羅鎮(zhèn)姬

摘? ?要：物理圖像可形象、直觀地描述物理狀態(tài)、物理過(guò)程或物理規(guī)律，它既是物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是物理研究的基本工具。加強(qiáng)對(duì)物理圖像“繪圖、識(shí)圖、用圖”能力的教學(xué)，可以提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。而圖像類試題不僅是近年各地、市的中考熱點(diǎn)，也是廣大考生拉開(kāi)差距的主要題型?，F(xiàn)以中考真題為例進(jìn)行歸納、分析，希望有助于提升考生用物理圖像解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)科素養(yǎng);中考;物理圖像;教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）11-0036-5

物理圖像是指直角坐標(biāo)系中反映兩個(gè)相關(guān)物理量之間函數(shù)關(guān)系的圖像，是基于數(shù)形結(jié)合思想的物理信息的載體，可形象、直觀地描述物理狀態(tài)、物理過(guò)程或物理規(guī)律?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（ 2011）》在課程分目標(biāo)的“知識(shí)與技能”中明確提出：知道簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄和處理方法，會(huì)用簡(jiǎn)單圖表等描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，會(huì)寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由此可見(jiàn)，物理圖像既是物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是物理研究的基本工具。日常教學(xué)中，加強(qiáng)對(duì)物理圖像的繪制、圖像的含義、圖像的應(yīng)用的教學(xué)，不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生使用科學(xué)證據(jù)對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋的求實(shí)科學(xué)態(tài)度，還有利于提升學(xué)生利用數(shù)形結(jié)合的方法進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律的科學(xué)思維能力，對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成大有裨益。而物理圖像作為一種試題類型，既能考查學(xué)生對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，又能考查學(xué)生從圖像中獲取信息進(jìn)行分析、推理、歸納的邏輯思維能力。所以，該類試題不僅是近年各地、市的中考熱點(diǎn)，也是廣大考生拉開(kāi)差距的主要題型。因此，在學(xué)生的中考復(fù)習(xí)過(guò)程中，以中考真題為例進(jìn)行分析、歸納，進(jìn)行“繪圖、識(shí)圖、用圖”教學(xué)，可以提升考生的應(yīng)試技能和方法。本文將對(duì)日常教學(xué)及中考復(fù)習(xí)兩階段的物理圖像教學(xué)進(jìn)行探討。

1? ? 加強(qiáng)初中物理圖像教學(xué)的實(shí)踐

1.1? ? 從圖像的繪制進(jìn)行教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)將基本圖像的繪制技能設(shè)定為教學(xué)目標(biāo)，重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集及圖像的繪制，通過(guò)圖像得出物理規(guī)律。如初中物理課程中，晶體（非晶體）熔化和凝固時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系、水沸騰時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系、同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系、重力與質(zhì)量的關(guān)系、定值電阻電流與電壓的關(guān)系等都涉及繪制物理圖像來(lái)描述物理規(guī)律。教學(xué)可以分四步：建立坐標(biāo)系—確定標(biāo)度—描繪數(shù)據(jù)點(diǎn)—擬合曲線，由淺入深、循序漸進(jìn)地實(shí)施教學(xué)，讓學(xué)生逐步掌握建立坐標(biāo)系、繪制物理圖像的方法和技能。

由于物理圖像的橫、縱坐標(biāo)是兩個(gè)相關(guān)的物理量，因此在教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生選擇合適的物理量，并在其后標(biāo)注單位。為了使圖像能在坐標(biāo)系中合理分布，客觀地反映出物理量的變化規(guī)律，坐標(biāo)的起點(diǎn)及標(biāo)度的確立也應(yīng)在教學(xué)過(guò)程中給予學(xué)生指導(dǎo)。圖1和圖2為人教版教材八年級(jí)上冊(cè)兩個(gè)待完成的坐標(biāo)系，從圖1“海波熔化時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖像”到圖2“同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系圖像”，是學(xué)生單獨(dú)建立橫坐標(biāo)到同時(shí)建立橫、縱坐標(biāo)的過(guò)渡，也是學(xué)生理解坐標(biāo)的起點(diǎn)不一定是零點(diǎn)的契機(jī)。建立合適的坐標(biāo)系后，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)測(cè)量結(jié)果如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用描點(diǎn)法繪制圖像，從中找出物理規(guī)律。以此培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成物理基本觀念，從而發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.2? ? 從圖像的含義進(jìn)行教學(xué)

