【摘要】本文就高中物理教學(xué)中的對稱性方法運(yùn)用進(jìn)行討論，在了解對稱性方法的同時(shí)，對其在高中物理教學(xué)中的具體應(yīng)用進(jìn)行深入的探討和描述，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)教學(xué)活動的開展提供一定的參考和借鑒，進(jìn)一步提高高中物理教學(xué)的有效性.

【關(guān)鍵詞】高中物理；課堂教學(xué)；對稱性方法

物理學(xué)科是高中教育的重要組成部分，對于學(xué)生素質(zhì)能力的培養(yǎng)以及高考成績有著巨大的影響，但在高中物理教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，受到諸多因素的影響，往往會出現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量不高的情況，這在一定程度上影響了學(xué)生對于知識的掌握和物理核心素養(yǎng)的提升.而應(yīng)用對稱性方法開展相關(guān)教學(xué)活動，則可以將上述問題有效解決，因此針對相關(guān)內(nèi)容加強(qiáng)研究是很有必要的.

1 淺析對稱性方法

1.1 相關(guān)概念

學(xué)界對于對稱性最早的解釋為：基于中央平面或分界線兩端的，對應(yīng)位置、形狀以及大小相同的物體對應(yīng)性關(guān)系：換言之，即平衡的或者是適當(dāng)?shù)谋壤?對稱性也可以看作是某件事物經(jīng)過相應(yīng)操作以后，看上去未發(fā)生任何改變.而本文對于對稱性的討論為廣義上的定義，即除了上述定義，還涉及思維思考方法方面的對稱性.所以，對稱性方法具體可以分成兩個方面.一方面，是定量性質(zhì)的數(shù)學(xué)對稱性；另一方面，是定性性質(zhì)的對稱性.其中后者又可以劃分成兩種類型，一是抽象對稱性；二是形象對稱性［1］.

1.2 應(yīng)用對稱性開展教學(xué)活動的重要性

自然科學(xué)在長期發(fā)展歷程中，始終在對自然的秩序性進(jìn)行深入的探索與研究，從而對其中的完美性、簡單性以及對稱性等進(jìn)行追尋，這已經(jīng)成為科學(xué)認(rèn)知及研究的出發(fā)點(diǎn).而隨著物理學(xué)領(lǐng)域?qū)τ趯ΨQ性的深入研究，使得這種自然法則得到了深入的挖掘.由于對稱性能夠?qū)ψ匀粯?gòu)造原理予以揭示，所以人類完全可以借助對稱性來研究自然界，從某種程度上來講，對稱性也可以視為一種方法論，在早期階段，其主要作為一種認(rèn)識自然的思維方式，而隨著現(xiàn)代社會及學(xué)科的發(fā)展，其不僅能夠用于物理規(guī)律的描述，同時(shí)能夠作為相關(guān)問題處理的重要方法.也正是因?yàn)閷ΨQ性的這種重要作用，使得其在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用具有一定的迫切性.對其進(jìn)行合理的應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生在掌握相關(guān)方法的同時(shí)，形成相應(yīng)的科學(xué)思維方式，這對于學(xué)生的學(xué)習(xí)以及未來發(fā)展有著非常重要的意義［2］.

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，各界對于人才的要求也在不斷提升，要求相關(guān)人才應(yīng)該具有較強(qiáng)的創(chuàng)新思維能力，而對稱性方法的應(yīng)用不僅能夠幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，還能對其創(chuàng)新思維進(jìn)行有效的培養(yǎng).而且從學(xué)生角度來看，對稱性方法更加契合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，可以在減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)知識，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的［3］.

2 對稱性方法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行對稱性思維的滲透

在古代科學(xué)發(fā)展過程中，對稱性思維發(fā)揮了引領(lǐng)導(dǎo)向作用，例如，在天體運(yùn)動方面，也正是有對稱性思維的指導(dǎo)，人們才會更加傾向于天體是橢圓形或圓形的，若缺乏對稱性思想，可能很多物理規(guī)律猜想的誕生要晚上許多年，而現(xiàn)代物理學(xué)家也是基于對稱性思維針對物理學(xué)規(guī)律進(jìn)行探索的.若能結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行對稱思維的滲透，不僅能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和理解相關(guān)知識，還能對其獨(dú)立思考能力以及質(zhì)疑精神進(jìn)行有效的培養(yǎng).當(dāng)然，這需要教師對物理學(xué)史進(jìn)行充分的了解，對物理知識背后蘊(yùn)含的物理學(xué)史對稱性進(jìn)行挖掘，并在課堂教學(xué)當(dāng)中融入相關(guān)內(nèi)容，采用課前任務(wù)設(shè)置或者是教學(xué)資料展示等方式，幫助學(xué)生了解相關(guān)物理學(xué)史，然后引導(dǎo)學(xué)生對其中的科學(xué)方法以及科學(xué)思維進(jìn)行思考，并嘗試借助對稱性思維解決學(xué)習(xí)及生活中的相關(guān)問題.借此可以幫助學(xué)生看到對稱性思維對于以往科學(xué)事業(yè)的影響，使其認(rèn)識到對稱性思維對于物理知識學(xué)習(xí)與研究的巨大作用，逐漸形成對稱思維意識［4］.

