黃多智

摘?要：圖像可以展示物理情境，表達物理概念之間的關(guān)系，體現(xiàn)蘊含于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、相互作用和運動之中的規(guī)律.圖像簡單直觀信息量大，具有文字、符號不可替代的優(yōu)點.不論是教材還是試卷當中都占有極大的分量，因此提高學生的讀圖能力是物理課堂教學的重要任務(wù)之一.

關(guān)鍵詞：圖像;讀圖能力;核心素養(yǎng)

物理語言包括可以相互轉(zhuǎn)化和補充的文字語言、符號語言和圖像語言三種形式.其中的圖像語言又可以分為展示物理現(xiàn)象類、表達物理概念關(guān)系類、反映物理規(guī)律類和體現(xiàn)物理方法類等.這里主要就基于直角坐標系表達物理概念關(guān)系類的函數(shù)圖像，探討學生讀圖能力的培養(yǎng)策略.據(jù)統(tǒng)計，在2019年的高考中，全國卷Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的物理試題中這類圖像一共有30幅.散見于選擇題、實驗探究題、計算題和選修模塊中.可以說出現(xiàn)頻次高，分布范圍廣，考查方式靈活.一般而言是試題命制者將圖像呈現(xiàn)給讀者，但是在實驗探究題、計算題等，還可以讓讀者根據(jù)命題者的要求去描繪.有利于對學生進行概括論證、關(guān)聯(lián)整合、分析解釋、推論預(yù)測、綜合應(yīng)用、直覺聯(lián)想、遷移與質(zhì)疑和建構(gòu)新模型等物理學科能力的全方位考查，屬于考查的重點、難點，歷來受試題命制者青睞.

1?提取信息能力的培養(yǎng)

面對新圖像，在接收并記憶了各類外界信息后，根據(jù)科學的思維圖式，按物理屬性對同質(zhì)的事物和過程將這些信息進行抽象概括，排除干擾信息的影響，從中提取有效信息是學生讀圖的基本能力.

例1?（2019.Ⅰ.21）在星球M上將一輕彈簧豎直固定在水平桌面上，把物體P輕放在彈簧上端，P由靜止向下運動，物體的加速度a與彈簧的壓縮量x間的關(guān)系如圖中實線所示.在另一星球N上用完全相同的彈簧，改用物體Q完成同樣的過程，其a-x關(guān)系如圖中虛線所示，假設(shè)兩星球均為質(zhì)量均勻分布的球體.已知星球M的半徑是星球N的3倍，則（?）

A.M與N的密度相等

B.Q的質(zhì)量是P的3倍

C.Q下落過程中的最大動能是P的4倍

D.Q下落過程中彈簧的最大壓縮量是P的4倍

M星球（實線）a1=3a0x1=0此時物體P還沒有壓縮彈簧，只是剛剛放上去，則該星球M上自由落體加速度g1=3a0

a=0x1=x0“重力”與彈力相互平衡，即3m1a0=kx0

N星球（虛線）a2=a0x2=0此時物體Q還沒有壓縮彈簧，只是剛剛放上去，則該星球N上自由落體加速度g2=a0

a2=0x2=2x0“重力”與彈力相互平衡，即m2a0=2kx0

表1縱坐標和橫坐標的信息是從圖像中直接提取出來的有效信息.“說明”則是經(jīng)過概括和邏輯推理之后獲取的新知識.通過對比分析，物體P在兩個星球M和N上的自由落體加速度一目了然.結(jié)合列出的二力平衡方程，運用萬有引力定律的規(guī)律及解題方法，即可得解.

從圖像中提取信息主要關(guān)注以下三個方面：

（1）從圖中提取有關(guān)物理量的大小、方向、變化趨勢等信息.

（2）從圖中提取斜率意義、交點意義、所在象限的意義等.

（3）重視形象思維的動態(tài)性.讀圖屬于形象思維，圖像是靜態(tài)的，但是它反映的物理表象卻可以是動態(tài)的.

