黄多智

摘 要：图像可以展示物理情境，表达物理概念之间的关系，体现蕴含于物质结构、相互作用和运动之中的规律.图像简单直观信息量大，具有文字、符号不可替代的优点.不论是教材还是试卷当中都占有极大的分量，因此提高学生的读图能力是物理课堂教学的重要任务之一.

关键词：图像;读图能力;核心素养

物理语言包括可以相互转化和补充的文字语言、符号语言和图像语言三种形式.其中的图像语言又可以分为展示物理现象类、表达物理概念关系类、反映物理规律类和体现物理方法类等.这里主要就基于直角坐标系表达物理概念关系类的函数图像，探讨学生读图能力的培养策略.据统计，在2019年的高考中，全国卷Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的物理试题中这类图像一共有30幅.散见于选择题、实验探究题、计算题和选修模块中.可以说出现频次高，分布范圍广，考查方式灵活.一般而言是试题命制者将图像呈现给读者，但是在实验探究题、计算题等，还可以让读者根据命题者的要求去描绘.有利于对学生进行概括论证、关联整合、分析解释、推论预测、综合应用、直觉联想、迁移与质疑和建构新模型等物理学科能力的全方位考查，属于考查的重点、难点，历来受试题命制者青睐.

1 提取信息能力的培养

面对新图像，在接收并记忆了各类外界信息后，根据科学的思维图式，按物理属性对同质的事物和过程将这些信息进行抽象概括，排除干扰信息的影响，从中提取有效信息是学生读图的基本能力.

例1 （2019.Ⅰ.21）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示.在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a-x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体.已知星球M的半径是星球N的3倍，则（ ）

A.M与N的密度相等

B.Q的质量是P的3倍

C.Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D.Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

M星球（实线）a1=3a0x1=0此时物体P还没有压缩弹簧，只是刚刚放上去，则该星球M上自由落体加速度g1=3a0

a=0x1=x0“重力”与弹力相互平衡，即3m1a0=kx0

N星球（虚线）a2=a0x2=0此时物体Q还没有压缩弹簧，只是刚刚放上去，则该星球N上自由落体加速度g2=a0

a2=0x2=2x0“重力”与弹力相互平衡，即m2a0=2kx0

表1纵坐标和横坐标的信息是从图像中直接提取出来的有效信息.“说明”则是经过概括和逻辑推理之后获取的新知识.通过对比分析，物体P在两个星球M和N上的自由落体加速度一目了然.结合列出的二力平衡方程，运用万有引力定律的规律及解题方法，即可得解.

从图像中提取信息主要关注以下三个方面：

（1）从图中提取有关物理量的大小、方向、变化趋势等信息.

（2）从图中提取斜率意义、交点意义、所在象限的意义等.

（3）重视形象思维的动态性.读图属于形象思维，图像是静态的，但是它反映的物理表象却可以是动态的.

2 信息加工能力的培养

提取到有效的信息后，要能够调用相应的物理概念、模型和规律对其进行分析，从而为物理现象构建合理解释，并通过学科推理对观点进行论证，以及预测未知的物理过程或结果.即具备对信息进行加工的能力，这是学生读图的关键能力.

例2 （2019.Ⅱ.19）如图（a），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离.某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v表示他在竖直

方向的速度，其v-t图像如图（b）所示，t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻.则（ ）

A.第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小

B.第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大

C.第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大

D.竖直方向速度大小为v1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大

第二次跳由图可知竖直方向上的速度是随着时间逐渐增加的，但是斜率越来越小，说明在竖直方向上是做加速度逐渐减小的加速运动.可见运动员所受阻力不能够忽略，则水平方向做的是减速运动.两次均不是平抛运动

结合情境图可知每一次跳水平方向的位移跟竖直方向上的位移之比都是恒定的.即两次的位移方向相同

落地时t1，v1>v2

落地时t2>t1，v2在落地前二者速度大小相等时，第一次的时间小于第二次的时间，因此第一次的平均加速度大于第二次的平均加速度.用时间相等时两次速度的大小关系也可以判断加速度的关系.再结合牛顿第二定律即可得阻力的关系.由v-t图像可知第二次图像面积大于第一次的面积.根据v-t图像面积表示物体的位移，则在竖直方向上第二次的位移大于第一次的位移.由于位移方向相同，则第二次水平方向的位移也大于第一次

按照事件发生的先后顺序列表，思路清晰，信息完整不易遗漏.同时也有利于学生将提取的信息一一与大脑中的概念、规律和方法对应，从而对问题做出判断.该题根据图像速度v变化的特点，消除了运动员做平抛运动的错误认识，促使学生进一步依据斜率思考加速度的变化规律.运用类比，跟匀变速直线运动的知识对比起来，设定速度相等或者时间相等，能够得到两次加速度的关系.比对面积的大小即得到竖直方向的位移关系.

