,通過數與形的轉化,解決數學問題的一種重要思維方式。其思想是通過“以形助數,以數助形”把復雜問題簡單化、抽象問題具體化,能把抽象思維轉化為具象思維,有助于把握數學問題的本質,是數學的規律性和靈活性。數學家華羅庚對數形結合的評價是:數與形本來是相互依存的,怎能割裂成兩面呢?數少形少,直觀性差;形少,理解性難。數形結合,各方面都好。運用數形結合的思想,可以把抽象的物理規律與物理語言、物理量與直觀圖形的關系結合起來,使事情變得簡單,用數來解決形,把涉及物理圖形的問題轉化為量或函數。我們可以研究圖形之間的關系并對其進行詳細的分析,從而達到更加準確、理性的直觀圖形的理解。
7、極限思維在物理教學中的應用研究。極限思維是指運用極限概念分析問題、解決問題的一種數學思想,它是現代數學中的一個重要思想,即通過無限近似,從有限認識無限。用無限探索有限,從近似認識精確,用極限逼近精確,從量變認識質變的思想。在物理教學中,處理一些綜合選擇題時,有時需要運用極限思想尋找臨界狀態,從而快速準確地解決問題。例如,在探究物體在水平木板上的摩擦力如何隨木板與水平面的夾角變化的規律時,運用極限概念就很容易解決問題。
8.在科學理論的指導下,通過不斷的思考、探索和螺旋式的實踐,研究在高??中物理教學中運用數學思想進行高效教學的策略與方法。
研究重點是分析數學思維在高中物理教學中的應用,將數學思維與解決物理問題有機結合起來,將數學思維滲透到物理教學中,培養學生的邏輯思維等綜合能力。將概念、規律、物理過程、物理情境轉化為通俗易懂的數學語言、函數、圖形等,幫助學生更輕松地學習和解決物理問題。難點在于數學思想的歸納總結,學生與教師數學基礎的差異,在運用數學思維解決物理問題時,很難想到數學方法與物理規律、數學關系的綜合運用。