教育要“面向现代化，面向世界，面向未来”的教改指导思想以及“以学生发展为本”的教育观念，落实到中学物理教学中，就是要使学生的基本科学素质、创新精神和实践能力以及物理学习能力和研究能力得到普遍提高。如何达到这一目标，关键是要找到切实有效的教学切人口。作为表示物理规律的方法之一的物理图象（这里指在直角坐标系中绘出的表示两个相关物理量之间关系的函数关系图线），它既能直观、形象、概括地反映某两个相关物理量之间的关系，也能将一些用抽象数学解析式或文字无法表达或表达不清的物理现象、物理过程、物理状态、物理规律包含其中；它既是丰富的物理信息（指隐含着的与横、纵坐标量关联的物理内涵）的载体，又是形象思维和抽象思维相互联系的纽带；它既是广泛应用于科学实验中分析实验数据的方法之一，也是理论研究时常用的手段之一。因此，物理图象以其特有的教育功能，在培养学生的基本科学素质、创新精神和实践能力方面，在提高学生的物理学习能力和研究能力方面，可起到非常重要的作用。物理课堂教学中重视有关物理图象的教学，充分挖掘利用物理图象的教育功能，是物理课堂教学实施素质教育很好的切人口之一。
一、物理图象形成过程的教育动能
科学知识是由科学知识的形成发展过程及结论构成的。科学知识的形成发展过程是指科学概念科学规律的起源和发展以及它们的推导和论证过程。科学结论则是指经过科学知识的形成发展过程而得到的定律、定理和法则等。学生掌握科学知识，不仅要掌握科学结论，更重要的是要掌握科学过程。因为事物发展的根本动力在其过程之中，科学并不是知识本身，而是获取知识的探索过程，是人们运用创造思维不断创新的过程。以往侧重于应试的教学，往往较强调科学结论的学习和应用，而忽视科学知识形成发展过程中的科学思想、科学方法、科学精神、创新思维、创新方法、创新精神的教育，学生由此就失去了通过学习科学知识更好的提高科学素质、培养创新精神、掌握创新方法的机会。因此，在实施物理图象的教学时，一定要把物理图象的形成过程（即来龙去脉）解剖介绍给学生，这样既能使学生学会获取物理图象；又能对学生认识理解物理概念物理规律起到很好的催化作用；更重要的是学生可从中掌握科学方法和思维方式以及科研技能，培养科学精神和品德以及创新能力。
物理图象的形成方法之一：从物理现象中，通过实验手段获取相互关联的各物理量的实验数据，然后依据实验数据绘制而成。如研究光电效应现象时，保持人射光频率和光强不变，测量光电管两端加上不同的正、反向电压UAK时的光电流I，然后依据测得的I、UAK。值绘制成I-UAK图（见图1）。
物理图象的教学中，教师应注重解剖介绍用这种方法获取物理图象的过程（包括实验提出的背景、实验的设计、实验过程、图象绘制过程等）。使学生了解这种广泛应用于物理实验中实验数据分析的方法；了解在有些物理实验所反映的物理规律和结果还不完整全面或者还没有找到明确的函数表达式时，利用获取的实验数据绘制图象来表示实验结果，能简便直观地显示两个变化的物理量之间的变化规律（I—UAK图就是一个很好的范例）。使学生从中体验认识科学方法在科学研究中的实际应用，学会掌握科研方法和技能（如根据实验数据绘制图象时，怎样建立坐标和进行坐标分度，怎样根据数据描点，怎样根据数据点拟合曲线，怎样利用“控制条件”来形成物理概念和探索物理规律等）使学生从中树立求真崇实的科学态度（如结合科学家不畏艰难刻苦钻研，以坚韧的意志攻克难关的精神，以及如实纪录，不做丝毫改动、编造、虚构，尊重实验结果，尊重事实等科学态度教育学生）和激发探索自然规律的创新欲望和创新意识（如介绍实验提出的起因及实验设计过程中的创新思维等）。
