高中物理跨學(xué)科思維的應(yīng)用

李 娟

(江蘇省興化市楚水實(shí)驗(yàn)學(xué)校 225700)

學(xué)生學(xué)習(xí)過程中面對(duì)各個(gè)學(xué)科的劃分，應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到一點(diǎn)，那就是知識(shí)本來沒有界限，學(xué)科內(nèi)容的分類，只是為了便于系統(tǒng)梳理與規(guī)范總結(jié)，為此，為了實(shí)現(xiàn)高中物理學(xué)科的有效學(xué)習(xí)，學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下把其他學(xué)科的知識(shí)、技能拿來應(yīng)用.對(duì)于高中物理教師來講，特別需要注意數(shù)學(xué)學(xué)科研究探索物質(zhì)數(shù)量和空間位置關(guān)系的價(jià)值，深化其與物理學(xué)科本身關(guān)聯(lián)的研究，從概念、思想、方法等多個(gè)角度給學(xué)生提供跨學(xué)科技巧應(yīng)用的指導(dǎo).

一、高中物理跨學(xué)科思維應(yīng)用目標(biāo)

一般認(rèn)為：跨學(xué)科教學(xué)的定義是基于某個(gè)特定學(xué)科的中心位置，在探索其中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，借助其他周邊學(xué)科的知識(shí)技能為輔助，通過多個(gè)學(xué)科交叉部分內(nèi)容的研究，加工并設(shè)計(jì)教學(xué)流程.高中物理跨學(xué)科思維應(yīng)用目標(biāo)，通常包括下述幾方面內(nèi)容，其一是突破原有的學(xué)科壁壘，把多學(xué)科理論與方法融為一體，其二是構(gòu)建形成以物理學(xué)科為中心的跨學(xué)科或者交叉學(xué)科群，其三是在教學(xué)過程之中，適時(shí)適度的引入其他學(xué)科的概念、思想和方法，事實(shí)證明，只有在這三方面目標(biāo)得到充分體現(xiàn)的情況下，跨學(xué)科多重資源的融合才能成為可能，最終服務(wù)于學(xué)生學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)的發(fā)展要求.

二、高中物理和數(shù)學(xué)學(xué)科交叉的知識(shí)媒介

當(dāng)我們?cè)谔接懜咧形锢砗蛿?shù)學(xué)學(xué)科交叉問題的時(shí)候，需要注意到，無論是從哪個(gè)方面提取出數(shù)學(xué)學(xué)科中的內(nèi)容，都要以適宜的知識(shí)作為媒介，如其不然，那么對(duì)于跨學(xué)科的理論研究與實(shí)踐研究都將成為無源之水、無根之木.為此，教師需要注意到，高中物理和數(shù)學(xué)有相當(dāng)多的跨學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，包括三角函數(shù)知識(shí)、圓的知識(shí)、矢量知識(shí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)、斜率知識(shí)等等，像在數(shù)學(xué)學(xué)科中，關(guān)于斜率的研究份量并不很重，可其在物理圖像中卻有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，包括位移時(shí)間圖像、速度時(shí)間圖像等等，而數(shù)學(xué)學(xué)科中的統(tǒng)計(jì)學(xué)內(nèi)容，則對(duì)于學(xué)生感受波粒二象性、氣體速率分布規(guī)律等具有較大幫助.總的說來，作為基本工具學(xué)科，數(shù)學(xué)學(xué)科的概念、思想、方法等都可以通過恰當(dāng)?shù)闹R(shí)媒介滲透到物理學(xué)習(xí)過程之中，給學(xué)生的物理概念理解、物理定律表達(dá)提供借鑒.

三、高中物理和數(shù)學(xué)跨學(xué)科思維的渠道

1.概念渠道

教師在給學(xué)生提供新的物理概念之際，可以先由數(shù)學(xué)學(xué)科中的類似概念角度著手，指導(dǎo)學(xué)生做出理性分析，這樣的做法可以讓學(xué)生在新物理概念面前不至于亂了陣腳，通過聯(lián)系數(shù)學(xué)知識(shí)的做法進(jìn)入到迅速理解與掌握的狀態(tài).舉例來講，數(shù)學(xué)學(xué)科中大小與方向并存的量叫做矢量，對(duì)矢量的運(yùn)算遵循了三角形法則.而反觀物理概念，力同時(shí)包括大小和方向兩個(gè)因素，且力的合成有平行四邊形原則相統(tǒng)攝.除此以外，長(zhǎng)度、溫度、時(shí)間、質(zhì)量等則只有大小、沒有方向，可以將它們稱之為標(biāo)量.如果學(xué)生能夠理解數(shù)學(xué)中的相關(guān)知識(shí)，對(duì)于物理學(xué)科中矢量和標(biāo)量的理解將變得比較順暢.

