楊小春　朱超穎

摘要：通過(guò)對(duì)常州市近三年初中物理學(xué)業(yè)水平的分析發(fā)現(xiàn)，圖像類(lèi)問(wèn)題占比較高，貫穿始終，但得分率不理想。加之物理課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生運(yùn)用物理圖像的能力提出了要求，以及物理圖像是解決物理問(wèn)題的重要方法之一，這些無(wú)疑更加凸顯了物理圖像類(lèi)問(wèn)題的重要性。盡管如此，卻難以繞開(kāi)物理圖像對(duì)學(xué)生素養(yǎng)能力要求高、物理意義難明確、考查方式多等難點(diǎn)。為此，教師在教學(xué)的過(guò)程中要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生重視物理圖像，不斷加強(qiáng)圖像與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，并且要深挖圖像中的物理意義，最終促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，提升關(guān)鍵能力，培育核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理圖像? 物理意義? 質(zhì)量監(jiān)測(cè)

一、初中物理圖像類(lèi)問(wèn)題的重要性

1.符合物理課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中在課程目標(biāo)部分提到學(xué)生需要“會(huì)用簡(jiǎn)單圖表等描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果”[1]?？梢?jiàn)學(xué)生需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將相關(guān)復(fù)雜的物理過(guò)程或物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)圖表的方式進(jìn)行表征。而這必須建立在學(xué)生理解相關(guān)圖表含義的基礎(chǔ)上，才能得以實(shí)現(xiàn)。因此，學(xué)生對(duì)于圖像、表格的理解與運(yùn)用就顯得尤為重要。并且其中物理實(shí)驗(yàn)表格主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中原始數(shù)據(jù)的直接記錄，更多地是起到收集數(shù)據(jù)的功能，對(duì)于初中生而言較為簡(jiǎn)單，也比較容易掌握。而物理圖像需要結(jié)合相關(guān)物理情境及函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)于初中生而言具有一定難度。不過(guò)物理圖像有利于將抽象的物理概念、物理規(guī)律形象化、具體化，便于學(xué)生進(jìn)一步的理解，并有助于培養(yǎng)和提升學(xué)生的形象思維、數(shù)形結(jié)合能力等，因而更加凸顯其重要性。

2.解決問(wèn)題的重要方法

物理圖像是表示兩個(gè)物理量或多個(gè)物理量之間相互關(guān)系的一種常用方法。應(yīng)用通常為以下兩類(lèi)：一是識(shí)圖解題，通過(guò)分析所給函數(shù)圖像解決物理問(wèn)題;二是構(gòu)圖解題，通過(guò)相關(guān)文字?jǐn)⑹龌驅(qū)嶒?yàn)結(jié)論畫(huà)出物理圖像，再借助物理圖像形象、直觀的優(yōu)勢(shì)分析并解決物理問(wèn)題。由于很多物理情境并非是某一時(shí)刻的或靜止的，所以僅僅通過(guò)文字或零散的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以呈現(xiàn)出相應(yīng)的物理狀態(tài)或變化的情況，不利于學(xué)生尋找物理量間的變化規(guī)律。因此，可借助物理圖像對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行表征，便于學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化情況，反應(yīng)物理量間的關(guān)系。結(jié)合物理情境并明確物理量間的關(guān)系后，不僅有利于直接解題、啟發(fā)解題思路、幫助學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律，而且能夠?yàn)閷W(xué)生后續(xù)階段的物理學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.把握?qǐng)D像類(lèi)問(wèn)題的規(guī)律

隨著物理學(xué)習(xí)的不斷深入，對(duì)于學(xué)生抽象思維能力的要求不斷提高。故在此背景下，如何幫助學(xué)生更加準(zhǔn)確直觀地描述、理解物理概念及規(guī)律等顯得尤為重要。因此，教材中很多實(shí)驗(yàn)會(huì)借助圖像幫助學(xué)生尋找物理規(guī)律，得出相應(yīng)結(jié)論，如：蘇科版第二章中“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出溫度隨時(shí)間變化的圖像，與單純的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，結(jié)合圖像能夠更加直觀得出沸騰前及沸騰時(shí)，水的溫度分別是如何變化的。除了在教材中圖像涉及到眾多章節(jié)中的物理實(shí)驗(yàn)外，在初中學(xué)業(yè)水平考試試題及其他眾多試題中，圖像類(lèi)問(wèn)題同樣貫穿整份試題。以常州市近三年初中學(xué)業(yè)水平考試物理試題為例，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，大部分試題與圖像息息相關(guān)，注重圖像等呈現(xiàn)方式，無(wú)疑顯現(xiàn)出物理圖像的重要性。

二、初中物理圖像類(lèi)問(wèn)題的教學(xué)難點(diǎn)

