高中物理探究式教学数学思想方法的渗透策略

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  新课程强调学生是教学的主体,我们的物理课堂教学应该注重学科性和科学性的统一,这里就涉及到一个问题,那就是数学思想方法与物理教学的联系.笔者认为对于高中物理知识探究而言有两条路是不可缺失的,其一实验探究,另一个则是数学推演.数学思想方法不可被孤立到物理学习之外,应该将其视作为物理学科的重要组分,本文首先就数学思想方法在探究物理规律中的重要性进行分析,接着就如何渗透数学思想方法进行简单的阐述,望能有助于教学实践.
  1 高中物理探究式教学渗透数学思想方法的重要性分析
  1.1 有助于定量分析物理问题
  物理规律的得到离不开实验,尤其是定量实验,而谈到定量实验就势必要用到数学.从物理学发展史来看,物理学的发展与现代数学密不可分,从伽利略开创实验探究以来,物理学从定性分析转向了定量分析和验证,物理学逐步定位为一门精密的定量科学,尤其是后来高等数学进一步推动了分析力学、流体力学、电磁理论的发展,包括爱因斯坦的相对论也离不开数学方法与物理理论的有机融合,虽然我们高中物理属于基础教育阶段,但是我们要渗透这种意识,才能促进学生物理素养的有效提升.
  1.2 有助于物理规律精确的、简洁的表达
  在物理学中涉及到很具系统化的概念、规律等知识体系,那么这些物理规律如何表征呢?除了用文字进行描述外,教材中配上了符号和图像,物理规律的符号表征往往是一些简洁明了的数学公式,当然物理量之间的关系除了用公式来反映外,函数图线也更为直观的显示了物理量之间的关系.有效简化了物理规律的呈现形式,让物理规律更为简洁、迷人,同时学生在推演和定量分析的过程中,借助于简单的数学形式能够实现物理思维的加速发展.
  2 高中物理探究式教学渗透数学思想方法的策略
  2.1 构建数学模型
  (1)将实际问题转化为物理模型
  我们生活中普遍存在着物理问题,但是实际生活中的物理问题往往错综复杂,存在着诸多影响因素,不过有些影响因素是核心因素占主导位置,有些因素则相对处于次要位置,此时我们就应该引导学生找到物理问题、物理过程中的主次关系,对物理问题进行科学地抽象,将其化为简单的物理模型,建立物理模型也是我们高中物理与初中物理的一个重大差异所在.
  例如,我们在和学生一起学习“质点”这个理想化模型时,就可以选择“地球公转”这个物理问题进行研究,在地球公转的问题上,日地之间的间距起主导作用,在这个运动过程中,地球的自转、地球的大小、太阳的大小都处于次要位置,所以可以将地球、太阳都抽象为质点.
  2.3 选择合适的数学方法解决物理习题
  高中物理之所以学生觉得难!关键在于解决具体的习题 时,学生的数学方法选择不到位.为此我们在物理教学过程中,要引导学生选择正确的数学方法,借助于数学完成物理问题的解决.
  例 一端固定在O点的一轻绳拴一小球,现将小球用手托起,使轻绳水平拉直,小球处于A位置,然后将小球无初速度的释放,如图3所示,小球运动的最低点为B,那么,从A到B的过程中,小球所受重力的瞬时功率如何变化?何处取得最大值?
  对于这个问题,学生从A、B两点进行分析,从重力的瞬时功率 角度进行定性分析,学生很容易得到A、B两点的竖直方向速度为零,继而得到从A到B的过程中重力的瞬时功率先增大后减少的变化规律.但是要说出深层次的原因或要找到最大值所在处,则离不开数学的推理.
  解析 如图3所示,设C位置重力的功率最大,此时绳子与竖直方向成θ角.根据重力的瞬时功率P=mgvy,得到P=mgvsinθ,从A到C,运用动能定理得mgLcosθ=12mv2,再结合P=mgvsinθ可得P=mg2gLcosθsn2θ.当这个表达式得到后,学生会突然发现这是数学中的三角函数极值问题,很自然地将数学方法迁移进来.怎么办呢?“cosθsin2θ”的极值怎么求呢?
  cosθsin2θ=12(2cos2θsin4θ),
  进一步转化可以得到
  cosθsin2θ=12(2cos2θsin4θ)
  =12(2cos2θsin2θsin2θ,
  三个数乘积求极值,三个数相加呢?
  2cos2θ sin2θ sin2θ=2,
  由此可得当2cos2θ=sin2θ,
  即cosθ=33时,重力的功率存在最大值.
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