2?信息加工能力的培養(yǎng)

提取到有效的信息后，要能夠調(diào)用相應(yīng)的物理概念、模型和規(guī)律對其進行分析，從而為物理現(xiàn)象構(gòu)建合理解釋，并通過學科推理對觀點進行論證，以及預(yù)測未知的物理過程或結(jié)果.即具備對信息進行加工的能力，這是學生讀圖的關(guān)鍵能力.

例2?（2019.Ⅱ.19）如圖（a），在跳臺滑雪比賽中，運動員在空中滑翔時身體的姿態(tài)會影響其下落的速度和滑翔的距離.某運動員先后兩次從同一跳臺起跳，每次都從離開跳臺開始計時，用v表示他在豎直

方向的速度，其v-t圖像如圖（b）所示，t1和t2是他落在傾斜雪道上的時刻.則（?）

A.第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的小

B.第二次滑翔過程中在水平方向上的位移比第一次的大

C.第二次滑翔過程中在豎直方向上的平均加速度比第一次的大

D.豎直方向速度大小為v1時，第二次滑翔在豎直方向上所受阻力比第一次的大

第二次跳由圖可知豎直方向上的速度是隨著時間逐漸增加的，但是斜率越來越小，說明在豎直方向上是做加速度逐漸減小的加速運動.可見運動員所受阻力不能夠忽略，則水平方向做的是減速運動.兩次均不是平拋運動

結(jié)合情境圖可知每一次跳水平方向的位移跟豎直方向上的位移之比都是恒定的.即兩次的位移方向相同

落地時t1，v1>v2

落地時t2>t1，v2在落地前二者速度大小相等時，第一次的時間小于第二次的時間，因此第一次的平均加速度大于第二次的平均加速度.用時間相等時兩次速度的大小關(guān)系也可以判斷加速度的關(guān)系.再結(jié)合牛頓第二定律即可得阻力的關(guān)系.由v-t圖像可知第二次圖像面積大于第一次的面積.根據(jù)v-t圖像面積表示物體的位移，則在豎直方向上第二次的位移大于第一次的位移.由于位移方向相同，則第二次水平方向的位移也大于第一次

按照事件發(fā)生的先后順序列表，思路清晰，信息完整不易遺漏.同時也有利于學生將提取的信息一一與大腦中的概念、規(guī)律和方法對應(yīng)，從而對問題做出判斷.該題根據(jù)圖像速度v變化的特點，消除了運動員做平拋運動的錯誤認識，促使學生進一步依據(jù)斜率思考加速度的變化規(guī)律.運用類比，跟勻變速直線運動的知識對比起來，設(shè)定速度相等或者時間相等，能夠得到兩次加速度的關(guān)系.比對面積的大小即得到豎直方向的位移關(guān)系.

信息加工需要注意以下幾個方面：

（1）思考從圖中提取的物理量之間有何函數(shù)關(guān)系，并列出來.

（2）思考從圖中提取的物理量與未知量的最直接的關(guān)系，并列出來.

（3）將提取的信息轉(zhuǎn)換為物理情境，注意形象思維的動態(tài)性和創(chuàng)造性結(jié)合.

（4）將提取的信息與大腦中的概念、規(guī)律和方法進行對比分析，對呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象進行解釋和判斷.

3?信息運用能力的培養(yǎng)

信息的運用除了用于解決當前的物理問題外，很多時候還要對提取的信息以及新生成的信息進行反思以加深理解，在大腦中形成新的知識組塊，將來面對新的較復(fù)雜的情境時能夠及時調(diào)用，甚至發(fā)現(xiàn)新的知識和方法.

例3?（2019.Ⅱ.21）如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)軌電阻忽略不計.虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場.將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.已知PQ進入磁場開始計時，到MN離開磁場區(qū)域為止，流過PQ的電流隨時間變化的圖像可能正確的是（?）

概析?本題并不知道PQ、MN兩根導(dǎo)體棒開始運動時間隔的時間是多少，距離磁場區(qū)域多遠，磁感應(yīng)強度多大，導(dǎo)軌與地面的夾角多大等具體的數(shù)值，因此不好確定導(dǎo)體棒的運動狀態(tài)，也不好確定感應(yīng)電流的大小等.這樣的問題，一般要從答案分析入手.