1.對(duì)學(xué)生能力素養(yǎng)要求高

物理圖像不僅是解決物理問(wèn)題的重要方法，而且對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)也是難點(diǎn)。其主要原因在于物理圖像類(lèi)問(wèn)題對(duì)于學(xué)生在數(shù)學(xué)知識(shí)、抽象思維、逆向思維等方面的要求較高。首先，很多物理圖像類(lèi)問(wèn)題需要結(jié)合函數(shù)圖像，在新課教學(xué)的過(guò)程中很多時(shí)候用到相關(guān)函數(shù)圖像時(shí)，學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)科中可能尚未學(xué)到，這無(wú)疑增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。其次，學(xué)生在應(yīng)用物理圖像解決問(wèn)題的主觀意識(shí)方面較為薄弱。在遇到問(wèn)題時(shí)，部分學(xué)生不愿動(dòng)筆，存在通過(guò)直接看一看題目就能得到答案的不切實(shí)際的想法;還有部分同學(xué)受數(shù)學(xué)學(xué)科的影響，習(xí)慣于使用解析式法進(jìn)行解題，不愿使用物理圖像解決問(wèn)題，但隨著物理與生活實(shí)際結(jié)合得越來(lái)越密切，學(xué)生在解決此類(lèi)問(wèn)題時(shí)會(huì)越來(lái)越吃力。最后，由于初中生正處于從形象思維向抽象思維過(guò)渡的階段，在將抽象的物理問(wèn)題、物理規(guī)律等轉(zhuǎn)化為圖像的過(guò)程中存在一定的困難，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)，學(xué)生才能更加準(zhǔn)確地構(gòu)建物理圖像，助力問(wèn)題的解決。

2.圖像物理意義明確難

物理圖像與圖像最重要的區(qū)別在于物理圖像中各要素均有其物理意義[2]。以函數(shù)類(lèi)物理圖像為例，在該類(lèi)物理圖像中需明確其坐標(biāo)軸、坐標(biāo)點(diǎn)以及圖線的斜率、截距、相關(guān)面積的物理意義才能幫助學(xué)生有效地解決物理問(wèn)題。

以一道涉及摩擦力、力與運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的填空題為例（圖1）：如圖甲所示，放在粗糙程度不變的水平地面上的物體，用方向不變的力F向右推物體，推力F的大小隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，物體的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖丙所示，則在t=1s時(shí)，物體受到的摩擦力______N;在t=3s時(shí)，物體受到的摩擦力為_(kāi)_____N。

學(xué)生遇到該類(lèi)題目時(shí)，正確率普遍不高，其主要原因在于想要順利做出此題需要同時(shí)結(jié)合兩個(gè)函數(shù)圖像。要想知道物體所受摩擦力大小，需要根據(jù)t=1s結(jié)合v-t圖像判斷此時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為相對(duì)地面靜止，從而判斷此時(shí)物體受到的是靜摩擦力，再依據(jù)二力平衡的知識(shí)得出此時(shí)靜摩擦力大小與拉力大小相等，然后在F-t圖像中找到1s時(shí)對(duì)應(yīng)的拉力F為2N，最終得出摩擦力為2N。在此過(guò)程中，學(xué)生需要分清兩個(gè)圖像的坐標(biāo)軸分別表示的是什么物理量，再聯(lián)系對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)所表示的物理意義，明確物理量間的內(nèi)在聯(lián)系，才能順利解決該類(lèi)問(wèn)題。

三、初中物理圖像類(lèi)問(wèn)題的教學(xué)策略

1.引導(dǎo)學(xué)生重視物理圖像法的應(yīng)用

盡管大部分物理教師都知道物理圖像的重要性，但部分學(xué)生卻對(duì)物理圖像“視而不見(jiàn)”，并未認(rèn)識(shí)到物理圖像在物理學(xué)習(xí)中所占據(jù)的重要地位。長(zhǎng)此以往，造成學(xué)生對(duì)于物理圖像不熟練、不敢用。因此，教師在教學(xué)的過(guò)程中，要注重對(duì)于圖像法的應(yīng)用，借用物理圖像巧妙地解決物理問(wèn)題。而這無(wú)疑依賴于教師對(duì)于物理問(wèn)題與圖像的理解，進(jìn)而通過(guò)不斷地強(qiáng)化，讓學(xué)生意識(shí)到物理圖像的優(yōu)勢(shì)，引發(fā)學(xué)生想用、樂(lè)用、敢用物理圖像解決物理問(wèn)題。例如：常州市2020年初中學(xué)業(yè)水平考試物理試題中的第14題，比較飲料瓶在不同液體中所受浮力及兩種液體密度的大小關(guān)系（圖2），該題目借助圖像可以快速解決，僅需通過(guò)圖像中兩次飲料瓶均處于漂浮狀態(tài)，判斷出所受浮力均等于飲料瓶的重力，故飲料瓶?jī)纱嗡芨×Υ笮∠嗤?。再根?jù)圖像判斷出飲料瓶在甲中排開(kāi)液體的體積小于飲料的體積，而在乙中排開(kāi)液體的體積大于飲料的體積，從而得出兩種液體的密度關(guān)系。

2.加強(qiáng)圖像與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系

物理中很多概念、規(guī)律的得出均需依靠物理實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需對(duì)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。因此，在教學(xué)過(guò)程中不但需要重視物理實(shí)驗(yàn)，更要注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理[3]。否則，對(duì)于學(xué)生而言只是“隔岸觀火”，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于這些物理概念、規(guī)律只能“死記硬背”，無(wú)法真正理解、掌握，不利于學(xué)生能力的提升、思維的發(fā)展。

