高中物理图像问题思维错误及对策探讨

1、高中物理图像问题思维错误及对策探讨摘要:在物理学中，物理图像是表征物理过程和物理规律的一个关键方法，其能够直接反映两个物理量之间变化的函数关系，将繁琐的文本描述变得更加直观。本文从高中生角度出发，剖析高中生在处理物理图像过程中存在的思维错误，在分析的基础上提出相应的教学改进策略。 关键词:物理图像；思维错误；教学策略 物理图像是重要的表征方法，形象展示了物理过程和物理规律，同时图像法也是解决一些物理问题的重要手段。图像问题能很好地考查学生的基础知识与能力，在高考物理中，图像问题一直是热门考点。针对物理图像问题的教学研究是教育者一直关注的重点。郑其丰在基于学情分析的教学改进以物理图像问题的复习为

2、例中，运用solo理论区别了学生在学习物理图像问题时存在的认识差异，并对图像问题的复习教学提出一系列的改进建议1。潘晓宇在高中物理图像学习的主要思维障碍及对策中，着重分析高中生处理物理图像存在的主要思维障碍的类型及成因，并提出相应的对策2。结合前人的研究，本文对高中生解决物理图像问题的思维错误进行了总结分类，并提出相应的教学策略。 1解决物理图像问题的主要思维错误 在高中阶段，学生对于物理图像的认识是一个循序渐进的过程，从对基本的图形认识，到对图像中各要素的物理意义的挖掘，最后将物理图像与相应的物理模型联结起来。高中物理反复涉及物理图像的斜率、截距、面积等图像要素，老师会解释强调其物理意义，学

3、生也有一定意识思考物理图像与物理规律的联系。但学生对图像的认知仍然停留在记忆阶段，对物理图像还不能进一步应用。当面对具体的物理图像问题时，学生往往没有正确的物理图像分析方法，常常出现以下几种典型错误：1.1形象淡漠导致图像中各要素的物理意义不明。在高中物理学习中，形象思维对加强学生对物理的认识起到了重要作用。在给定的物理情境下，物理图像是描述物理形象的一种重要形式、手段和工具。图像中包含点、线、面、斜率、截距等多个要素，将这些要素放在给定的物理情境中，它们就被赋予了不同的物理意义。形象淡漠导致学生难以将物理图像与物理过程联系起来，也就难以主动分析、挖掘图像中所隐含的信息。只从物理图像的单个要素

4、入手，无法把握物理图像的整体。1.2思维定势导致学习物理图像间的负迁移。思维定势是由先前的活动造成的一种对活动的特殊心理准备状态，或活动的倾向性。思维定势的积极作用在于，学习相似物理情境下的物理图像时，思维定势使学生能够应用已学过的分析方法迅速解决问题。但思维定势也存在消极作用，如果物理情境发生变化，思维定势往往会阻碍学生思考。因为当物理情境发生变化时，学生仍不自觉地将常用的分析方法应用到新的物理图像中，不能灵活转变分析的角度，不能发现物理图像与物理情境的联系，导致学生在接触新的物理图像的过程中产生了思维障碍。1.3思维的单向性导致解决图像问题思路。固化思维的单向性是线性思维的一大特点。线性思

5、维的积极作用在于，给予解决图像问题的一般思路，单向的思维方式也会导致解决图像的思维固化。尤其在一些物理情境的物理图像中，并不包含学生熟悉的物理量，而是不太常见的物理量的搭配，导致学生难以从物理图像着手挖掘信息，难以把握图像中物理量之间的变化关系。 2教学策略与片段设计 2.1物理量与图像中要素相联系。教师帮助学生理解物理量在物理图像中的呈现方式，在教学中引导学生从物理图像的轴、点、线、面积、斜率、截距等图像要素中挖掘其物理意义，进一步促进学生养成分析物理图像的习惯。教学片段：教师运用PTT展示所学-、-等高中物理较为常见的物理图像。问题1：从这些物理图像中我们可以获得哪些信息？教师通过整合物理

