孫慶成

[摘 要]培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，是深化課改、提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的需要，是改變當(dāng)前初中物理教學(xué)中數(shù)理不和諧現(xiàn)狀的需要。培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，可以有效提升學(xué)生的物理思維能力，進(jìn)而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]數(shù)理結(jié)合；物理；核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-6058（2018）17-0040-02

一、培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，是深化課改、提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的需要

《物理學(xué)科核心素養(yǎng)》（征求意見(jiàn)稿）指出： “科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)事物的方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)。“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出：“義務(wù)教育物理課程是一門注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。此階段的物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！币虼耍囵B(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，可以有效提升學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，有利于提升學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)品質(zhì)，提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

二、培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，是改變當(dāng)前初中物理教學(xué)中數(shù)理不和諧現(xiàn)狀的需要

1.初中物理教學(xué)中忽視學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)情，造成數(shù)理脫節(jié)，使學(xué)生學(xué)習(xí)困難

有的教師在日常物理教學(xué)中忽視學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)情，超出學(xué)生現(xiàn)有的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和能力，盲目選用所謂“中考題”“競(jìng)賽題”，人為造成學(xué)生學(xué)習(xí)困難。如，在學(xué)習(xí)蘇科版九年級(jí)上冊(cè)《杠桿》時(shí)，有教師在編制課后“杠桿動(dòng)態(tài)平衡”類練習(xí)時(shí)，將中考匯編中“拉力始終豎直向上”這種情況也選為練習(xí)題，而這類題需要用到數(shù)學(xué)中的“相似三角形”知識(shí)，這是數(shù)學(xué)九年級(jí)下冊(cè)的內(nèi)容，此時(shí)的學(xué)生尚未學(xué)到，因此學(xué)生無(wú)法求解。

2.初中物理教學(xué)中存在“數(shù)學(xué)化”誤區(qū)

由于中考物理中，計(jì)算類題占有較大的比重，所以在日常教學(xué)中，一些教師產(chǎn)生物理計(jì)算教學(xué)“數(shù)學(xué)化”的傾向，主要表現(xiàn)在：（1）忽視學(xué)生物理概念的形成和理解，忽視物理公式的定義和推導(dǎo)，忽視一些物理規(guī)律、公式的數(shù)學(xué)表達(dá)式中的物理含義，忽視物理中的“數(shù)學(xué)”和數(shù)學(xué)的差異，造成學(xué)生理解上的“數(shù)學(xué)化”。如有學(xué)生在學(xué)習(xí)“光的反射定律”時(shí)，認(rèn)為“反射角等于入射角”可以說(shuō)成“入射角等于反射角”；又如有學(xué)生在學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí)，根據(jù)“R=U/I”得到“電阻R與兩端的電壓U成正比，與電流I成反比”。（2）有教師在學(xué)生尚未看懂題目物理情景，也未完全理解物理含義之時(shí)，就急忙講解例題，讓學(xué)生練習(xí)運(yùn)用公式計(jì)算，把物理計(jì)算題變成數(shù)學(xué)計(jì)算題，缺少公式、單位不統(tǒng)一等，本末倒置。（3）在運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，忽視物理量的實(shí)際意義，造成結(jié)果不符合實(shí)際需要，如計(jì)算出“滑輪組最多能提升11.6塊磚”時(shí)按照數(shù)學(xué)“四舍五入”的方法，將結(jié)果寫成“滑輪組最多能提升12塊磚”，等等。

三、培養(yǎng)學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，可以有效提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

1.運(yùn)用“數(shù)理結(jié)合”思想，提升學(xué)生理解物理概念的能力

初中物理概念的形成往往需要借助生活情境或者物理實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用數(shù)學(xué)方法加以定義，如，學(xué)生在經(jīng)歷“探究物體的質(zhì)量與體積之間的關(guān)系”探究活動(dòng)后，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法得到“同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積比值是相同的，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值一般不同”，進(jìn)而得到“密度是物體質(zhì)量與體積的比值，是物質(zhì)的一種物理屬性”。

2.運(yùn)用“數(shù)理結(jié)合”思想，提升學(xué)生研究物理規(guī)律的能力

許多物理概念和規(guī)律都要以數(shù)學(xué)形式（公式或圖像）來(lái)科學(xué)準(zhǔn)確地表述，也只有利用了數(shù)學(xué)方法，才便于進(jìn)一步運(yùn)用它來(lái)分析、推理、論證，才能定性或定量地分析解決物理問(wèn)題。如，在探究“歐姆定律”時(shí)，學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)很容易得到“導(dǎo)體兩端電壓越大電流就越大，導(dǎo)體的電阻越大電流就越小”這一定性的結(jié)論，而要得到“歐姆定律”，就必須通過(guò)運(yùn)用控制變量法，作進(jìn)一步的探究，然后對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，畫出I-U和I-R圖像，進(jìn)而歸納得到“通過(guò)導(dǎo)體的電流與兩端電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比”。

