周金金

(江蘇省啟東市呂四中學 226241)

化曲為直是高中物理教學活動中較為常見的一種思維模式，通過對抽象材料的直觀化處理，其能夠?qū)⑽锢韱栴}、物理現(xiàn)象以更加直觀的方式呈現(xiàn)給學生，從而使學生“少走彎路”.對于當前的高中物理教學活動來說，“化曲為直”思想的應用能夠幫助教師實現(xiàn)簡單教學、高效互動的目標，在解讀物理知識的同時，能夠開發(fā)學生的物理思維.對“化曲為直”思想進行應用，構(gòu)建全新的物理教學框架，能夠有效提升學生的學習積極性.

1 化曲為直法的意義

化曲為直法適用于測量圓柱的周長，可以用繞線的方法，將線拉直得到圓柱的周長，利用化曲為直的方法可以解決曲線運動中的問題.在物理教學中，部分學者認為利用運動合成與分解的辦法解決曲線運動中的問題，將曲線運動當作兩個方向上的直線運動的合成，認為這就是化曲為直的辦法，實際上這并不是真正意義上的化曲為直.化曲為直在曲線運動中就是將運動的過程細分，然后再根據(jù)某一段細分的運動展開研究，這才是真正意義上的化曲為直.比如，物體在水平力的作用下可以做水平圓周運動，在整個圓周運動中取一小部分的圓周運動來研究，因為這段圓周運動比較短，所以可以看作直線，在這段運動中物體受到的滑動摩擦力的方向和運動的方向是相反的，所以可以先算出滑動摩擦力在這段運動中做的功，然后再將每一小段運動做的功相加，就可以得到整個運動中所做的功，這就是化曲為直法.

2 高中物理教學中“化曲為直”思想的應用研究策略

2.1 處理實驗數(shù)據(jù)，探尋物理規(guī)律

在物理學習的過程中，實驗是必不可少的一項內(nèi)容，很多物理知識都是通過實驗總結(jié)出來的.同時，很多物理實驗在總結(jié)規(guī)律時是以函數(shù)圖像的形式展現(xiàn)的，有的函數(shù)圖像為一次函數(shù)，有的卻不是.探究非一次函數(shù)圖像物理規(guī)律的過程是比較復雜的，如果直接用兩個物理變量作為坐標變量畫圖，就不能根據(jù)這個坐標變量找出其中的物理規(guī)律，所以在物理實驗的過程中，教師要正確地引導學生找出物理實驗中可以形成一次函數(shù)關(guān)系的自變量和因變量，這樣才能將非一次函數(shù)圖像變?yōu)橐淮魏瘮?shù)圖像，從而根據(jù)圖像找到其中物理量的變化規(guī)律，這也是利用了“化曲為直”的思想.

以人教版必修一《牛頓第二定律》為例，其中實驗是探究加速度與力之間的關(guān)系，因為力與質(zhì)量有關(guān)系，所以加速度與質(zhì)量之間也存在關(guān)系.在尋找加速度與質(zhì)量之間規(guī)律的過程中就必須觀察加速度與質(zhì)量變化的實驗數(shù)據(jù)，在這個過程中可以利用倒數(shù)，然后將圖像化曲為直，如圖1所示.

圖1

觀察圖像可以發(fā)現(xiàn)在相同力的作用下，質(zhì)量越大加速度越小，可以猜想加速度與質(zhì)量成反比.同時也可能是加速度與質(zhì)量的平方成反比，或者是其他的關(guān)系，并不能得出確切的結(jié)論.在探究時可以采用反面檢驗的方法，檢驗加速度是否和質(zhì)量成反比，如果知道了加速度和質(zhì)量的圖像是否為雙曲線圖像，那就知道了加速度與質(zhì)量之間是不是成反比，但是證明加速度與質(zhì)量之間是不是雙曲線是比較難的.如果加速度與質(zhì)量成反比，那么加速度就與質(zhì)量的倒數(shù)成正比.可以以加速度為縱坐標，以質(zhì)量的倒數(shù)為橫坐標建立坐標系，根據(jù)加速度與質(zhì)量倒數(shù)的圖像是不是直線來判定加速度是不是與質(zhì)量成反比.看圖可以知道加速度和質(zhì)量的倒數(shù)成正比關(guān)系，這就是利用倒數(shù)化曲為直的思想.

2.2 轉(zhuǎn)化思維，掌握基礎(chǔ)知識

“化曲為直”思想的核心教學目的十分明確：將復雜的物理問題與物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為直觀的物理問題，對相關(guān)問題進行再加工，確保學生能夠在解答問題的第一時間掌握問題的考查方向.在“化曲為直”思想的帶動下，“少走彎路”“高效教學”已然成為物理教學活動的第一目標.從當前的物理教學工作來看，高中物理教學活動中“彎路”的出現(xiàn)主要與教師的教學方法有關(guān)：在授課過程中，教師的授課活動帶有強烈的目的性特點，以幫助學生掌握物理知識、解答問題、拿到高分為第一教學要求，并不重視學生對于基礎(chǔ)知識的掌握.物理大樓不斷提高，根基尚不牢固，學生很難不走彎路.