為此，在實(shí)驗(yàn)處理中需要“兩步走”。第一步要先做到在數(shù)據(jù)處理時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生嘗試多種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如：解析式法、圖像法，并且要利用好圖像法的形象、直觀等優(yōu)勢(shì)，助力學(xué)生得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第二步需嘗試在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，實(shí)時(shí)地繪制出相應(yīng)的物理圖像。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，將原本需要先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)再繪制物理圖像的兩個(gè)過(guò)程“合二為一”，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)可以獲取到物理量間實(shí)時(shí)的變化情況，有助于學(xué)生將其與實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系與對(duì)比，進(jìn)而更好地理解物理概念、歸納出物理規(guī)律。

比如在“探究影響浮力大小的因素”時(shí)，可以借助常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合（實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示），在將柱狀物塊勻速提升時(shí)，記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示），并將與拉力有關(guān)的物理圖像實(shí)時(shí)繪制出來(lái)（實(shí)驗(yàn)圖像如圖5所示）。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)時(shí)的圖像變化情況得出有關(guān)結(jié)論。在物塊剛剛露出液面時(shí)，可以看到圖像開(kāi)始發(fā)生明顯變化，并且物塊在逐步離開(kāi)液體的過(guò)程中，拉力逐漸變小。當(dāng)物塊完全離開(kāi)液體時(shí)，拉力的大小幾乎不變。從而可以清晰地得出，在同種液體中，隨著物體逐漸離開(kāi)液體，物體排開(kāi)液體的體積逐漸變小。與此同時(shí)，繩子對(duì)于物體的拉力逐漸增大。因此推出物體所受浮力大小與物體排開(kāi)液體體積有關(guān)，排開(kāi)液體體積越大，浮力越大。并且通過(guò)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，繪制圖像，可以很好地幫助學(xué)生看到圖像時(shí)有意識(shí)地將其與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，架起物理圖像與實(shí)驗(yàn)的“橋梁”，從而更加直觀、清晰地將影響浮力大小的相關(guān)因素等呈現(xiàn)在學(xué)生面前，并助力學(xué)生解決圖像類(lèi)問(wèn)題。

3.深挖圖像中的物理意義

通過(guò)對(duì)常州市近三年初中物理學(xué)業(yè)水平考試的分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行考察時(shí)，更加注重具體圖像、簡(jiǎn)化圖形以及數(shù)據(jù)表格的多重呈現(xiàn)方式，以生動(dòng)、具體、形象的方式輔助呈現(xiàn)題干信息，并以此為據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生勾勒物理模型，分析數(shù)據(jù)規(guī)律，需要學(xué)生挖掘物理圖像中直觀、形象、具體、有效的豐富價(jià)值。因此，為促使學(xué)生能夠看懂、讀懂物理圖像，以函數(shù)類(lèi)圖像為例，必須幫助學(xué)生明確圖像中的軸、線、點(diǎn)、斜率、面積、截距等表示的物理意義。在教學(xué)的過(guò)程中要注重對(duì)這些元素的分析，尋找隱藏信息，用以解決物理問(wèn)題。

第一，需看清坐標(biāo)軸所表示的物理量及其單位，這是解決相關(guān)圖像類(lèi)問(wèn)題的基礎(chǔ)。只有明確了橫縱軸所表示的物理量，才能知道是哪兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，進(jìn)而描述其物理規(guī)律。

第二，需明了圖像中的斜率所表示的含義，圖像的斜率通常情況下都是表示的某一物理量。如s-t圖像中斜率表示的就是物體運(yùn)動(dòng)的速度，若斜率為零，則表示物體處于靜止?fàn)顟B(tài);若斜率越大，則表示物體運(yùn)動(dòng)的速度越大。

第三，需瞄準(zhǔn)圖像中的交點(diǎn)、拐點(diǎn)、極值點(diǎn)等特殊點(diǎn)，這些點(diǎn)往往是圖像類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。例如：常州市2020年初中學(xué)業(yè)水平考試物理試題中的第7題，涉及海波溫度隨時(shí)間變化的圖像（圖6）。想要解決這道題目，必須要先明確B、C兩個(gè)拐點(diǎn)所表示的物理意義，B點(diǎn)表示5min時(shí)海波溫度為48℃，開(kāi)始凝固，C點(diǎn)表示10min時(shí)海波溫度為48℃，凝固結(jié)束。因此在明確兩個(gè)拐點(diǎn)物理意義的基礎(chǔ)上，才能準(zhǔn)確判斷出該圖像所反映的物理過(guò)程。

除此之外，物理圖像中的面積、截距等所表示的物理意義及暗含的信息，均是解決物理問(wèn)題的突破口。因此，教師在教學(xué)的過(guò)程中要注重引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地去觀察、分析圖像中所含元素的物理意義，助力物理問(wèn)題的解決，培養(yǎng)學(xué)生的思維方式。

參考文獻(xiàn)

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【責(zé)任編輯? 孫曉雯】