如何培养学生物理工作能力的研究

在高中物理教学过程中，笔者经常发现，如果一个图形能够准确地表示出要解决的计算题，尤其是高考压轴题，可以说已经解决了一半。如果学生不会画或者画图能力差，会直接影响复杂问题的解决。正如Kaplan和Simon的研究结果所表明的，顿悟现象之所以出现在问题解决过程中，是因为被试找到了合适的表征方式。图像在表征物理问题时，是以视觉表征和直观形象表征为主，抽象符号表征为辅的问题表征方法(因为物理符号是最简单的物理语言)。这种表示方法使问题的表达简洁，从而分析问题的本质，从整体上把握问题的本质。因此，本文旨在研究如何有效提高高中生的绘画能力。

2物理绘图的定义

在绘画过程中，人们用眼睛看，用手画，用大脑思考，实现人与外界的间接互动。虽然是以画面的形式体现出来，但这个画面不是对外界物体的简单模仿，也不是艺术形象，而是与抽象概念和规律相对应的画面。它是从客观世界中抽象出典型的物理特征，反映物理规律的概括图。这张图是一种物理学。它是形象和抽象的结合。个体通过掌握物理模型，同化并符合头脑中原有的图式，在不断建立新的平衡的过程中，解决物理问题，掌握物理知识，这应该是一个物理绘图的过程。

实物绘画是一种视觉思维方式，通过观察、想象、建构，将外界信息转化为表象，进而转化为图表、图像等约定信息的形式，从而实现人对外界客观世界的间接作用过程。物理画图就是借助图形来思考，简而言之就是帮助思考。

3物理绘图能力要求

3.1从表示空间到几何空间

研究物体的结构和运动，需要确定物体的空间几何关系，即通过构图把表象的空间反映到平面上的几何空间，即画出各种侧视图、立体图、俯视图、剖视图等。，并把它们互相转化。

3.2从原型到模型

将实际问题中的原型抽象成物理和数学模型。

3.3学生应具备转换和整合信息的能力。

为了在地图上全面准确地反映信息，不仅要有空间关系的表达，还要有语言逻辑的分析和隐含条件的挖掘。

3.4将定律应用于图形的能力

画画的目的是为了更好的思考。画画不仅仅是用直觉和物理表象的形象去思考，更是用抽象的物理规律、概念和几何关系去思考，即形象与抽象相结合的思维能力。

3.5几何构图的能力

4提高中学生物理绘画能力的策略

根据物理绘画的定义和能力要求，笔者提出了以下提高中学生物理绘画能力的策略。

4.1让学生知道画画的重要性，养成画画的习惯。

画画不是针对某个问题或某类问题，而是作为物理思维的工具。因此，要培养学生的画图意识和解题意识，要有画图的策略，要逐步养成画图和思考的习惯。习惯来自于反复的次数，所以老师一贯的严格要求是学生养成画画和思考习惯的基础。一开始让学生画画，他们觉得不习惯，不理解。我们通过例子让他们感受。按照规定的程序仔细审题并作出画图分析似乎花了一些时间，但能保证顺利得出正确答案。“笨”的方法其实是个好方法。千万不要省事，速战速决。想当然的认为“我觉得”就是你所想的，草率的回答。结果是欲速则不达，会出现很多意想不到的错误。让学生知道画画的重要性。

另一方面，在学生的学习和实践过程中，重视绘画习惯的培养。比如，从高一开始，我们就要求学生把作业本的左边折叠三分之一，专门作为绘图区，把绘图作为建立关系、列出方程的依据。大部分分数要从该画而没画的答案中扣除，或者让学生重做，让学生逐渐形成习惯。

4.2明确的要求

简化:实物图主要反映与解决问题有关的主要对象和关系。画图时，要有选择地抓住与所学问题相关的对象。要重意轻形:就是画的时候要以表达意思为主，而画的是形象。应该是一目了然:让人一看就懂。

中学经常画的图有两种:图解和图像。图表包括矢量图、力图、流线图、谱图、流程图等。具体有应力图、光路图、电路图、运动图、轨迹图等。图像是指各种功能图像，如波动图像、速度图像、位移图像等。教师要让学生明确各种图画的画法、要求和表达意义的统一性。教师

4.3重视概念与形象相结合的教学。

物理学中的很多概念都是建立在图像的基础上的，甚至抽象的概念也有相应的物理模型。因此，在概念教学中要把概念和形象结合起来。

4.4注重物理规律与图表相结合的教学。

物理规律的教学要注重培养学生的空间想象力，让学生充分感知。物理规律的推导和推导要建立在清晰的物理图景上，有的要通过实验，有的需要从生活观察中抽象出模型。在教学中，为了把它们表达清楚，就要画图。比如平行四边形法则。用两个相互成一定角度的弹簧拉动橡胶条。用受力图记录F1，F2的大小和方向，猜测F1，F2的合力F的大小和方向，只用一根弹簧演示合力F，用受力图记录F的大小和方向。以F1，F2为两条边构造平行四边形，比较平行四边形的对角线与合力F的关系，得到平行四边形法则。所以我们可以在画图的基础上学习物理。