在“化曲為直”思想下，可借助基礎(chǔ)知識落實教學工作，讓學生在解讀基礎(chǔ)概念的同時完成“化曲為直”的教學任務，確定全新的學習方式.以人教版必修一教材《時間和位移》的教學為例，在學習“位移”這一概念的過程中，受到“時間”“速度”兩個物理量的影響，學生很容易將位移與路程混淆，從而產(chǎn)生概念上的記憶錯誤.面對該學習問題，教師依靠死記硬背幫助學生掌握物理知識.在“化曲為直”思想下，可利用表格幫助學生進行比對記憶，對路程、位移的特點分別進行歸納：位移是矢量，表示初位置指向末位置的有向線段，大小與路徑無關(guān)；路程是標量，表示質(zhì)點在空間中初位置到末位置的距離.位移有正負之分，其正負代表方向，路程沒有正負之分，只有大小.在總結(jié)以上規(guī)律之后，可要求學生結(jié)合物理學習經(jīng)驗歸納物理知識，對物理概念進行系統(tǒng)化的記憶.在“化曲為直”思想的引導下，必須掌握方法抓住基礎(chǔ)，才能為后續(xù)的物理學習活動打下良好的基礎(chǔ).

2.3 導入圖形，提高教學效率

高中階段的物理教學活動以符號、公式與定理為核心要素，在落實教學工作的過程中，學生需要先理解物理概念，然后才能參與到后續(xù)的學習活動當中.面對錯綜復雜的文字知識，學生需要消耗大量的時間來理解概念的基本定義，從而完成物理學習任務.這種教學方法對學生能力較差的學生提出了較高的要求，使其學習素質(zhì)與物理技能逐步下滑，物理學習水平直線降低.

2.4 轉(zhuǎn)換方法，加快解題速度

“化曲為直”思想的重要應用價值之一便是其能夠幫助學生轉(zhuǎn)換解題方法，將新的解題思路帶入到物理課堂當中，從而加快學生解答物理問題的速度.但對于如何轉(zhuǎn)換方法、轉(zhuǎn)化之后如何解題這一問題，教師并不會刻意對學生進行講解.隨著教學活動的逐步推進，學生雖然某些問題能夠用更為簡便的方法，但苦于無法可施，其整體的解題效率并沒有得到提升.

在應用“化曲為直”思想的過程中，可對學生的解題方法、解題策略進行優(yōu)化，以此來提高學生的解題速度.以人教版必修二教材《曲線運動》的教學為例，可為學生設(shè)計如下問題：在高度為200m的高空有一架直升機以60m/s的速度駛過，在水平飛行時投下一物體，求物體落地時的速度.部分學生在解題的過程中采取“想當然”的思想，認為物體沒有初速度，落地之后的速度也為零.但在飛機上，物體與飛機保持同等速度，其水平方向的速度相等.教師可借助坐標系法幫助學生轉(zhuǎn)化解題思路：繪制坐標軸，取第四區(qū)間為運動區(qū)間，模擬物體與飛機的運動狀態(tài).其中在x方向上，飛機與物體的運動速度相等，都是10m/s，將這一信息標注出來，在豎直方向上，物體做加速度為g的勻加速運動，結(jié)合水平、豎直方向的運動速度，可以構(gòu)建三角形，三角形的最長邊就是物體落地時的速度.

2.5 共同交流，帶領(lǐng)學生反思

部分學生的邏輯思維與理性思維較為優(yōu)秀，在物理教學活動中，其已經(jīng)具備了分析物理現(xiàn)象的良好素質(zhì)，對于出現(xiàn)在教學活動中的物理問題，學生也能夠通過交流活動解答物理知識的核心概念，從而提高學習效率.對于物理教學來說，該類學生已經(jīng)掌握了“化曲為直”的基本思路，作為教師，我們應該為學生創(chuàng)造更多表達的機會，通過小組合作的模式，讓其獨特的解題思路影響其他學生，從而使學生形成良好的物理素質(zhì).

在《功》的教學中，與“功”相關(guān)的問題令學生感到十分頭痛，對于這類問題，學生不僅要解決“物體做功多少”這一難題，更要對物體的曲線運動特點進行解答，解題要求十分繁瑣.教師可引導學生展現(xiàn)自己的物理解題思路，在互動交流的過程中“化曲為直”.以下列問題為例：大小為10N的力F作用在半徑R=1m的圓形轉(zhuǎn)盤邊緣上，力F的大小時刻保持不變，方向始終與作用點的切線一致，問圓盤轉(zhuǎn)動一周，力F做功多少？本問題中對曲線運動、力的做功兩個概念做出了強調(diào)，在分析的過程中，學生會按照曲線運動的做功特點進行計算，計算要求較為繁瑣.部分學生則“化曲為直”，將曲線運動轉(zhuǎn)化為直線運動進行計算：力F的方向始終與作用點的速度方向保持一致，可以將圓周劃分為許多小段，當這些小段長度s足夠小時，便可將這些“小段”視為距離有限的直線進行計算，由于力F的方向與小段的位移方向相同，計算更加簡便.借由Fs1+Fs2+Fs3+…=2πFR，便可得出計算結(jié)果.在應用“化曲為直”思想的過程中，部分學生對于“化曲為直”的理解不夠透徹，不敢詢問老師，教師可借助互動引導學生主動應用“化曲為直”，依靠學生的反饋完成教學任務.

總之，“化曲為直”思想不應該僅被應用在曲線運動與直線運動的互相轉(zhuǎn)化當中，其更應該成為一種以簡便、高效為核心的教學模式.教師應嘗試在教學、互動、答題等活動中應用“化曲為直”思想，合理篩選物理解題信息，對“化曲為直”加以利用，搜集信息從而提升解題速度，使“化曲為直”為學生的物理學習活動服務.