物理图象形成方法之二：通过理论研究得出相互关联的各物理量之间的函数关系（即物理公式、物理规律），然后依据函数关系绘制而成。如N匝平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的e—t图，就是利用法拉第电磁感应定律得出 e＝εmsinωt这一函数关系，然后依据此函数关系绘制出e—t图的。又如，根据闭合电路欧姆定律，可得电动势ε和内阻r一定时总电流I随外电路总电阻R变化的I—R图（见图2）；由U＝ε一Ir可得到电动势ε和内阻r一定时的路端电压U随总电
通过让学生认识物理图象形成的过程。其一，可使学生了解物理概念和物理规律（包括物理过程、物理状态）不仅可用文字表述或用数学解析式表达，还可运用图象直观的展现，进而使学生学会从文字表述中、从运用数学语言表达的数学解析式中认识理解物理概念物理规律的同时，还学会借助由数学解析式演绎出来的物理图象认识理解物理概念、物理规律。如很容易从物理图象中直观地看出两个变化的物理量之间的变化规律，看出物理量的变化趋势，看出相关的物理结论等。在运用抽象思维的同时，利用图象的直观感知，既有助于认识理解又有利于记忆，同时学会运用多种方式多角度认识理解的方法，学生的物理学习能力自然得以提升。其二，有助于提高学生的应用能力。学生了解了物理图象来自于数学解析式这一形成过程后，在分析和解决有关选择物理图象的问题时，就容易掌握先运用物理公式或物理规律得出纵坐标量随横坐标量变化的数学解析式，然后依据数学解析式正确选择对应的物理图象这一基本思路。如（高考题）一均匀的直角三角形木板ABC，可绕垂直纸面通过C点的水平轴转动，如图7所示。现有始终沿直角边AB的。作用于A点的力F，使BC边缓慢地由水平位置转至竖直位置，在此过程中F的大小随a角变化的图象是图8中的哪一个？解答时，
二、物理图象分析方法的教育功能
物理图象分析方法的教学具有非常显现的帮助学生更好的形成物理概念、掌握物理规律、获取解决问题方法的教育功能；培养理解能力、分析综合能力的教育功能；培养理论与实践相联系解决问题能力的教育功能；培养学习能力和研究能力的教育功能；培养直观思维和理性思维相结合提高思维品质的教育功能；培养探索精神和创新意识、创新能力的教育功能。因此，教学中应重视结合运用物理图象的分析，充分发挥其教育功能。
图象由“数”到“形”，由“形”再到“数”；其中“形”是概念规律整体的直观表达，“数”则是概念规律整体的抽象表述。图象的分析就是要通过对“形”的剖析，强化对“数”的认识。中学阶段对物理图象的分析通常从“点”、“线”、“面”着手，局部的静态分析与完整的动态分析相结合，“数”与“形”相辅相成，促进全面深刻理解物理知识的物理实质和物理内涵，洞察物理知识的关系、变化和发展，构建“形象”和“抽象”交织而成的物理知识多维框架。
物理图象上的“点”代表某一物理状态，它包含着该物理状态的特征和特性。从“点”着手分析时，应着重认识理解该“点”所反映的物理意义。通常侧重分析的“点”：一是图象与纵轴。横轴的交点。如图3中，图象与纵轴的交点（即截距）反映出当I＝0时，U＝ε；而图象与横轴的交点反映出电源的短路电流。又如图1中，图象与纵轴的交点反映出光电管两端的电压为零时，光电流并不等于零这一重要特征；图象与横轴的交点反映出要使光电流降为零，必须给光电管加一定的反向遏止电压；它们都间接地反映了光电子逸出时具有一定的初动能。二是图线与图线相交的点。如图10中的P点表示甲、乙物体运动速度相同的时刻和速度。三是图象上的极值点。如图6中的D点表明当外电阻R等于电源内阻r时，电源有最大的输出功率。四是图象上的拐点。拐点通常反映出物理量的变化规律或物理过程在该点发生突变。如图11中的B点反映了一定质量的理想气体的状态变化过程由等温变化突变为等压变化。又如图12中A、B、C、D点反映了电压U随时间t变化的规律发生了突变。