2.方法渠道

數(shù)學(xué)學(xué)科和物理學(xué)科具有彼此滲透的可能性，這一點(diǎn)沒有疑義，特別值得注意的是，相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)學(xué)方法，可以幫助處理具體的物理問題.對(duì)于高中階段的物理教學(xué)來講，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生形成跨學(xué)科思維，以數(shù)學(xué)方法助于物理問題的解決.舉例來講：一輛小汽車在完成剎車動(dòng)作之后，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直至停止，所用時(shí)間為5s，那么該汽車剎車過程中的前2s和后3s位移比是多少？對(duì)于該問題，可以將其視為勻加速直線運(yùn)動(dòng)的特殊形式(反向速度為零)，教師可要求學(xué)生從數(shù)學(xué)方法中提取出相應(yīng)的比例計(jì)算方法，便很容易得出結(jié)果.

3.思維渠道

在新課改不斷走向深入的背景下，以數(shù)學(xué)思想處理物理問題，成為學(xué)生需要掌握的重要跨學(xué)科能力之一，它將讓物理學(xué)習(xí)與解題的效率變得更高.為此，教師可幫助學(xué)生了解數(shù)學(xué)思想中的借鑒要點(diǎn)，逆向思維便是其中的典型例子，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生可以采取數(shù)學(xué)逆向思維，從反向角度探索問題，將末態(tài)向初態(tài)方向轉(zhuǎn)化，迅速理出頭緒，上面提到的汽車剎車過程中的前2s和后3s位移比問題，便可以利用逆向思維，得到與運(yùn)動(dòng)規(guī)律相統(tǒng)一的物理公式，保證處理過程的便捷性.再如在進(jìn)行力的分析時(shí)，獨(dú)立做出物體受力圖，以畫圖的形式探索兩個(gè)物理位移情況，正是圖像思維的直接應(yīng)用，原本抽象化的物理問題也因此變得形象化.

經(jīng)過系統(tǒng)總結(jié)，筆者認(rèn)為，在探討高中物理跨學(xué)科思維的應(yīng)用問題時(shí)，數(shù)學(xué)學(xué)科中可供應(yīng)用的思想主要包括下述幾方面常見內(nèi)容.首先是極限思維，也就是以極限思維對(duì)問題進(jìn)行分析和處理的一種數(shù)學(xué)方法，在物理學(xué)科中，極限思維的應(yīng)用范圍極廣，比如以極限思維對(duì)瞬時(shí)速度進(jìn)行求解等；其次是函數(shù)思維，也就是將問題中的物理量間的關(guān)系向函數(shù)方向轉(zhuǎn)化，接下來再借助函數(shù)性質(zhì)和函數(shù)圖像等知識(shí)對(duì)物理之中的對(duì)應(yīng)問題進(jìn)行求解，在物理學(xué)科中，對(duì)極值問題、位置坐標(biāo)問題，以及帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題等，均可以發(fā)揮出函數(shù)思維的作用；第三是數(shù)形結(jié)合思維，在物理學(xué)科，數(shù)形結(jié)合同樣有廣泛的應(yīng)用前景，這一思維模式本質(zhì)上講是轉(zhuǎn)化抽象物理語言為形象數(shù)學(xué)語言，以直觀圖形的形式激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知潛能，比如當(dāng)探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用繪制速度和時(shí)間圖象的方式，便可以非常便捷地處理問題；第四是微元思維，該思維形式能夠讓復(fù)雜物理過程得到簡(jiǎn)化，幫助學(xué)生以其熟知的規(guī)律對(duì)問題加以迅速處理，比如在進(jìn)行重力推導(dǎo)、電場(chǎng)力做功等問題時(shí)，該思維可起到較大作用.

高中生理解和掌握物理知識(shí)，離不開其他學(xué)科，特別是數(shù)學(xué)學(xué)科的幫助，與此同時(shí)，高考題目的設(shè)置同樣遵循著以物理問題為平臺(tái)考察學(xué)生學(xué)科綜合應(yīng)用能力的原則，從這個(gè)角度上說，學(xué)生只有充分利用好數(shù)學(xué)這一工具，靈活應(yīng)用數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)方法，才能使原本較為復(fù)雜的物理問題得到順利解決，而教師在此過程中所起到的作用則是適時(shí)的提示和指導(dǎo)，以此保證課堂教學(xué)效率的優(yōu)化.