李善恒
山东省临沂第四中学，山东 临沂276002
摘要：新课改背景下，新时期的高中物理教学需要特别重视培养学生物理科学素养，重视进行物理思想方法的教学，应用数学工具更好开展物理学教学，提高物理知识的教学效果。数学是一切科学的基础，是一种重要的思维与解题工具，愚弄数学工具可以解决各类物理问题，将物理内容通过数学图像直观展现，结合逻辑关系推导物理概念。通过应用数学推导、应用函数图像、应用极值判断等，可以分析与解决各类物理问题，提高物理课程的教学效果。新时期的物理学教学中，教师运用以上策略展开教学，可以更好培养学生物理科学素养，达成教学目标。
关键词：物理科学素养；高中物理；数学工具；推导；几何图像；极值判断
核心素养是指与学科相关的，能够符合学生个人成长与终身发展的必备能力与关键品格，高中物理学科核心素养一般包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度。基于“物理科学素养培养”下，在高中物理教学中，教师可以应用数学工具，更好开展相关物理教学，帮助学生理解物理概念，分析物理问题，解决各类难题，提高解题能力，提升物理教学效果。数学方法与物理学结合中，可以用到推导法、极值法、函数图像法、几何图形法、比值定义法与数形结合法等。教师需要根据当前高中物理教学的主要内容和教学目标，根据物理教学的现状，分析高中生物理学习基础与认知情况，选择合适的数学工具，指导学生更好解答相关物理问题，提高物理教学的实效。
一、数学与物理的关系
新课改基于“物理科学素养培养”下，应用数学工具开展物理教学，首先需要明确数学与物理的关系，以此为基础应用相关数学工具，开展多方面的教学，才能够更好提高物理教学效果。物理与数学都具有思维逻辑性，对于学生的逻辑思维要求较高，当面对一个问题时，需要认真分析问题，根据实际情况融合理论知识，进行观察、思考与推导，从而解决问题。物理与数学都与空间想象力相关，数学学科中含有很多几何与函数图像，物理学科中需要通过分析几何图像进行受力分析等，从而更好解决实际问题，都需要重点培养学生空间想象能力。
物理学科的发展需要依赖于数学的发展，数学是物理学的重要表述形式，在物理中用到很多数学概念、数学符合与数学算理，牛顿在表述自己的研究成果时，将著作命名为《自然科学的数学原理》，可见数学与物理科学的本质属性相关。数学思维与数学思想方法在物理学中拥有广泛的应用，数学工具能够为研究和解决物理问题提供重要支撑，以此更好解决各类物理问题。
二、数学工具在物理学中的应用方案
（一）应用数学推导，训练逻辑思维
高中物理教育教学中，教师需要转变传统的单独讲授教学方式，引领学生参与到物理知识形成的全过程中，促进学生自主学习与合作探究，重视培养学生观察能力、逻辑思维能力与空间想象能力等[1]。根据教学经验，可以明确物理学中常需要运用数学工具推导物理公式、解决物理问题。基于这个基础，在高中物理学科教学中，教师首先可以应用数学推导法，训练学生逻辑思维，帮助学生更好理解物理概念，推送物理公式，解决物理问题等。
例如，人教版高一物理，在“牛顿第三定律”的教学中，教师可以应用数学推导法展开教学，指导学生更好证明牛顿第三定律。牛顿第三定律运用数学表达式“F1=-F2”，教师可以这样指导学生：设两物体初始状态是M1V1、M2V2，相互作用后状态是M1V12、M2V22，这两物理相互作用只受到相互作用力（作用力和反作用力），遵循动量守恒，所以M1V1+M2V2=M1V12+M2V22，V12=V1+a1t,V22=V2+a2t，M1V1+M2V2=M1(V1+a1t)+M2(V2+a2t)，经过化简之后得出：M1a1t+M2a2t=0，由于相互作用时间一定相等，加上动量守恒不受时间限制，所以M1a1+M2a2=0，然后再结合牛顿第二定律的F=am可知F1+F2=0，所以F1=-F2。对于其他的物理概念或物理公式，教师同样可以指导学生运用数学推导法，并开展相关训练活动。
（二）应用函数图像，培养数形思维
在高中物理中，还需要用到各种各样的函数图像，这是一种数形结合的思想方法，能够更好培养学生数形结合思维，帮助学生更好分析与解答问题。作为一种形象化的数学语言和重要工具，能够直观描述运动变化，反映物理概念与科学规律，更好表示语言无法表述的相关内涵[2]。
例如，高一物理教学中，关于加速度有这样一道题目：汽车在恒定功率牵引下，从平直的公路上由静止出发，4分钟的时间里行驶1800米，那么在4分钟结束后汽车的速度是多少？教师可以先让学生自主解答，然后进行解析：根据题意分析可知，画出对应的函数图像，从静止开始做的是匀加速直线运动，当面积1等于面积2时，汽车在4分钟末速度是v1=2x/t=2×1800/4×60=15m/s，据图可知汽车速度小于15m/s；如果汽车做的是匀速直线运动，根据图示可知4分钟末的速度是v2=x/t=1800/4×60=7.5m/s，据图看出汽车速度大于7.5m/s。
（三）应用极值判断，提升解题能力
极值问题在高中物理的问题中存在较广，是高中物理考察的重点内容，对于学生的分析能力、理解能力、推导能力等有着较高的要求。应用极值判断，解决物理问题，需要判断是否存在极值，学会怎样求极值等，教师可以据此教学。
例如，求弹性正碰中m1所传递给m2的动能最大或最小的条件。有这样一个求极值的问题：设一质量是m1，动能是EK的物体和一质量是m2的不动物体正碰，如果发生的是弹性碰撞，试着讨论m1传递给m2的动能最大或最小的条件。教师可以指导学生设原速度是V1，碰撞后两个物体速度是V1’,V 2’，然后根据弹性正碰的动量守恒与动能守恒，列出方程组与解方程，求极值条件与极值。在分析之后让学生自行解答，然后进行总结与开展训练活动。
结语
综上所述，关于基于“物理科学素养培养”下，应用数学工具开展物理教学，教师可以分析物理学科核心素养的基本内涵，认识传统物理教学中存在的问题，分析当前高中物理教学现状与基本学情，更加重视培养学生物理学科核心素养，运用数学工具讲解物理基础概念，指导学生解答各类物理问题，培养学生运用数学思维解决物理问题的观念，从而提升物理教学实效。
参考文献：
[1]王惠清.数学工具在高中物理学习中的应用研究[J].读与写(教师), 2019(7):0236-0237.
[2]周建中. 数学工具在高中物理运动学中的运用[J].中学生数理化：学研版, 2019, 000(012):P.22-23.