物理图象上的“线”，若指图线本身，则其反映着纵坐标量随横坐标量变化时所遵循的规律。从“线”的角度分析物理图象时，除了要牢牢把握图象所描绘出的这一规律外，还要进一步分析图线在纵轴上或横轴上的投影线以及割线、切线、渐近线等。
图线上各点的切线的斜率在横坐标量为时间t时表示各点处的纵坐标量随t变化的变化率，变化率的大小则由切线陡度反映出来，切线陡度越大变化率越大。如V一t图象上各点切线斜率为该点对应时刻的瞬时加速度。又如磁通量φ一t图象上各点的切线斜率为该点对应时刻的瞬时感应电动势。有时图线上各点的切线斜率另有特定含义。如稳恒电路中电阻的I—U图象，若图线为直线，则该直线的斜率为电阻值的倒数；若国线为曲线，则国线上各点的切线斜率为该点对应电压下的“动态电阻”（非通常意义下的电阻）的倒数。；
图线的渐近线，一般反映出图线外延后的纵坐标量随横坐标量变化的趋向。如图2中，渐近线I＝0，反映出R趋向无穷大时，I趋向零；图 4中，渐近线 U＝ε，反映出 R趋向无穷大时，U趋向ε。
从“面”着手分析图象时，一般分两类，一类是某段因线和该段图线在横轴上的投影线以及过该段图线两端作出的平行于纵轴的直线间所围“面积”，该“面积”代表一个物理量。如V－t图中，该类“面积”代表位移；反映同一直线上的合外力F与位移S之间函数关系的F—S图象中，该类“面积”代表功；反映在一直线上的合外力F与时间t之间函数关系的F—t图象中，该类“面积”代表冲量；一定质量的理想气体等温过程的p－V图象中，该类“面积”代表气体做的功（如图11中画有斜线的“面积”I）。另一类是过图象上的某点作出的分别平行纵、横轴的直线与纵、横轴之间所围的“面积”，该“面积”即为纵坐标量与横坐标量的乘积，也具有一定的物理意义。如图14中，“面积”OU0AI0为电阻在电压U0时消耗的电功率。又如图3中，画有斜线的“面积”代表电源在路端电压为U0时的输出功率。再如图 11中，画有斜线的“面积”II代表克拉珀龙方程中的摩尔数n，摩尔气体恒量R，热力学温度 T的乘积 nRT；由于对一定质量的理想气体而言，摩尔数n为一定值s又为恒量，故该“面积”与热力学温度T成正比，该“面积”越大，气体温度越高。
以上为从“点”、“线”、“面”着手的局部的静态分析。然而一切物质都处于运动之中，运动的不同形态及描述运动形态的量之间又存在千丝万缕的关系，要全面深刻的认识这些关系，必须从其运动、变化之中去解读。具体到对物理图象的分析，就还应从完整的动态角度去分析。
“点”的移动，会牵动“线”、“面”的变化。首先，图象上的“点”沿图线移动时，与“点”关联的横坐标量、纵坐标量的变化规律将一览无遗。同时与“点”关联的“线”与“面”所代表的物理量的变化情况也随之突现出来。如整个图象在横轴和纵轴上的投影线则分别给出了图象所描述的函数关系的定义域和值域。又如图14中A“点”沿图线向上移动时，“点”到原点的割线斜率随之增大，反映出电阻的电阻值随I增大而增大。再如，图线上各点的切线斜率从动态角度认识；可以是零，可以为正，可以为负（正、负有其各自的意义）；可以是常量，也可以是变量。图线为直线，则其斜率所表示的变化率为常量；图线为曲线，则其上“点”的切线斜率所表示的变化率为变量，据图线上“点”的移动可判断“点”的切线斜率所表示的变化率变化的规律。如图13中，“点”由A点沿图线到B点的过程中。“点”的切线斜率越来越小，反映了质点的加速度越来越小，质点做速度越来越大的速度增大得越来越慢的变加速直线运动。另外，图线上“点”沿图线移动时，反映纵坐标量与横坐标量乘积的“面积”大小也随之变化，据此可判断该类“面积”所代表的物理量的变化规律。如图3中图线上中点户沿图线移动时，代表电源输出功率的斜边内接矩形面积将随之变化。根据直角三角形的斜边内接矩形面积中，斜边中点的内接矩形面积最大的结论，可判断得出路点移动时动态反映出R的变化，进而可判断得出R越接近r，对应的斜边内接矩形面积越大，即电源输出功率越大。