物理圖像是通過(guò)數(shù)形結(jié)合的方式來(lái)反映兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，因此課堂教學(xué)中應(yīng)借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪制的圖像或習(xí)題中呈現(xiàn)的圖像，讓學(xué)生了解物理圖像五方面——坐標(biāo)軸、點(diǎn)、線、斜率、面積的含義，培養(yǎng)學(xué)生多角度觀察、分析圖像的能力。以下列3個(gè)物理圖像為例（源自2019年中考試題），教師可以在施教過(guò)程中向?qū)W生闡明物理圖像的含義。

1.2.1? ? 坐標(biāo)軸

識(shí)別橫、縱坐標(biāo)軸所代表的物理量是認(rèn)識(shí)圖像的前提，是了解圖像所反映的兩個(gè)物理量之間變化關(guān)系的基礎(chǔ)。如圖3、圖4、圖5，通過(guò)坐標(biāo)軸可知，三個(gè)圖像分別反映了路程與時(shí)間的關(guān)系、溫度與時(shí)間的關(guān)系以及電功率與時(shí)間的關(guān)系。

1.2.2? ? 點(diǎn)

圖像上不同的點(diǎn)所代表的含義往往不同，如圖像與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)、不同圖像的交點(diǎn)、圖像上的極值點(diǎn)或拐點(diǎn)等都有其特定的含義。如圖3所示，甲、乙與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)表示甲、乙在起始時(shí)刻的路程分別為20 m、0 m ;甲、乙的圖像在第2 s相交，表示二者在這一時(shí)刻的路程相同，均為20 m。如圖4所示，圖像A在第2 min、第6 min出現(xiàn)拐點(diǎn)，根據(jù)晶體熔化時(shí)溫度變化的特點(diǎn)可判斷A為晶體，熔點(diǎn)為0 ℃，且熔化過(guò)程是從第2 min至第6 min。

1.2.3? ? 線

圖像上的線反映某一物理量隨另一物理量變化的關(guān)系，描述了某一物理狀態(tài)、過(guò)程或物理規(guī)律。這些線可能是直線或曲線。與某一坐標(biāo)軸平行的直線說(shuō)明另一坐標(biāo)軸上的物理量不會(huì)隨該坐標(biāo)軸物理量的變化而變化。如圖3所示，甲的圖像為一條水平線，說(shuō)明甲的路程不會(huì)隨時(shí)間而變化，即甲處于靜止?fàn)顟B(tài)。過(guò)原點(diǎn)的直線則反映某一物理量與另一物理量的正比關(guān)系，如圖3所示，乙的圖像為過(guò)原點(diǎn)的直線，則乙的路程與時(shí)間成正比，即乙在做勻速直線運(yùn)動(dòng)。如圖4所示，圖像B是一條平滑的曲線，反映溫度隨時(shí)間逐漸升高的規(guī)律，由此判斷B為非晶體。

1.2.4? ? 斜率

斜率是指一條直線（或曲線的切線）關(guān)于橫坐標(biāo)軸的傾斜程度，表示某一物理量的變化率或者某一特定的物理量。如圖3所示，圖像的斜率反映了路程隨時(shí)間變化的快慢，即速度的大小，斜率越大，速度越大;圖像甲的斜率為零，速度為零，即甲處于靜止?fàn)顟B(tài)。如圖4所示，圖像A在0～2 min與6～10 min的斜率就反映了溫度隨時(shí)間變化的快慢;由圖像可以看出前階段（冰）升溫快，后階段（水）升溫慢;在物理學(xué)中，該現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)比熱容與物態(tài)有關(guān)的體現(xiàn)，圖像反映了冰的比熱容比水小的物質(zhì)屬性。