例如 在學(xué)習(xí)“牛頓第三定律”時(shí)，教師可以先讓學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容對該定律背后的物理學(xué)史進(jìn)行了解，并在課堂上讓其說一說自己的學(xué)習(xí)成果.然后，教師即可對該定律中的對稱思想進(jìn)行揭示，如反作用力與作用力即可視為一種對稱性，根據(jù)對稱思想，在某一施力物體施加給受力物體力時(shí)，施力物體會受到相應(yīng)的反作用力，而由于兩者的對稱關(guān)系，所以作用力是等同于反作用力的.在學(xué)生了解對稱性這一思維方法，并將牛頓第三定律概念有效掌握以后，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生對這種對稱性進(jìn)行尋找和應(yīng)用，如力的分解與合成等，通過組織學(xué)生對物理學(xué)史當(dāng)中的對稱性進(jìn)行挖掘，并在實(shí)踐學(xué)習(xí)期間進(jìn)行應(yīng)用，有助于學(xué)生對稱性思維的形成與應(yīng)用，從而有效提高物理教學(xué)活動的質(zhì)量［5］.

2.2 通過物理概念的對稱性加強(qiáng)概念理解

從本質(zhì)上來看，物理概念實(shí)際是一種經(jīng)人腦加工概括的物理現(xiàn)象與本質(zhì)，其本身具有一定的概括性和抽象性，能夠?yàn)閷W(xué)生的物理學(xué)習(xí)奠定相應(yīng)的基礎(chǔ).但高中階段的物理概念除了具有抽象性，還具備階梯性、主觀性以及確定性等特點(diǎn)，且很多學(xué)生對于相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，往往是依靠死記硬背或者是照搬照抄等方式來實(shí)現(xiàn)的，這也導(dǎo)致學(xué)生對于相關(guān)概念缺乏深入的理解，并不能對其中的含義進(jìn)行真正把握.而一些物理概念在定義方法等方面是具備對稱性特征的，結(jié)合對稱性方法開展相關(guān)教學(xué)活動，能夠幫助學(xué)生更為深入地理解物理概念.對此，需要教師做好教材分析工作，對其中具有對稱性的內(nèi)容及物理量進(jìn)行篩選，并在學(xué)習(xí)新物理量時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考和新物理量存在對稱關(guān)系的舊物理量，嘗試應(yīng)用學(xué)習(xí)舊物理量的方法來進(jìn)行新物理量的學(xué)習(xí)，通過差異比較實(shí)施調(diào)整，從而確定學(xué)習(xí)新物理量的方法，并對其進(jìn)行深入的理解［6］.

例如 通過電場與磁場之間的對稱性，幫助學(xué)生對磁感應(yīng)的強(qiáng)度加以理解，首先教師可以設(shè)置相應(yīng)的問題，例如，在電場當(dāng)中，電場強(qiáng)弱是怎樣描述的？在對磁場強(qiáng)弱進(jìn)行描述時(shí)，是否可以通過電場強(qiáng)弱描述的對比來獲得相應(yīng)的支持？具體怎樣處理？可以通過試探電荷的加入來實(shí)現(xiàn)？磁場對什么會產(chǎn)生作用力？是否可以借助導(dǎo)線所受作用力對磁場強(qiáng)弱進(jìn)行描述？所通電導(dǎo)線在長度和電流方面相同，其受力大小是否可以對磁場強(qiáng)弱進(jìn)行反映？通過電場強(qiáng)度定義式的類比，該怎樣對磁場強(qiáng)弱進(jìn)行描述？通過一系列的問題，能夠引導(dǎo)學(xué)生針對電場知識進(jìn)行回憶，然后啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用對稱性思維針對電場知識進(jìn)行類比，學(xué)生能夠從新舊問題當(dāng)中發(fā)現(xiàn)其中的共性問題和個性差異，并對問題的解決方法進(jìn)行探尋，學(xué)生結(jié)合對稱性思維進(jìn)行對比分析和知識關(guān)聯(lián)，能夠快速將新概念掌握［7］.