信息加工需要注意以下几个方面：

（1）思考从图中提取的物理量之间有何函数关系，并列出来.

（2）思考从图中提取的物理量与未知量的最直接的关系，并列出来.

（3）将提取的信息转换为物理情境，注意形象思维的动态性和创造性结合.

（4）将提取的信息与大脑中的概念、规律和方法进行对比分析，对呈现的物理现象进行解释和判断.

3 信息运用能力的培养

信息的运用除了用于解決当前的物理问题外，很多时候还要对提取的信息以及新生成的信息进行反思以加深理解，在大脑中形成新的知识组块，将来面对新的较复杂的情境时能够及时调用，甚至发现新的知识和方法.

例3 （2019.Ⅱ.21）如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计.虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场.将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好.已知PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是（ ）

概析 本题并不知道PQ、MN两根导体棒开始运动时间隔的时间是多少，距离磁场区域多远，磁感应强度多大，导轨与地面的夹角多大等具体的数值，因此不好确定导体棒的运动状态，也不好确定感应电流的大小等.这样的问题，一般要从答案分析入手.

选项图像特点物理本质

A两个时间段内电流强度大小相等方向相反且恒定，中间有一段时间没有感应电流感应电流恒定一段时间说明导体棒PQ进入磁场后做匀速直线运动;中间有一段时间没有感应电流说明这段时间磁通量没有发生变化，即PQ已经离开磁场，而MN还没有进入磁场;两个时间段内电流强度大小相等方向相反说明是两根导体棒分别在磁场中运动时产生的感应电流.A正确B错误

B后段时间电流小于前段时间电流导体棒PQ和MN都是从同一位置由静止开始滑下，所以进入磁场的速度相等，感应电流强度也应该相等.故该选项错误

C两个时间段内电流强度方向相反大小不相等但恒定，前面电流强度小于后面，中间有一段时间没有感应电流感应电流恒定一段时间说明导体棒PQ进入磁场后做匀速直线运动;中间有一段时间没有感应电流说明这段时间磁通量没有发生变化，即两根导体棒都在磁场中做匀加速直线运动;后段时间电流大于前段时间电流说明PQ离开磁场后，MN在磁场中运动的速度大于进入磁场是的速度.C正确D错误

D电流关系与C相反由于PQ和MN都在磁场中时是匀加速直线运动，速度逐渐增大，因此MN离开磁场时的感应电流要大于PQ进入磁场时

由AB、CD两组图像的分析可以得到两根导体棒的运动可能情境.PQ进入磁场时合力为零加速度为零做匀速直线运动，产生恒定的感应电流.PQ离开磁场一段时间后MN才进入磁场，运动情况同PQ.另一种情况是PQ尚未离开磁场，MN即进入磁场.MN进入磁场时刻起两根导体棒一起做匀加速直线运动.还有没有其他的可能呢？做试题解析时可以让学生进一步探讨以加深对该题呈现的物理情境和反映的规律的理解.

该题若设定具体的量导体棒释放的时间间隔，释放时距离磁场的高度，磁场的磁感应强度，导轨与水平面的夹角、导体棒的电阻等数值，可以算出导体棒进入磁场时的速度大小，感应电动势的大小，电流强度的大小，流过导体棒的电荷量，电路产生的热量等等.这些问题需要老师作进一步的研究和引导.对于相同相似的物理情境反复运用，可以使得学生能够熟练掌握这类问题的解决思路和过程，并能够用于新的情境和新的问题.

4 启示

（1）通过新旧教材的对比，以及近几年高考命题趋势看，形象思维能力的学习和考查是难点和重点，在日常的教学过程中务必引起高度重视.因为它是实现发展学生核心素养的重要途径，也是学生核心素养发展的重要指标.

（2）对于图像问题，由于信息量大，识记区分难度相应增加，因此在解决这类问题时建议开列清单，不至于遗忘、遗漏和混淆.

（3）在日常教学过程中要尽可能让学生独立思考，然后通过交流分享，最后教师再评析，使学生的思维得到真正的锻炼.教师可以围绕读图这一主题设计一定的教与学活动，使学生在真实的环境中得到真实体验，通过反复练习提升学生的读图能力.

参考文献：

[1]郭玉英，姚建欣，张玉峰等.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2]阎金铎.物理学习论[M].南宁：广西教育出版社，1996.