1.2.5? ? 面積

從圖像上的某一點(diǎn)作出的分別與橫、縱坐標(biāo)軸平行的直線與兩軸之間所圍成的面積為橫、縱坐標(biāo)兩物理量的乘積。如圖5所示，圖像在某段時(shí)間內(nèi)與橫坐標(biāo)軸圍成的面積是電流所做的功，也就是所消耗的電能，該面積所對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為W=Pt。

1.3? ? 從圖像的應(yīng)用進(jìn)行教學(xué)

在以上教學(xué)基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步深入拓展，進(jìn)行物理圖像的應(yīng)用教學(xué)。通過(guò)圖像中多元信息的收集、處理等教學(xué)工作，培養(yǎng)學(xué)生從圖像中獲取信息、整合知識(shí)的綜合能力，鍛煉學(xué)生分析、判斷、推理、歸納等科學(xué)思維能力，從而提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

例如，圖6甲所示的電路圖中，閉合開(kāi)關(guān)，滑動(dòng)變阻器滑片從一端移動(dòng)到另一端，記錄電壓表與電流表示數(shù)并繪成圖像，如圖6乙所示。該圖像看似簡(jiǎn)單，卻隱含著多個(gè)信息：第一是極小值點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器接最大阻值端（右端）時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)最小;第二是極大值點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器接最小阻值端（左端）時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)最大，此時(shí)電壓表的示數(shù)即為電源電壓，電壓與電流之比（斜率）為定值電阻的阻值。

再如，圖7所示為物體受到的拉力F與其下表面浸入液體中的深度h之間的關(guān)系圖像。由極大值15 N、極小值6 N，可分別判斷出物體的重力以及完全沒(méi)入水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，并由拐點(diǎn)（10 cm，6 N）得知此時(shí)物體剛沒(méi)入水中。應(yīng)用圖像的這些信息，還可以求出物體所受的浮力、物體的密度等相關(guān)物理量。

2? ? 提升考生運(yùn)用圖像解決問(wèn)題的能力

縱觀近年來(lái)各地、市的中考物理試題，圖像類試題逐年成了命題的熱點(diǎn)，但考生的答題情況卻不容樂(lè)觀。2019年江西省中考某市57 369名考生關(guān)于三道物理圖像類試題及全卷的得分統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)不難看出，圖像類試題是中考物理試卷中失分率較高的試題。為迎戰(zhàn)以后的中考，我們?cè)趶?fù)習(xí)教學(xué)中應(yīng)做到有的放矢，進(jìn)行“繪圖、識(shí)圖、用圖”教學(xué)，以提升考生靈活運(yùn)用物理圖像解決問(wèn)題的能力。下文將以2019年中考試題為例進(jìn)行闡述。

2.1? ? 繪圖能力

正確建立坐標(biāo)系是繪制物理圖像的首要前提。利用坐標(biāo)紙建立坐標(biāo)系首先應(yīng)建立橫、縱坐標(biāo)軸，并分別在坐標(biāo)軸的末端標(biāo)出物理量和單位;之后可以結(jié)合所選坐標(biāo)紙的大小、測(cè)量數(shù)據(jù)的分布范圍及精確度來(lái)確定橫、縱坐標(biāo)的分度值，最終在此基礎(chǔ)上標(biāo)示相應(yīng)的刻度。例1是2019年江西中考物理試題中得分率最低的試題，考查坐標(biāo)系的建立。雖然學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握了圖像的相關(guān)知識(shí)與技能，但往往忽視了將其內(nèi)化為自身的學(xué)科核心素養(yǎng)。通過(guò)此類題型的考查，可以促進(jìn)學(xué)生規(guī)范建立坐標(biāo)系，如物理量中的數(shù)據(jù)應(yīng)有單位、坐標(biāo)軸應(yīng)均勻標(biāo)度等。

例1 （多選）處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常選用坐標(biāo)紙建立坐標(biāo)系。如圖8所示，所建立的坐標(biāo)系符合物理要求的是（? ? ?）

