物理数学知识在地理中的应用浅析

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1、数学、物理知识在地理中的应用浅析记数学、物理知识与地里不同步导致的教学问题亳州一中南校地理组：徐乾坤摘要：高中地理知识内容复杂，综合性强，与其他学科间联系密切，尤其与数学和物理。由于地理学中应用的数学和物理知识不能与地理教学同步，导致学生学习地理产生了很难逾越的障碍。关键词：高中地理 结合点 问题分析 方法初探 地理学是一门研究人类赖以生存和发展的自然地理环境，以及人类与自然地理环境关系的科学。高中地理学与物理、数学相结合的地方比较多，如行星运动、行星运动轨道平面与形状、地球自转与公转、极光的成因、太阳能量的来源的机理正午太阳高度、地理纬度等，高中地理中还用到不少物理概念（如力、角速度、线速度

2、、周期、参照物等）和物理规律（如万有引力、开普勒第二定律、力的合成与分解等） ，同时也用到了很多数学概念（如二面角、线面角等）和数学原理（如偏心率等） 。然而，目前高中地理学与物理学、数学之间的知识教学中存在脱节现象，使得某些部分的教学留下一些知识的段层，这不利于开拓学生的横向思维发展。以往的教学研究倾向于在各学科内进行，忽视学科之间的协调和整合。普通高中课程标准实验教科书，高中地理必修 1 与高中物理学、数学结合点最多，本文以此为例展开讨论。一、高中地理必修 1 所联系的物理学、数学知识在物理、数学教材中的分布（见表一、表 2 二）表一 高中地理必修 1 与高中物理学知识结合分布表：主要的结

3、合知识点 在高中物理中的位置 在高中物理中的学习时间行星的运动规律 必修 1、第四章 牛顿运动定律律必修 2、第六章 万有引力“开普勒定律高一第一学期期末学习高一第二学期中间学高中不学地球自转的角速度和线速度、周期必修 2、第五章 曲线运动 高一第二 学期的初表示太阳温度所用的绝对温标选修 12、第一章分子动理论 内能高二第二学期太阳能量的来源：核聚变反应 选修 12 第三章 核能 高二第二学期力的合成与分解 必修 1、第三章 相互作用 高一第一学期下半学期学机械能守恒定律 必修 2、第七章 机械能守恒定律高一第二学期地震波的传播特性人们感觉地震发生时，先是上下颠簸，接着左右摇动选修 34 第

4、十二章机械波波的传播特性高二第二学期二氧化碳、水的保温作用 物质的辐射规律 高中不学空气稀薄，气压低 大气压强 初中学习海陆热力差异 热量的影响因素 Q=mct 初中学习表 二 高 中 地 理 必 修 1 与 数 学 知 识 结 合 分 布 表 ：主要的结合知识点 在高中数学中的位置 在高中数学中的学习时间线面角、二面角 必修 2 第一章 立体几何 高一第二学期地球公转轨道 偏心率 必修 2 第二章 解析几何 高一第二学期正午太阳高度规律推算 必修 4 第一章 三角函数 高二第一学期统计规律 必修 3 第一章 统计初步 高二第一学期地球赤道线速度最大 必修 2 第一章 旋转体 高 一 第 二

5、学 期注 ： 数 学 北 师 大 版从表一、表二可以看出，学生在高一刚开始学习地理知识，其中所涉及物理学、数学内容却遍及高中的前前后后，有的知识在物理学、数学中还属于教学难点，这必将给地理教学带来很多的困难，使学生学习有畏难情绪，影响学习的自信心，甚至导致一些学生想学文科但是由于认为地理难学而放弃学文科，通过调查也证实这种现象存在的普遍性。二、目前教学中存在的不足及其原因的初步分析人类生活在自然地理环境中，就会受到自然环境与社会环境的影响和制约，而地球作为自然地理环境载体，地球本身又是宇宙天体中的一员，其运动和变化又受到其他天体的影响，因此高中地理教材把“行星地球”作为全书的第一章作为高中地理