纵观上述对与物理图象关联的“点”、“线”、“面”的局部静态分析和完整的动态分析。物理图象分析方法的教育功能表现为：借助物理图象这一载体，为学生创设了形象直观的物理情境，然后通过对其认知和分析综合（即思维加工），使学生在科学方法的指导下，形成物理概念，掌握物理规律，获取解决问题的方法。“点”、“线”、“面”的局部的静态分析，有助于学生对有关的物理量、物理量的变化量、物理量的变化率等物理概念的认识理解；“点”、“线”、“面”的完整的动态分析，有助于学生对物理规律的认识和理解，以及获取解决问题的方法（运用物理图象求解物理问题的方法的文章很多，本文不再累述人学生通过学习物理图象的分析方法，可从中体验、认识、运用科学方法，形成和发展理解能力、分析综合能力、物理学习和研究能力；可从中体验、认识、运用从直观的感性认识向抽象的理性认识转化的思维形式，以及从认识物理图象这一客体的表象向逐步深化到认识物理图象这一客体的本质的思维过程，以此训练和培养优良的思维品质。
在分析依据实验数据绘制出的物理图象时，还应使学生学会内插法和外推法。通过内插和外推可得到实验没有得到的或无法得到的数据，可拓宽实验结果的物理意义，得出物理规律的边界条件，完善物理规律的表述，引发新的概念和规律。学生掌握内插和外推这些科学方法是形成科学实验能力和科学研究能力之必需，因此对物理图象的内插和外推同样具有培养学生科学素质的教育功能。
素质教育注重培养学生的创造力和创新精神。但基于中学阶段教育特点和中学生心理特点的局限，这方面的培养应更具体地落实在如何促使学生具有创新意识和创新潜能上。可以说，物理图象还具有这方面的教育功能。首先，体现在物理图象形成过程（不是单指依据实验数据绘制出物理图象）的教学中。概念和规律的产生、形成、发展，就是人类运用创新思维不断创新的过程，这一过程中涌现出来的创新思维、创新方法是人类极其宝贵的财富。在实施物理图象形成过程的教学时，要注意发掘形成过程中具有创新思维、创新方法之处，让学生体验和认识，由此使学生在潜移默化中逐步具有创新意识和掌握创新方法。其次，体现在物理图象分析方法的教学中。由于图象分析的直观简明，加上运用图象解答物理问题简捷明快，可使原来要用复杂的数学运算才能解决的问题得以简化，学生对图象的学习和运用往往产生极高的兴趣，由此能激发学生的钻研，在钻研的过程中，学生的创造潜能和创新精神得以激发。例如，教学中可借助“曲线化直”的图象分析方法，引导学生创造性的将一些较复杂的函数化为一次函数，使原来很复杂的初等数学无法解决的复杂函数问题转变为简单的线性问题。这一图象分析方法的应用能充分激发学生的创新思维，提高学生的创新能力。教学中不仅要引导学生学会在实验数据分析时运用“曲线化直”的科学研究方法，还可引导学生在涉及复杂的无法用初等数学解决的问题时，创造性的运动“曲线化直”简化数学模型。例如，蚂蚁离开巢沿直线爬行，它的速度与到蚁巢中心距离成反比。当蚂蚁爬到距巢中心11＝1米的A点处，速度是v1=2厘米/秒。试问蚂蚁从A点爬到B点需要多少时间（B点到巢中心距离l2=2米）？由于蚂蚁的速度v与到蚁巢中心的距离l成反比，即V·l=k，相应的蚂蚁速度随时间变化也不是线性的。因此不能用句变速直线运动公式解答；又由于相等路程中的平均速度也不同，也不能直接利用平均速度公式解答。
学生应用“曲线化直”的图象分析方法，对提高学生应用能力，体验创新方法，激发创新潜能，发展创新精神是可起到一定.作用的。
总之，物理课堂教学中充分发挥物理图象的教育功能，定将有助于素质教育的实施。
摘自物理教学