A.質(zhì)量與體積的關(guān)系? ? ? ? B.重力與質(zhì)量的關(guān)系

C.電流與電壓的關(guān)系? ? ? ?D.路程與時(shí)間的關(guān)系

正確建立坐標(biāo)系后，一般采用描點(diǎn)法進(jìn)行物理圖像的繪制，即在坐標(biāo)軸上標(biāo)示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將點(diǎn)連成直線或平滑曲線。用描點(diǎn)法繪制物理圖像時(shí)，應(yīng)確保盡可能多的點(diǎn)落在線上，其余的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè);同時(shí)要注意甄別錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)與特殊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，前者應(yīng)排除再進(jìn)行圖像的繪制，后者卻應(yīng)納入圖像的繪制。例2是常見(jiàn)的繪制圖像類試題。

例2 小明用圖9甲所示的裝置探究固體熔化規(guī)律，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

（1）請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在乙圖中作出固體熔化的圖像。

……

2.2? ? 識(shí)圖能力

物理圖像的識(shí)別是指根據(jù)已掌握的物理知識(shí)，找出物理圖像與物理狀態(tài)、物理過(guò)程或物理規(guī)律之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如例3的解答，要建立在對(duì)液體溫度計(jì)的工作原理、晶體熔化規(guī)律等知識(shí)的理解之上，再結(jié)合圖像整合相關(guān)知識(shí)去識(shí)別。由于液體的熱脹冷縮，溫度計(jì)接觸冰水混合物后，溫度計(jì)內(nèi)液體的體積隨時(shí)間變化的情況實(shí)際上可轉(zhuǎn)化為溫度（溫度計(jì)示數(shù)）隨時(shí)間變化的關(guān)系：先降低，后保持不變，再升高達(dá)到室溫，保持不變。

例3? 在如圖10溫度計(jì)所示的恒溫環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將溫度計(jì)放入一杯冰水混合物中，從溫度計(jì)放入開(kāi)始計(jì)時(shí)，放入時(shí)間足夠長(zhǎng)，下列哪幅示意圖可反映溫度計(jì)內(nèi)液體的體積隨時(shí)間而變化的情況（? ? ?）

2.3? ? 用圖能力

運(yùn)用物理圖像分析、解決問(wèn)題不僅要求學(xué)生對(duì)物理知識(shí)有較好的理解和掌握，而且要求學(xué)生能從物理圖像有效地獲取信息。因此，物理圖像是試題信息承載的一種形式，與題干信息關(guān)聯(lián)、互補(bǔ)。如例4，圖像中第20 min這一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)，將汽車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解為兩個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程。其中，第20 min至第50 min的路程s和時(shí)間t都可以從圖像中得出，并根據(jù)公式v=s/t計(jì)算速度。但試題所求的卻是第20 min至第40 min的速度。因此，學(xué)生能否正確理解勻速直線運(yùn)動(dòng)的含義成了這道題的解題關(guān)鍵，也是試題有著良好區(qū)分度的原因所在。而0～50 min汽車平均速度的求解，應(yīng)直接根據(jù)平均速度的定義，利用第50 min末汽車行駛的路程除以時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，而不能生搬硬套利用圖像中兩個(gè)不同斜率求出兩個(gè)平均速度，相加再除以2得出。因此，本題的考查，可引導(dǎo)考生合理應(yīng)用圖像解題，同時(shí)甄別違背物理概念和規(guī)律機(jī)械套用圖像解題的現(xiàn)象。

例4? 圖11是根據(jù)王爺爺駕駛汽車在某段平直高速公路上行駛時(shí)記錄的數(shù)據(jù)描繪出的s-t圖像。請(qǐng)你根據(jù)圖像，求：

（1）20 min～40 min時(shí)間段內(nèi)汽車的速度;

（2）0～50 min時(shí)間段內(nèi)汽車的平均速度。

總之，日常教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)來(lái)引領(lǐng)教學(xué)，從圖像的繪制、含義和應(yīng)用等方面入手，加強(qiáng)初中物理圖像的教學(xué)，使學(xué)生形成良好的科學(xué)思維和求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。中考復(fù)習(xí)階段，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生用圖像解決實(shí)際問(wèn)題的能力來(lái)展開(kāi)教學(xué)，以中考真題為依托進(jìn)行歸納、分析，提升學(xué)生整合圖像與相關(guān)物理知識(shí)的能力，使學(xué)生真正具備理解知識(shí)、應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新的物理學(xué)科能力。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯? ? 陳? 潔）