数学知识和物理知识之间有十分密切的联系,二者相互影响,不容忽视。在高中阶段的物理学习中,学生所具备的数学思想方法和计算能力,都是应对和解决物理问题的重要支撑性工具,其不但提供物理概念和规律的精准表达形式、推理工具,同时还提供了数量分析以及计算的方法,可以认为,物理课堂是不能和数学相互剥离的。
一、数学思维和数学方法助于深化物理印象
物理课堂教学当中,数学知识具体应用集中在建构模型和运算上,融入数学运算过程,得以令学生对于数据知识有更高的敏感度,提升数学知识和物理知识的深度理解能力,同时,借助数学思维和数学方法来处理物理知识当中出现的一些问题。
以“立体几何图形”相关知识为例,立体几何中提及的多维空间概念(即X、Y、Z轴的相关阐述),在物理知识中就有应用,如“物体受力和几何图形相关(合力分力于X和Y轴)”,掌握数学相关知识,在这一知识点的理解上,能够引导学生创新思维的发展,促进其逻辑思维的敏感度提高,有助于更好地完成物理学习。因此可以认为,数学思维对于物理问题的处理有推进作用。
二、数学知识能够为物理问题解决提供方法
(一)概念理解,界定问题
高考当中,有较多题目为定性研究或是半定量估计,利用定性和定量研究综合方式,能够提升学生理解问题的效果,引导学生合理地界定问题。具体来说,在应对高中阶段物理学科的实际问题的时候,可以先检测、衡量标准量,针对中间环节加以推导,使用字母符号代表标量,一直到最终获得需求的量关系表达式;之后代入实际数据和信息,这种计算的方式能够节省大量的时间和精力,在较大程度上规避错误生成风险。
例如说,使用“谐振圆”的相关知识,即“质点在平面上进行匀速圆周运动的过程当中,其投影点运动为简谐运动,圆形也被称作是谐振圆”,常规高中教学的过程当中,除了需要指导学生理解和掌握物理现象、记忆物理科学研究方法,还需要加强相关训练,令学生能够将物理和数学知识综合起来,判断和解释现实生活现象。
(二)图文结合,分解难题
因为数学思维在当前的教学背景下,逐渐被学生们使用和认可,学生利用自己比较熟悉的知识点去摸索和掌握另一门课程的知识点,能够较好地提升学习课程知识点的热情和主动性。在小学、初中阶段,学生就学习过了数学知识中的函数公式、几何图形,它们都可以转移到物理学科的学习中。不同学科之间的互动性和融合性是客观存在的,数学和物理学科之间有十分密切的联系,二者的共通性和互换性同时存在。在教学的过程当中,物理教师需要注意,二者之间的关联性可以借助图文结合的形式表现出来,有助于降低物理题目的难度,有效提升学生的解题效率。
高中阶段涉及到的力学知识和相关问题当中,经常会有“三力平衡”的知识点,常规应对方式是借助力的合成和分解来完成,不过往往较为复杂,对学生的基础能力有较高的要求。针对这一问题,可以尝试借助数学知识中“相似三角形”的图形结合思维,简化问题,提升解题效率。
如:参考下图,一个细杆(不考虑其自身重量)OA,围绕O点进行旋转,与之垂直的OB顶端设计一个理想定滑轮。A点处悬挂重力G的物体,并将拴在A段的绳子绕过B点定滑轮,施加F力。在OA在OB重合点处顺时针放下的时候,从0度逐渐变成180度期间,可以认为正确的为( )。
A:拉力F逐渐变大,但小于或等于2G;
B:杆OA承受压力始终是G;
C:拉力F增大,之后逐渐减小;
D:杆OA承受压力减小,之后逐渐增大。
从题干可以了解到OA在A端上有受力,分析可以获得下图的参考图。结合数学几何知识,可以发现,三角形OAB和力之间的矢量三角形为相似,结合相似三角形的相关性质,我们可以获得下列计算过程:
解后可得:
由于OA放下期间,AB长度不断变长,拉力F自然就不断变大;同时,OA和OB长度均没有发生变化,因此答案是A和B正确的。总体来说,数学知识对于物理学习有十分关键的作用,最大的优势就是可以将复杂的分析过程简单化、直观化,相似三角形知识点作为数学中较为基础的一种,以图文结合的形式,为物理解题提供了便捷之路。
(三)灵活应用,应对问题
在数学学科的解题方法上,有较多种类可供选择,如换元法、归纳法、结合法等,都可以在解决物理习题、巩固物理知识的过程中予以综合性应用。在真正面对物理解题的需求的时候,学生可以结合实际情况,先思考使用什么方法来解题,也可以尝试在设置好对应物理量之后再选择数学方法,重点是如何将物理问题借助抽象思维方式转变成容易理解的形式。
比方说,猜想扭力弹簧承受对应的载荷以及抗拉力之后被拉成平行线,使用数学思维来答题,令解题过程当中的物理知识更加简单易懂;在回答物理题目的过程中,学生对于公式和物理问题将会有更深层次的理解和记忆。再比如,物理学当中结构力学相关知识涵盖了若干作用力的形式,老师可以引导学生结合数学知识当中的“正三棱锥”几何体展示力和力之间的关系。数学知识的灵活应用,能够帮助学生理解物理定律,假如能够促进二者良好融合,注意区分二者差异,势必能够同步提升两个学科的解题效率,发展学生的发散性思维。
结语:
综上,在高中物理课堂教学的过程当中,老师想要真正做到高效、高质量的教学,是不能和数学知识相互剥离开来的,为了能够起到最理想的教学效果,老师和学生都需要有意识地将物理知识和数学知识融合起来,这也是2022新课标当中所要求的“跨学科”学习能力,对学生的成长发展有极强的推进作用。
参考文献:
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