選項圖像特點物理本質(zhì)

A兩個時間段內(nèi)電流強度大小相等方向相反且恒定，中間有一段時間沒有感應(yīng)電流感應(yīng)電流恒定一段時間說明導(dǎo)體棒PQ進入磁場后做勻速直線運動;中間有一段時間沒有感應(yīng)電流說明這段時間磁通量沒有發(fā)生變化，即PQ已經(jīng)離開磁場，而MN還沒有進入磁場;兩個時間段內(nèi)電流強度大小相等方向相反說明是兩根導(dǎo)體棒分別在磁場中運動時產(chǎn)生的感應(yīng)電流.A正確B錯誤

B后段時間電流小于前段時間電流導(dǎo)體棒PQ和MN都是從同一位置由靜止開始滑下，所以進入磁場的速度相等，感應(yīng)電流強度也應(yīng)該相等.故該選項錯誤

C兩個時間段內(nèi)電流強度方向相反大小不相等但恒定，前面電流強度小于后面，中間有一段時間沒有感應(yīng)電流感應(yīng)電流恒定一段時間說明導(dǎo)體棒PQ進入磁場后做勻速直線運動;中間有一段時間沒有感應(yīng)電流說明這段時間磁通量沒有發(fā)生變化，即兩根導(dǎo)體棒都在磁場中做勻加速直線運動;后段時間電流大于前段時間電流說明PQ離開磁場后，MN在磁場中運動的速度大于進入磁場是的速度.C正確D錯誤

D電流關(guān)系與C相反由于PQ和MN都在磁場中時是勻加速直線運動，速度逐漸增大，因此MN離開磁場時的感應(yīng)電流要大于PQ進入磁場時

由AB、CD兩組圖像的分析可以得到兩根導(dǎo)體棒的運動可能情境.PQ進入磁場時合力為零加速度為零做勻速直線運動，產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流.PQ離開磁場一段時間后MN才進入磁場，運動情況同PQ.另一種情況是PQ尚未離開磁場，MN即進入磁場.MN進入磁場時刻起兩根導(dǎo)體棒一起做勻加速直線運動.還有沒有其他的可能呢？做試題解析時可以讓學生進一步探討以加深對該題呈現(xiàn)的物理情境和反映的規(guī)律的理解.

該題若設(shè)定具體的量導(dǎo)體棒釋放的時間間隔，釋放時距離磁場的高度，磁場的磁感應(yīng)強度，導(dǎo)軌與水平面的夾角、導(dǎo)體棒的電阻等數(shù)值，可以算出導(dǎo)體棒進入磁場時的速度大小，感應(yīng)電動勢的大小，電流強度的大小，流過導(dǎo)體棒的電荷量，電路產(chǎn)生的熱量等等.這些問題需要老師作進一步的研究和引導(dǎo).對于相同相似的物理情境反復(fù)運用，可以使得學生能夠熟練掌握這類問題的解決思路和過程，并能夠用于新的情境和新的問題.

4?啟示

（1）通過新舊教材的對比，以及近幾年高考命題趨勢看，形象思維能力的學習和考查是難點和重點，在日常的教學過程中務(wù)必引起高度重視.因為它是實現(xiàn)發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要途徑，也是學生核心素養(yǎng)發(fā)展的重要指標.

（2）對于圖像問題，由于信息量大，識記區(qū)分難度相應(yīng)增加，因此在解決這類問題時建議開列清單，不至于遺忘、遺漏和混淆.

（3）在日常教學過程中要盡可能讓學生獨立思考，然后通過交流分享，最后教師再評析，使學生的思維得到真正的鍛煉.教師可以圍繞讀圖這一主題設(shè)計一定的教與學活動，使學生在真實的環(huán)境中得到真實體驗，通過反復(fù)練習提升學生的讀圖能力.

參考文獻：

[1]郭玉英，姚建欣，張玉峰等.基于學生核心素養(yǎng)的物理學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2]閻金鐸.物理學習論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.