物理學(xué)中常常運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)推導(dǎo)物理公式或從基本定義公式推導(dǎo)出其他關(guān)系式，如，在學(xué)習(xí)“機(jī)械效率”時(shí)除了要掌握定義公式η=W有用/W總，還需要學(xué)生掌握并熟練使用η=G物/nF，以及η=G物/（G物 + G動(dòng)）（不計(jì)繩重和摩擦） ，此時(shí)就要求教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo) ，學(xué)生只有會(huì)推導(dǎo)，才能真正理解和靈活運(yùn)用。

3. 運(yùn)用“數(shù)理結(jié)合”思想，提升學(xué)生分析、推理、解決物理問(wèn)題的能力

運(yùn)用“數(shù)理結(jié)合”思想解答實(shí)際物理問(wèn)題是物理概念和規(guī)律的具體應(yīng)用，從學(xué)習(xí)、理解物理知識(shí)到運(yùn)用物理思維分析、推理、解決物理問(wèn)題，這是學(xué)生物理核心素養(yǎng)一次質(zhì)的提升?，F(xiàn)在中考綜合解答題往往就是對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的一次書面考查，以2016年鎮(zhèn)江市中考物理最后一題為例。

題目：（2016·鎮(zhèn)江）張老師向同學(xué)們展示了一個(gè)具有高、低溫兩檔調(diào)節(jié)功能的自制電加熱器，并告知其內(nèi)部電路由電阻絲R1、R2和開關(guān)S1三個(gè)元件組成，兩根電阻絲允許通過(guò)的最大電流均為1A，R1=10 Ω。在不拆解加熱器的情況下，小軍用圖1電路對(duì)其進(jìn)行探究：他先閉合S2，電流表的示數(shù)為0.24 A；再閉合S1，電流表的示數(shù)變?yōu)?.84 A，所用電源電壓為6 V。

（1）電阻絲R2的阻值為 Ω；

（2）若電源電壓可調(diào)，閉合S1和S2后，為保證電路安全，求此電加熱器允許消耗的最大電功率；

（3）張老師指導(dǎo)小軍僅利用原有元件對(duì)該電加熱器的內(nèi)部電路進(jìn)行改裝，要求改裝后的電加熱器須同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件：

①具備高、低溫兩檔調(diào)節(jié)功能；

②在6 V電源電壓下，用高溫檔給0.1 kg的水加熱14 min，可使水溫升高7.2 ℃，設(shè)電加熱器消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。請(qǐng)?jiān)趫D2虛線框中畫出內(nèi)部改裝電路圖，并通過(guò)計(jì)算說(shuō)明。

過(guò)去的同類題中通常是告知電壓、電阻值和電路圖，然后求解不同檔位的電功率。這樣的題目比比皆是，教師、學(xué)生都習(xí)以為常，形成了思維定式——好像電熱器就只能這樣考。但這道題就反過(guò)來(lái)，告知電源電壓、電流值和一個(gè)電阻，要求推理出電路連接情況，與日常所見(jiàn)題目恰好相反，結(jié)果這道題的中考得分率很低。對(duì)這樣的綜合解答題，學(xué)生必須認(rèn)真審題，讀取其中的信息，加以辨析。本題的電路結(jié)構(gòu)不明，學(xué)生可以先進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行猜想和推理，論證自己的猜想并判斷是否正確，然后畫出電路圖，再次進(jìn)行檢驗(yàn)，從而確定答案；也可以先列舉出電路連接的所有可能情況，再根據(jù)已知條件計(jì)算，從而篩選出正確的電路。因此，這道題很好地考查了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了考查和選拔學(xué)生的意圖。

初中物理是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的起始階段，在初中物理教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)、研究物理離不開數(shù)學(xué)知識(shí)的輔助，而深入系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理更是“數(shù)理結(jié)合”的過(guò)程，而且初中生處于以感性認(rèn)識(shí)為主，理性認(rèn)識(shí)逐漸形成的思維發(fā)展階段，培養(yǎng)初中學(xué)生“數(shù)理結(jié)合”思想，有助于加快初中學(xué)生理性思維的形成，在認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的過(guò)程中更深刻地理解物理規(guī)律，提升學(xué)生運(yùn)用物理思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（責(zé)任編輯 易志毅）