6、学习的开始，这是基于地理学科知识的系统性考虑的，但是地理学用到了物理学、数学知识。与此相关的物理知识在高中物理学、数学中的编排也是基于本学科考虑的。显然，教材在编写中，对学科间的横向联系注意不够，这给教学带来一定的不便，这就要求教师在教学中兼顾各门学科内容之间的联系，克服传统教学中学科间缺乏联系的问题，体现综合性。在调查中发现，对待这一部分知识的教学存在一些不妥的地方。1地理教师对学生的知识储备了解不够，造成教学中与学生实际情况相脱节比如，在讲地球自转时，因为学生不理解角速度和线速度，很难理解教材中的结论：“地球表面除南北两极点外，任何地点的自转角速度都一样，地球自转的线速度，则随纬度的增大而

7、线速度减小” 。在教学中给学生讲解了线速度与角速度的定义，让学生能够理解和应用需要学生花很长的时间来理解掌握这些概念，导致课堂教学时间不足。而地球公转的近日点和远日点要到万有引力和开普勒第二定律，学生根本就无法理解，虽然在教学过程中用机械能守恒定律讲解，但是，学生对机械能守恒定律理解也是存在着问题。在讲太阳辐射能量的来源时，出现一系列的新术语或者说法：K（热力学温度的单位） 、氢核聚变反应、质量亏损、亏损的质量转化成了能量等等。学生一下子接触到这么多新知识，如果处理不妥当，必然造成学生听不懂。地转偏向力是水平物体运动发生偏移在教学中也存在很多的疑点，又是就是老师也无法解释，然而这些学生不能理解

8、知识，学生在后边学习大气运动和大规模海水运动还必须会应用。还有在讲太阳系的八大行星运动规律的共面性和近圆性就用到了二面角的定义和偏心率对椭圆形状影响。这些都给地理教学带来很多问题。2部分教师不能正确处理所遇到的其他学科的知识很多教师自觉不自觉地把知识进行分科：这是地理学科的、这是物理物理学的、这是数学学科的可谓泾渭分明！对学生提出的本学科外的问题，简单地以“这不是本学科要解决的问题”为由而不予理睬，这也不利于学生知识的理解、信息的整合，而且容易堵塞学生独立思考和钻研的积极性。各学科整合、整体发展是我国现在课程改革的发展趋势，作为一名教师不能只局限于自己所教学科知识的理解和掌握，而忽落与相关学科

9、知识的理解，作为教师要扩大知识面，注重学科间的结合点内容整合，要了理解相关学科的有关知识和相关解决问题的方法，提高教师的教学能力。帮助学生能够把理论知识应用到今后的工作和生活当中去，这需要教师要有这方面的理论知识和处理里有关问题的能力，经常在教学中发现很多学生掌握的理论知识不能够跨学科应用的问题，存在的十分普遍。这与教师教学中光注重本学科内容，而忽视相关学科不无关系。3不少物理教师和数学教师对地理知识了解不够，学科封闭，不能有效地利用“地理资源”从表一和表二可以看出，高中地理一开始就让学生接触到很多的数学知识和物理知识，有的理论知识学生根本就不理解，但是，却要学生能够应用这些理论知识，而有的就

10、是学生学习了但是应用起来也很困难。如果数学教师和物理教师讲到这些部分时注意和地理相联系，将会激发起学生的求知欲望，对理解、整合这些知识是有帮助的。然而，有不少数学教师和物理教师因为对地理知识掌握的本身就不是太深，在探究这些问题时就不能有效地利用这些宝贵“资源” 。调查发现，高中地理教师不熟悉高中物理知识，高中数学和物理教师不熟悉高中地理知识的现象比较普遍，原因主要是：（1）恢复高考以来，文理是分科的，物理是理科的课程，不少文科生仅仅在高一学习物理；高二时文科生就不再学习物理了虽然数学还要学习但是很多学生因为物理、数学学的不理想而只有选择文科，这是文科生开始放弃物理的学习；理科生学习地理到高二基