6、图像，从数学角度出发，与学生分析物理图像中包含的重要要素，引导学生从这些基本的图像要素中获取信息，引导学生掌握物理信息在图像中的呈现规律，使学生能从图像的轴、点、线、面积、斜率、截距等图像要素去分析图像，养成从多个角度看待物理图像的习惯。说明：本案例中的物理图像都是高中物理比较常见的物理图像，学生对其非常熟悉，通过这些典型物理图像的集中呈现和比较，学生进一步了解了物理图像中信息的呈现方式。教师强调物理图像中的截距、斜率、面积的重要性后，学生再面对图像时就会从图像的这些要素入手去获取信息。2.2紧抓物理图像背后的物理情境。物理图像只有建立在一定的物理情境之上，图像中的各要素才有物理意义。但一些相

7、似物理图像中的斜率、面积等要素的物理意义并不能直接类比运用。教学片段：问题1：图1中的1、2图是常见的运动图像，它们代表不同的运动，我们学习过从运动图像中挖掘更多信息，如加速度、位移等物理量。那么怎么得到A点的加速度？学生自主回答，教师总结。从1图中直线斜率代表加速度，到2图的A点对应切线斜率代表加速度。从直线到曲线转变，斜率的物理意义没有发生改变。问题2：3图是电学中小灯泡的伏安特性曲线，如何求得A点是电灯泡的电阻呢？教师运用类似的曲线图像，让学生进行思维迁移，学生会误认为A点的斜率倒数对应的是该点的电阻。这时教师指出学生的错误，造成思维冲突。教师与学生一起回顾欧姆定律的表达式，线性变化（为

8、定值电阻）时图像斜率可以表示电阻阻值。但问题中是小灯泡，电阻的大小时刻在发生改变，根据欧姆定律，导体电阻是电压除电流而并非切线斜率。说明：从简单的线性物理图像转变为非线性物理图像，回顾图像中斜率代表的物理意义。再将运动图像（x-t、v-t图像）与后学的电学图像（I-U图像）相比较，让学生认识到将线性图像的斜率套用到非线性图像中的错误典范。面对图像中包含相似的图形时，需要根据具体的物理情境与物理量的定义式来判断，在物理图像中找寻与未知物理量所对应的图像元素。2.3自主构建物理模型。一些物理图像的图形较为繁杂，同时坐标轴代表的物理量之间也没有直接的物理公式联结，会造成学生的思维闭塞，导致对题目无从

9、下手。教学片段：问题1：我们在学习过关于能量的知识后，能否画出能量与时间的关系图？看例题，题中动能与时间的关系图是哪个？从地面竖直向上运动抛出一只小球，小球运动一段时间后落回到地面。忽略空气阻力，在图2中选出该过程的小球的动能Ek与时间t的关系图像。教师与学生对物理图像进行分析。图像属于非线性的图像类型，动能Ek与时间t两物理量搭配构成的物理图像不常见。教师需要引导学生把解决问题的思路从物理图像移开，通过分析题目中所给的条件寻找相应的物理模型，属于运动学中的竖直上抛运动。由运动学公式与动能定理公式推导把两个物理量相联结，从动能Ek与时间t两物理量关系式出发分析它们的函数关系，定性给出对应物理图

10、像的特点，包括单调性、开口方向、转折点等，根据这些特点寻找相匹配的图像。说明：结合例题，教师引导学生总结解决不常见物理图像问题的核心抓住物理图像与物理公式的联系。从物理图像出发，寻找与之匹配的物理模型，通过物理公式联结图像坐标物理量，推导物理图像的函数表达式，再从表达式出发分析物理图像，找出对应的物理模型，运用数学方法描述物理图像的特性，解决这种类型的图像问题。 3总结 教师在进行物理图像教学时，不但要讲透各类物理图像的内涵与外延，更需要从学生的认知规律出发，分析学习物理图像的思维错误，以进一步改进教学。 参考文献 1郑其丰.基于学情分析的教学改进以物理图像问题的复习为例J.物理教师,2018,39(3):86-90. 2潘晓云.高中物理图像学习的主要思维障碍及对策J