高中物理图像教学的困惑与思考
考试大纲明确要求学生具有应用数学处理物理问题的能力，其中一项就是运用几何图形、函数图形进行表达。近几年，高考物理对图像的考查频率和要求越来越高，因为图像是物理学中的引入概念，总结规律重要方法，是培养学生视觉空间智能及创新思维能力的重要手段。所以教师比较注重图像的教学，然而学生对于图像的理解和应用情况并不理想。在教学中碰到这样的两道题，引发了笔者的思考。
1.一物体做直线运动，其加速度随时间变化如图所示，则（ ）
A.1s-2s时间内物体做匀减速运动
B.2s末物体运动的速度为零
C.1s末，物体运动的速度为2m/s
D.0-1s时间内的速度变化量为2m/s
在高三后期碰到此题，本以为学生能轻而易举解决的问题，因为平时对经常遇到的图像的掌握情况良好，并且a-t图也遇到不止一次了。但事实是很多学生错了。错误一：错当做v-t图处理。错误二：认为a-t图与坐标轴围成的面积是瞬时速度。
2.有一颗绕地球做匀速圆周运动的卫星，其运行周期是地球近地卫星的2根号2倍，卫星圆形轨道平面与地球赤道平面重合，卫星上有太阳能收集板可以把光能转化为电能，提供卫星工作所必需的能量。已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，忽略地球公转，此时太阳处于赤道平面上，近似认为太阳光是平行光，则卫星绕地球一周，太阳能收集板的工作时间为（ ）
此题要求学生准确做出反映题目信息的示意图。据示意图求解。学生问题一：作图意识薄弱，有相当一部分同学没有作图而去凭空想象给解题带来很大障碍。学生问题二：不能准确地将语言信息转化为图像信息。发现学生对图像的掌握存在问题后，笔者出了一套跟踪题，涉及陌生的函数关系图（如Ek-x，v-x图像等）及应用示意图或函数图像解题的题目，发现这确实是学生的短板。由此可以得出结论：学生对图像的理解和应用未上升到方法，思想的层次，所以在迁移到新情景新图像中出现困难。
物理学家劳厄说：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下的东西。”那么在图像教学中应该为学生剩下什么呢？应该是利用图像解决问题的思想和能力。因此高考中在重视对基础知识考查的同时，越来越强调能力，尤其是知识迁移能力的考查，它要求考生举一反三，融会贯通地将知识迁移到新情景中去。什么是迁移能力呢？是将所学的知识和方法应用于新情景，解决新问题是所体现出来的素质和能力。包括对新情景的感知和处理能力，旧知识与新情景的链接能力，新问题的认知和解决能力。如何提高学生解决图像问题的迁移能力呢？
一、加强基本图像的教学，使学生具有画图意识，掌握处理图像问题的基本方法。
巧妇难为无米之炊，之前没有扎实的基本知识和技能，迁移便无从谈起。因此，在高中基本图像教学中，要向学生强调图像的重要性。苏霍姆林斯基说，要教学生把题画出来。那教师就要说，你要把题画出来。这种说法对高中物理来说，一点不过分。因为运动学中我们要画运动示意图，v-t图，力学中要画受力分析图，电磁学中要画U-I图，电场线，磁感线，轨迹图，等等。准确地作图可以说时解题的关键一步。因此在教学中需要教师不断强化作图的意识，拓展学生分析和解决物理问题的思路，培养学生识图、画图、应用图像解决物理问题的能力。
同时，在面对新的学习任务时，教师要有意识有目的地引导学生关注新旧知识之间的共同因素，将已经掌握的图像的知识和方法迁移到新知识的学习中。因为知识技能之间的共同因素是产生迁移的重要客观条件。比如在学习法拉第电磁感应定律中磁通量与时间的函数图像时，在解决图像斜率的含义的问题时，引导学生回忆以前学习的图像是怎么得出斜率的含义的，最易联想到v-t图像，因为a=△u/△v，而E=n△φ/△t，所以可以顺利地得出φ-t图像的斜率为E/n。
二、引导学生概括基本原理，基本方法，是迁移的关键。
美国心理学家贾德通过实验得出，在先期学习A获得的东西，之所以能迁移到后期学习B，是因为在学习A时获得了一般原理，这种一般原理可以部分或全部运用于B之中。根据这一理论，产生迁移的关键，是学习者在这两种活动中概括出它们之间的共同原理。概括化水平越高，越能深刻地理解内部规律，越容易发现新旧知识或技能之间的关系，越有利于产生迁移。反之，如果不概括，不总结，只是掌握一些零碎的知识，就不能抽象概括出共同原理，更不能构建出知识结构网络，那就给迁移带来很大阻力。
例如高考中经常考查的函数图像，可引导学生总结概括处理函数图像题的方法，一是充分挖掘图像中的信息，理解物理现象和物理过程，利用合适的物理规律找到横轴和纵轴两个物理量之间的函数关系式，这往往是解题的关键。二是抓住特殊点（包括端点、交点、极值点、拐点、截距点等）所表示的物理含义。经过在所教班级实验，在总结出规律并不断强化后，学生在新情景中处理此类问题时，较之以前正确率提高了。
三、促进正迁移，避免负迁移。
迁移就是先前的学习对现在学习的影响。迁移有积极的一面也有消极的一面，正迁移指先前掌握的知识和技能对后续学习起到的促进作用。负迁移指先前掌握的知识和技能对后续学习起干扰作用。比如学生会因为x-t图像某点的切线斜率表示瞬时速度，而推断非线性电阻的U-I图某点的切线斜率就表示此电压下电阻。产生错误的原因是什么呢？学生要么没有透彻理解切线斜率表示的物理意义是什么，要么就是对瞬时速度或电阻定义的理解存在问题。所以在教学中教师应引导学生正确认识学习材料间的共同因素，并通过比较认识它们之间的区别。在上面的例子中，瞬时速度与电阻的定义都是比值定义法，但是又有不同。瞬时速度v=△x/△t，而电阻R=U/I，所以电阻等于与原点连线的斜率。在教学中，我们要强调知识方法应用的条件，提出具有一定变化的问题，加强灵活运用知识的训练，使学生克服定向思维的影响，形成良好的思维品质。
四、创造知识技能应用迁移的机会，循序渐进地培养学生的迁移能力。
任何能力的获得都需要一定的训练，迁移能力也不例外。教师应该注意在平时的教学中有计划有步骤地培养这种能力，尤其是遇到新的情景新的图像时，抓住机会，指导学生进行知识的迁移，从中学会迁移的基本步骤。首先，尽快熟悉新的情景，抓住表征物理问题的特点和关键点。其次，从认知结构库中搜索此类问题的模型，将问题类化。再次，应用处理此物理模型的方法，具体分析新问题，从而得出正确的结论。
总之，教是为了不教，现在是知识爆炸的时代，信息更新速度飞快，而图像是处理信息非常有效且直观的工具。我们应该在教学过程中，不断提高学生在新情景中自觉准确地应用图像的能力。
