浅谈高中生运用数学工具解决物理问题能力的培养

　　一、高中物理教学存在的问题
　　在高中物理教学中，教师经常发现，学生很难得出正确的物理运算结果，错误率较高，如果遇到难题，自动放弃解答，这些都说明高中生无法巧妙运用数学工具解答物理问题，能力较弱。
　　学生在初中阶段，刚刚开始接触物理知识，问题尚不明显，但到了高中，问题逐渐突出：学生并未把数学知识和物理运算有机结合在一起，其思维模式仍受限于传统的物理教学，除了学生自身的因素外，教师还缺少系统的训练方法与训练力度，这些因素导致学生整体运算水平偏低。造成这一现象的原因是教学的片面性，教师在课上要求学生增加做题数量，没有让学生深度理解物理相关概念与规律。由于学生知识水平有限，虽然可以总结出简单的解题思路，但缺少系统的解题方法，导致学生善于解某一题型的题，其他题型直接略过，只为完成课堂任务与课后作业而做题。
　　学生使用数学工具解答物理问题的水平较低，让学生对物理概念与规律只有笼统的概念，缺少独立解题能力，降低课堂教学质量，课堂教学有效性较差。
　　二、提高学生利用数字工具解决物理问题水平的方法
　　学生通过使用数字工具解决物理问题时，可以让学生从问题入手，解析不同物理量之间的关系，逐步推导并得出结果，能够加深学生对物理概念与规律的理解，拓展思维，巩固物理基础，养成良好的学习习惯。所以，教师除了通过增加做题量外，还要培养学生独立做题的能力，改变这一现状。
　　（一）让学生用图线的方式表示物理规律
　　在物理教学中，除了用物理公式表示规律外，学生还可以用图线的方式表示最终的物理结果，而且图线表示法可以让学生直观地看到物理规律在不同阶段的变化。教师经常会在讲课前，提前根据教学内容画出规律曲线图，比如当讲到电源输出功率这节课时，会在黑板或多媒体上播放几张按照一定规律产生波动变化的图片，从这些图片可以看出，输出功率会随着负载电阻R的变化而变化，而负载电阻的变化则取决于电源内阻R，如果两者相等，输出功率增加，相反输出功率减少，只有两者相等，才能让输出功率达到最大。如果单纯的用物理公式表示这一规律内容，学生几乎无法直观地看到物理规律，难以理解。因此，图像对于物理规律是一种特殊的表现形式，可以深化学生对于知识的理解，同样也是展开物理教学的数学方法之一。
　　（二）增强运用数字工具表示物理规律的理解能力
　　物理实验最后形成的规律与公式都有独有的物理特点，这些特点是无法用数学工具理解的，因此，教师要让学生学会正确的分析方法，探索出公式真正的物理意义以及适用题型。以欧姆定律为例，其公式是RUI，虽然学生通过公式可以看出其中的关系：电阻和电压为正比，与电流成反比，但这只是表面理解，因为物体电阻的多少取决于它的材料和结构，即和固有属性有关。而且，每个规律公式表示的都是一个特定的物理过程，当物理过程中的某个物体被换掉时，其等量关系不变，但物理内容会有相应的变化。用数学推导物理规律的过程即为转变物理思想的过程。
　　此外，不管是教师还是学生，如果用数学工具解决物理难题，一定要采用近似的方法。现在采用的近似方法共有两种：一种是明显的近似；另一种是隐藏的近似，较为常用，符合学生的思维模式。但除了这两种外，还可以采用针对具体问题的近似方法，比如解析单摆方程式，因为单摆方程式中的变量数值变动很小，可以使用条件近似。条件近似也可以用来分析电偶极子的电场。近似的处理方式是把物理公式中会发生变化的变量固定化，以固定的数值参与公式的运算，但在使用的过程中，要选择适用范围，不可盲目使用。
　　（三）扩大数学知识的范围，提高运用能力
　　现在，高中阶段的学生有明显的文理之分，理科学生数学成绩的高低和他物理的学习情况有很大的关系。虽然课上教授的都是普通的物理知识，但这些知识仍会用到代数、微积分等数学知识，因此，教师在运用这些数学知识讲解物理教学内容时，要教会学生分辨哪类数学公式应用在哪些物理规律上，如何正确分析并解出结果，强化各项数学技巧的使用，全面提高运用能力。
　　三、总结
　　物理与数学是两个相对独立的个体，又有着内在的联系，教师要在充分运用物理知识的基础上，巧妙运用数学技巧和规律，并让学生认识到物理问题用到的数学和数学学科两者是不同的，避免进入学习的误区。因此，教师要在教学中用系统的训练方法提高学生数学知识与技巧的运用能力，拓展思维模式，锻练空间想象力，让学生掌握独立解题的方法。