4.5注重几种观点的转化教学

在安培力、洛伦兹磁和电磁感应定理的学习和应用中，我使用3DMAX软件实现了透视图、正视图、俯视图和侧视图之间的转换。比如在安培力的习题教学中，我用了以下三观。

这样，学生对几种视图的变换会有一些直观的感性认识，同时要教给学生几种视图变换的基本方法，如透视图和正视图的变换:透视图中两条平行的导轨，正视图只能看到一条，所以只画一条；而在轨道上切割磁感应线的导体棒，在正视图中只能看到它的横截面，所以只能用画圆来表示；看不见的物体不能画，也可以用虚线表示4.6注重直观教学。

传统物理教材的教学内容经过了精选、压缩和改造，具有典型性、简单化和高度抽象性。学生如果照本宣科，很难理解所学内容，但如果能充分利用图形图片、电视视频、多媒体课件等手段，再现知识的变化过程，以图文并茂的方式向学生提供信息，让学生自然地‘悟’出其中的道理和规律。从而充分展示知识发展的过程，帮助学生建立准确的物理模型。比如在超重和失重的教学中，用DV拍摄电梯里的超重和失重现象，并在课堂上播放，让学生有一个感性认识，让他们自己去探索超重和失重的原因就容易多了。学生画超重或失重物体的受力分析图时，准确性明显提高。

4.7注重挖掘隐含条件的训练

信息转换时，图是中介，信息之间的转换就像不同语言之间的翻译过程。翻译时，信息要全面准确地反映在图上，包括空间关系的表达，语言逻辑的分析，隐含条件的挖掘。

比如图10，一个带正电的球，质量为m，从O点出发，初速度为v0。在电场力和重力的作用下，它正好可以沿着一条与场强方向成θ角的直线运动。求球移动到最高点时的电势能与点o处的电势能之差.

画本题的受力分析图时:(1)先画重力方向，垂直向下。(2)准确画出电场力方向的关键在于挖掘隐含条件:物体沿直线运动，本题中电场力可能水平向左，也可能水平向右，但物体上的合力不能为零。所以作用在物体上的合力只能和速度在一条直线上，所以电场力的方向只能是水平向右。

4.8注重物理过程的分段训练

要构建一个更复杂的物理图景，首先要搞清楚一个物理过程可以分为哪些阶段，其次要知道每个阶段都有哪些物理量与之相关，再次要分析每个阶段所遵循的物理规律。在分析物理过程时，我们通常把现象发生的顺序作为一个物理过程。当涉及到物体运动的不同过程时，两个相邻的过程往往以“速度”为“指挥棒”

4.9重视教科书插图的教学

新教材中的图片更加丰富，主要是借助图片的作用，类比抽象的概念和规律等。比如为了描述抽象的电场，引入了电场线。为了形象地说明电位的高低，用等高线模拟等电位面，用电梯的功表示电池的电动势等。在教学中要注意对课本插图的观察和思考，指导学生如何看图，建立抽象规律与图片的关系，从而提高学生的绘画能力。

4.11综合制图训练-物理习题教学

由于学生的个性差异，思维也有自己的特点。习题教学应加强图片教学。通过审题和画示意图，教学生如何由易到难逐步消除思维障碍。在这个过程中，教师不应该代替学生的思维过程。笔者认为，绘制物理问题包括以下几个环节:

(1)阅读和复习

找出题目中明显给出的已知条件是什么，题目中隐含的已知条件是什么，题目的目标应该是什么。

(2)建立场景图

物理问题通常是用语言来描述的，语言是建立在现实客观事物存在的基础上的。学生在看题的时候，脑子里会有相应的表征。也就是说，他们会根据自己的生活经验建立初步的问题场景图，确定研究对象，划分过程。图表在信息转换过程中的作用是帮助理解题意，寻找变化规律，建立各种物理量之间的关系。

边审题边画图，在图上用字母符号将条件和问题一一标注出来，让问题在头脑中形成完整的表象，以免在解题过程中中断思维，因忘记条件或问题而重新审题。同时，示意图可以使解决问题的必要条件同时出现在视野中，图表成为思维的载体。

(3)科学抽象

对阅读中发现的各种解题信息进行分析判断，抽象出研究对象的本质特征。

(4)受力分析

分析研究对象各工序的受力情况，绘制受力分析图。

(5)模型的识别

将研究者头脑中活跃的各种模型(如直线运动、圆周运动、抛体运动)与从问题情景中抽象出来的研究对象的特征进行比较，识别出合适的模型。

(6)形成物理图形

根据模型的特点，寻找出必要的物理概念或规律，并在这些概念和规律的指导下，绘制出研究对象的状态和过程。物理解题需要学生建立清晰的物理画面，所以画图需要把规律运用到画面上，把形象和抽象结合起来，把逻辑推理和不合逻辑的想象结合起来。

(7)合理的想象

拓展对模型形象、过程、关系的想象，并反映到图像上形成立体的动态图像，检验图形的合理性。

物理作图的过程就是确定解题方向的过程，是解题过程中的关键环节。物理绘画的过程不仅仅是感知的直接反应或感知形象的记忆和再现，也是属于感知层面的形象的再生思维过程。也是概念、规律、表象的有机结合，是抽象思维和形式思维有机结合的认知思维过程。这就是学生画物理图像难的症结所在。物理解题活动能有效促进学生智力发展也是一个有利因素。帮助学生形成更加正确的物理模型形象，养成形象思维的习惯，有助于学生顺利掌握建造环节。当然，对于高中生来说，实物绘画有很多困难，但只要重视形象画面的教学和绘画习惯的培养，进行有针对性的训练和指导，绘画能力是会提高的。