11、本也是放弃地理知识和理论知识的学习。这给地理教学带来了很大无奈和尴尬。（2）而高中地理教师大多是理科生出身，在高中对地理学习不够，成为高中地理教师学科的整合就出现了很多问题；文科生毕业的高中地理教师就问题就更多了，因为这部分教师自己都很难说对数学理论和物理理论就无法理解怎样培养学生跨学科应用能力。这和我国教育有密切的关系大学很多与地理专业只能理科生学习（如气象学、遥感技术学、环境科学、水文学、地理教育等） ，可是理科生在高中对地理知识掌握非常有限。（3）这一问题没有引起教育部门的足够重视，这方面的研究较少。虽然现在进行现代教育改革，但是高考依然是恢复高考最初的模式，是地理这个学科处于一个尴尬的

12、位置。使具有很强理解能力的理科生不学习地理，而考上大学后有些地理专业又必须理科生学习。文科生考上大学又不能选择一些地理专业是学生产生很多疑问。三、解决问题的方法初探对高中数学、物理与地理相结合点的教学，我们很有必要进行探索和研究，寻求富有成效的方法，同时要借鉴有经验教师的成功做法。1循序渐进，使知识逐步扩展和加深对同一问题，物理、数学和地理研究的侧面常常是不同的，对于能够讲清楚的问题（如：热力学温度 K，线面角） ，可以让学生有一个初步了解；对于现在不能讲清楚的问题，要做一些简化处理，比如：偏心率与椭圆形状的关系可以教学生画椭圆的方法，通过学生自己做实验来发现规律。地转偏向力（科 里 奥 利

13、效 应 ） 和开普勒第二定律是大学物理的内容，地理教学中应把重点放在该力对地球环境产生的影响上而不要放在讲地转偏向力本身上；而开普勒第二定律可以利用地球绕太阳公转地球的机械能守恒讲解。提高学生对地球公转在近日点速度快远日点公转速度慢。这样做不仅有利于学生理解重点知识，还为学生以后进一步学习有关的数学知识和物理知识埋下伏笔。哪些知识学生现在能够理解，哪些知识要等到关联的数学和物理知识学完后才能理解，对于后者涉及的地理知识可以放在期中、期末甚至在高三总复习时再深入讲解，到那时，学生可能很容易就理解这些知识了。2加强地理与相关学科之间整合这里包含两方面的意思，一是教学研究时，可以在必要的时候请相关的

14、任课教师参加，平时遇到一些相结合问题有必要与相关学科的教师进行讨论。这样做可以让教师了解相关学科的知识和教学情况，学生对相关学科结合点知识是否掌握，能够协调处理相结合知识点，不留下教学知识点上的死角。3在课堂教学中加强学科知识的渗透在课堂教学中加强学科知识的渗透。比如，高中数学教学中，二面角、线面角和球面距离时，如果能结合地理学中的角速度和正午太阳高度的计算，就可以提高学生对数学知识应用。物理教学中，用万有引力定律 F=GMmr 2和向心力公式 F= m 2=mv2r =4 2mrT 2 推导出，T 2r 3=4 2G ，然后联系实际可以得出结论：如果是太阳系的八大行星，其轨道越大，周期越长。如果这时再让学生阅读地图册上的太阳系中的八大行星公转周期参数表，学生很自然就明白了为什么行星周期和轨道半径有这种联系的道理，这样理论和实际联系了起来，物理和地理联系了起来，学生也锻炼学生的数学逻辑推理能力，真可谓一举多得。总之，地理学与其他学科有着密切的联系，成为学生学习地理的障碍。怎样能够通过多学科的整合，培养学生横向学科分析问题的能力，提高学生的创新能力。是教师今后要研究和探索的重要方向。