试论数学思维和方法在初中物理教学中的应用

(整期优先)网络出版时间:2021-01-15
/ 2

试论数学思维和方法在初中物理教学中的应用

汪永红 左丽

黑龙江省哈尔滨市阿城区小岭一中, 黑龙江 哈尔滨 150323

摘要:数学是开展物理探究活动的重要思想与关键手段。在物理解题过程中,涉及很多思路和方法都与数学知识有关联。因此本文结合初中物理教学案例,探讨数学思维和方法在物理探究活动中的实际应用。

关键词:初中物理; 数学思维; 数学方法; 解题能力

在物理学科领域,无论是语言描述还是问题处理,都离不开数学思维与方法为依托,其贯穿于概括物理概念、观察物理现象、运用物理公式、分析物理实验、总结物理规律等每一个环节。因此在初中物理教学中要引入数学思维和方法,启发学生的解题思路,化繁为简,提升学习效果。

一、数学思维和方法在初中物理教学中的实用价值分析

数学作为基础性的解题工具,同样在研究物理学方面发挥重要的作用。首先,借助数学知识、数学思维与数学方法,阐释物理现象、归纳物理概念、计算物理公式等等,既能化繁为简、化难为易,也能帮助学生理清思路,把握解题技巧。如功率、速度、密度等基本的物理名词,都能通过数字符号或者数字公式表示出来;其次,在物理推理或者抽象判断时,也能用到数学方法,找准数学思维与物理问题的契合点,总结如液体压强公式、阿基米德原理等规律性定律。再有,学习物理知识、开展物理实验、丰富物理实践等过程中,也能用到数学方法,帮助学生抓住物理概念、总结物理规律,理清解题思路。因此可以说,在物理教学中应用数学思维和方法的意义非凡,帮助学生打开学习思路,掌握解题技巧,潜移默化地提升学科核心素养。

二、数学思维和方法在初中物理教学中的具体应用策略

(一)数学逻辑思维在物理教学中的应用

中学生具有一定的动手操作能力,但总体来看逻辑思维能力欠佳,尤其对抽象的物理知识与物理公式,往往理解不到位。所以要将数学逻辑思维运用到物理教学过程,例如,学习“阿基米德原理”时,先从猜测浮力与排出液体体积、液体密度之间的关系着手,再导出阿基米德原理及相应公式:FgV,类似的电功率、压强等都能用到数学思维来思考物理问题。通过培养学生自主观察、分析与实验能力,并且结合数学思维与方法,逐一推理判断,即最终得出物理公式,这一过程中更加明晰物理量之间的关系,降低了学习的难度,也形成了良好的物理思维。

(二)数学比例法在物理教学中的应用

解决物理问题时,还会经常用到的数学方法就是比例法,基于不同物理量之间的比例关系,解决物理的重难点问题。在物理教学中用到数学比例法时,一般需要梳理不同物理公式之间表明的数量关系,确定公式中不同“量”的意义与作用;同样解题时,也要用到比例法建立已知数量和未知数量的关系,再根据物理原理及性质算出未知量。例如,计算物理属性或者物理的运动特征时,就会用到比例法;还有一些物理问题中应用比例法,也能得出物理量的比例关系,则问题迎刃而解。因此可以说,应用比例法解决物理问题,既能理清思路、简化计算,也能补充条件不足情况下的解题思路。

(三)数形结合思想在物理教学中的应用

数形结合是解决数学问题的最基本思想之一,同样在物理课程中也很适用。物理本身具有较强的抽象性特征,透过事物的表面现象深挖内涵本质,但与此同时外界的影响与干扰也不可小觑,基于数形结合理念则能理性地阐述这一现象。总结数学数形结合思想的基本特点表现为:一方面,以图像的方式直观呈现物理特征,表达抽象的物理内容;另一方面,讨论相关对象的过程中,也能运用数形结合思想将物理对象符号化,从抽象元素转为直观元素,再进一步计算。在物理教学中融入数形结合思想,有利于学生理解物理知识,提升逻辑思维与发散思维能力。

(四)数学方程法在物理教学中的应用

从物理知识向数学知识过渡,还可运用方程法进行演算。例如,一辆汽车以10m/s的速度在公路上行驶,前方有一座山,假设声音传播速度为340m/s,当司机鸣笛之后约2s时间听到回声,求汽车鸣笛时距离前方的山有多远?解题时用到方程式,假设汽车鸣笛时距离前方的山有x米远,且行驶速度为10m/s,那么听到回声2s之内汽车向前行驶20m,听到回声时汽车到山的距离就是(x-20)m,声音传播距离为[x+(x-20)]m,共计传播2s时间,则列出方程式:x+(x-20)=2×340,x=350m。解答物理问题时,需要用到多个变量,通过列方程的方法简化步骤,答题过程事半功倍。

(五)数学逆向思维在物理教学中的应用

将逆向思维用到物理研究活动中,主要有顺序反向、路径反向以及逻辑反向等多种形式,指导学生基于事物结果反向探究事物的起因与经过,依照“倒序”思考问题与解决问题,则问题迎刃而解。实际上,运用逆向思维的最大特征就是打破常规思路,灵活多变地看待问题、分析问题,得出简便的解题策略。例如,物体在满足“二力平衡条件”的同时保持平衡状态,那么逆向来看,也就是当物体保持平衡状态,证明其必然满足“二力平衡条件”。再如,根据“电能产生磁”的基本条件,逆向思考可知“磁能产生电”,而“光路射入水中”,则同时验证“光能从水中射出”,这些都是逆向思维的重要体现。

总之,面对一些抽象且复杂的物理问题,学生容易陷入思维困境,对此要引导他们适时导入数学知识,基于数学思维和方法理清解题思路,找到解决问题调动“捷径”,如此也能突出物理教学的“理”性特征,为今后更深入地研究物理问题、培养良好物理核心素养打好根基。

参考文献:

[1]吴萍娥.运用数学知识解决初中物理问题教学探索[J].中学课程辅导(教学研究),2020,14(23):151.

[2]施慧.谈初中物理与数学的有效整合[J].中学生数理化(教与学),2020,(5):67.