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高中物理教學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合論文
一、高中物理與數(shù)學(xué)的關(guān)系
1、是物理的前提
數(shù)學(xué)可以分為兩類：純粹數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)，其中與高中物理緊密相連的大部分都是應(yīng)用數(shù)學(xué)。應(yīng)用數(shù)學(xué)主要體現(xiàn)的是對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象、分析、解決的能力和較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。而物理是物質(zhì)世界的實(shí)驗(yàn)手段和思維方式，實(shí)驗(yàn)是具體的，思維是抽象的，思維的實(shí)現(xiàn)需要用具體的實(shí)驗(yàn)手段和應(yīng)用手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些都是數(shù)學(xué)所具備的，因此數(shù)學(xué)是物理理論研究成為實(shí)現(xiàn)的前提。
2、是物理的研究手段
物理中有各種公式，比如胡克公式：F=kx，如果我們只將這個(gè)公式表述為彈簧的拉力與彈簧的伸長(zhǎng)量有一定的關(guān)系，而不是總結(jié)出這個(gè)公式，那么變換一個(gè)彈簧我們就需要重新研究這個(gè)彈簧中的這兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。如果通過(guò)數(shù)學(xué)手段，先對(duì)某一彈簧的彈簧系數(shù)，彈簧的伸長(zhǎng)量以及彈簧的彈力之間的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，以表格的形式列舉數(shù)來(lái)，然后進(jìn)行計(jì)算，總結(jié)出他們?nèi)咧g的定量關(guān)系，然后就能總結(jié)出彈簧系數(shù)是一個(gè)定值，也即是每個(gè)彈簧都有一個(gè)彈簧系數(shù)k。這個(gè)簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)過(guò)程就體現(xiàn)了數(shù)學(xué)是物理的研究手段。
二、方法在物理教學(xué)中的重要性
1、理論中的數(shù)學(xué)化思想
高中物理中研究的自由落體中各個(gè)變量之間的關(guān)系時(shí)伽利略通過(guò)斜塔實(shí)驗(yàn)得出的理論，這是科學(xué)家首次將數(shù)學(xué)思想與物理相結(jié)合，以科學(xué)的實(shí)驗(yàn)為前提，以邏輯實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中得出的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)化總結(jié)，最終得出自由落體的運(yùn)算法則。還比如開(kāi)普勒的三定律，是開(kāi)普勒通過(guò)地球的軌跡以及周圍各天體的運(yùn)動(dòng)軌跡，開(kāi)創(chuàng)了三角測(cè)量方法。如果在物理研究中確實(shí)數(shù)學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，就會(huì)對(duì)物理理論的研究產(chǎn)生局限性。比如，法拉第在研究電磁場(chǎng)時(shí)，由于數(shù)學(xué)知識(shí)的局限性，雖然提出了“場(chǎng)”的概念，但無(wú)法對(duì)這一概念用數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行具體的描述。高中物理中的大部分理論：自由落體運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)定律，引力定律以及慣性定律等理論都是將運(yùn)動(dòng)中的各動(dòng)量之間的聯(lián)系數(shù)學(xué)化而得到的結(jié)論。因此，我們可以知道，數(shù)學(xué)方法對(duì)于物理教學(xué)學(xué)習(xí)有著相當(dāng)重要的作用。
2、數(shù)學(xué)公式更加具體化
在物理理論推導(dǎo)的過(guò)程中，往往函數(shù)，數(shù)列等數(shù)學(xué)知識(shí)經(jīng)常應(yīng)用在其中，這是由于數(shù)學(xué)公式比起語(yǔ)言敘述更加具體化。比如物體在自由落體實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論中，我們可以將這一理論總結(jié)為，物理在自由落體的過(guò)程中的速度是隨著時(shí)間成倍變化的，這一定量的倍數(shù)就是重力加速度g，如果用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的話就可以直接表示成：v=gt也即是時(shí)間與速度是成正比的。這一公式要比上面的語(yǔ)言描述更加直接，具體，形象。還比如在自由落體中的位移公式的推理，我們可以將這一變化描述為，位移的變化量與時(shí)間的平方成正比，用數(shù)學(xué)公式表示出來(lái)就是：h=1/2gt^2。這些物理推導(dǎo)公式中體現(xiàn)的數(shù)學(xué)公式正是說(shuō)明了數(shù)學(xué)在物理學(xué)習(xí)中的重要性。
三、高中物理教學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合
1、遷移
知識(shí)遷移能力是學(xué)生在兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的學(xué)科之間將知識(shí)進(jìn)行遷移的能力，能進(jìn)行知識(shí)遷移的學(xué)科一定是有關(guān)聯(lián)的。比如：物理與數(shù)學(xué)結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)有：數(shù)學(xué)中的向量對(duì)于物理中的矢量（力，速度，加速度，位移，沖量，動(dòng)量，電場(chǎng)強(qiáng)度等）。由于物理中的矢量遵循平行四邊形法則，即數(shù)學(xué)向量運(yùn)算。舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子：已知某物體的初動(dòng)量為P1=3kgm/s,末動(dòng)量為P2=4kgm/s,方向豎直向上，該物體的動(dòng)量變化就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)中的作圖求解和代數(shù)運(yùn)算。做出一個(gè)圖形，豎直向上的動(dòng)量標(biāo)為P2，橫向向右的方向標(biāo)為P1，由于是矢量，因此不必標(biāo)出矢量的長(zhǎng)度，然后根據(jù)方向?qū)⑵溲a(bǔ)成平行四邊形，連接對(duì)角線，根據(jù)已給出的數(shù)據(jù)，求出對(duì)角線對(duì)于的動(dòng)量變化量。這一知識(shí)點(diǎn)就是講物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)中的作圖求解問(wèn)題，即知識(shí)遷移。
2、推理能力
推理能力是理科學(xué)生應(yīng)該具備的一項(xiàng)能力。用數(shù)學(xué)方法解決問(wèn)題主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是從物理問(wèn)題的抽象，分析過(guò)程提煉成數(shù)學(xué)中的應(yīng)用問(wèn)題；二是運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算方法迅速準(zhǔn)確的計(jì)算出物理中量的問(wèn)題。下面舉例說(shuō)明運(yùn)動(dòng)推理能力，將物理抽象問(wèn)題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)計(jì)算題：將一個(gè)原來(lái)不帶電的導(dǎo)體小球與一帶電量為Q的導(dǎo)體大球接觸，分開(kāi)后，小球獲得電量q，之后讓小球反復(fù)與大球接觸，每次分開(kāi)后，給大球補(bǔ)充電量，使其恢復(fù)到原來(lái)的電量值Q，求小球可能獲得的最大電量。四、總結(jié)高中物理作為一門基本的理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，研究方法的多樣性是其特點(diǎn)，但在物理理論和公式推導(dǎo)的過(guò)程中，數(shù)學(xué)學(xué)科所發(fā)揮的作用是不容忽視的。在物理教學(xué)中數(shù)學(xué)方法是解決的物理中抽象問(wèn)題，這些問(wèn)題通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，解決，從而得出最終的結(jié)論。因此，高中物理教學(xué)中數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)也是一大重要的教學(xué)任務(wù)。
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