2.3 借助物理問題的對稱性實(shí)現(xiàn)有效解題

在物理學(xué)科中，經(jīng)?？梢钥吹揭恍┚哂袑ΨQ性的問題，例如，拋體運(yùn)動知識、靜電場知識、磁場知識、光學(xué)知識以及碰撞問題等，對物理問題當(dāng)中蘊(yùn)含的對稱性進(jìn)行挖掘與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)問題的有效分析，能夠幫助學(xué)生更好地把握問題中的關(guān)鍵要素，從而將變量數(shù)目有效減少，達(dá)到簡化運(yùn)算的目的.實(shí)踐教學(xué)中，教師可以先對一些借助對稱性方法提高解題便捷性的實(shí)例進(jìn)行收集和引入，借助例題幫助學(xué)生對問題中的問題特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后為學(xué)生介紹如何應(yīng)用對稱性方法進(jìn)行解題，讓學(xué)生看到相關(guān)方法應(yīng)用的便捷性.然后，借助相同類型的問題開展專項(xiàng)訓(xùn)練，逐漸對學(xué)生問題處理中的對稱性思維意識進(jìn)行培養(yǎng)，通過多種習(xí)題的演練以后，教師可以嘗試組織學(xué)生就問題當(dāng)中的對稱性展開分類.提高學(xué)生對于對稱性方法應(yīng)用的靈活性與針對性，這樣不僅能夠?qū)W(xué)生的思維能力進(jìn)行有效的提升，還能強(qiáng)化其問題分析及解決能力，使學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生更為濃厚的興趣.

例如 在面對碰撞問題時(shí)，如在一個杯口處，以某一初速度將小球向直徑方向水平拋出，小球在達(dá)到杯底之前與杯壁的碰撞次數(shù)為n，且達(dá)到杯底時(shí)，其所處位置與拋出位置處在一個豎直直線上，而該杯子高是h，直徑是d，壁面光滑，那么施加在小球上的初速度為？針對該問題，可以通過對稱性方法進(jìn)行處理，因?yàn)楸谔幱诠饣瑺顟B(tài)，且碰撞主要為彈性碰撞，由此可以確定在每次碰撞以后，小球均會以杯壁為基點(diǎn)，應(yīng)用對稱的初速度完成拋體運(yùn)動，所以整個運(yùn)動過程都可以視為是一個平拋運(yùn)動，借此可以通過平拋運(yùn)動規(guī)律完成解題.高中物理學(xué)習(xí)中，類似小球和物體彈性碰撞出現(xiàn)原速率反彈的情況較為常見，若應(yīng)用常規(guī)思維解題，問題不僅涉及碰撞之前的平拋運(yùn)動，還涉及后續(xù)的斜坡運(yùn)動，但這種解題思路會讓問題變得相對復(fù)雜.而通過碰撞前后方向以及速度和接觸面法線形成的對稱性，可以將反彈后的運(yùn)動看作是對原運(yùn)動進(jìn)行鏡面反射，將原運(yùn)動或者是反彈以后的運(yùn)動對稱折疊，即可將原來復(fù)雜的問題簡單化，從而很快將問題解決.

2.4 應(yīng)用物理規(guī)律的對稱性對新規(guī)律加以把握

我們知道，物理規(guī)律能夠?qū)ξ锢砀拍铋g的客觀聯(lián)系進(jìn)行有效的反映，如定則、原理以及定律等，其是高中物理不可或缺的一部分，但因?yàn)楦咧须A段的物理知識本身較為繁瑣和復(fù)雜，較為抽象的物理過程使得學(xué)生無法實(shí)現(xiàn)物理規(guī)律的有效應(yīng)用，甚至容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難心理.但物理規(guī)律之間實(shí)際也是具有對稱性的，例如，能量守恒定律和電荷守恒定律之間，兩者在內(nèi)容表述方面就具有一定的對稱性.所以完全可以通過這種對稱性，完成知識遷移，在幫助學(xué)生對各規(guī)律異同加以了解的同時(shí)，使其能夠更為深入地理解各項(xiàng)物理規(guī)律，并提高物理規(guī)律的應(yīng)用能力.

例如 物理規(guī)律圖象，此類內(nèi)容在高中物理當(dāng)中十分常見，通常需要應(yīng)用圖象法在物理實(shí)驗(yàn)中完成數(shù)據(jù)處理工作，且是較為重要的考點(diǎn)之一，但高中物理中的圖象種類繁多，對于見過的圖象，學(xué)生還具備一定的處理能力，但對于新的圖象，其往往會表現(xiàn)得無所適從.而逐個進(jìn)行圖象的學(xué)習(xí)與記憶，無疑會產(chǎn)生較大的工作量，難以保證學(xué)習(xí)效果.對此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對物理規(guī)律圖象之間的對稱性進(jìn)行發(fā)掘，通過類比分析掌握其中的對稱性，以此來完成知識遷移，達(dá)到掌握通法，提高教學(xué)效率的目的.

3 結(jié)語

綜上所述，在高中物理教學(xué)當(dāng)中合理應(yīng)用對稱性方法，能夠推動學(xué)生學(xué)習(xí)思維的有效創(chuàng)新，并提高其思維能力與學(xué)習(xí)能力，這對于物理教學(xué)質(zhì)量的提升有著非常重要的意義，因此教師應(yīng)該對這種方法保持重視，在深入研究的同時(shí)進(jìn)行合理的應(yīng)用，使其能夠在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中發(fā)揮更大的作用.

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