物理思想对地理学习的促进作用

等价转化法可以化少为多，从不同角度、不同层 面认识同一地理现象，感受其丰富的表现形式，体会 “横看成岭侧成峰，远近高低各不同”的精彩，让我们 更加清晰、具体和全面地认知地理现象。更重要的是，
它能够在保证效果相同和问题等价的前提下，把陌生转 化为熟悉，把抽象转化为形象，把隐性转化为显性，或 者把此角度转化为彼角度。“用简单的思维化解复杂的 关系，以使问题得到简化而便于求解”[2]，从而达到化 繁为简、化腐朽为神奇的效果。
五、数形结合思想
数形结合思想，也就是图像法，是利用图像本身 的数学特征解决实际问题。物理学中经常需要挖掘图像
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教学研究
2016 年 第 11 期
隐含的信息，根据图像判断物理过程、状态和物理量之
间的函数关系，求解某些物理量，或者根据文字材料
画出图像，进而以此为工具，降低抽象性，增强直观感
觉，解决复杂问题。
明白了物理学中等价转化法的特点和优势后，我 们同样可以在地理学习中融会贯通，化用这种方法。例 如，地球自转的方向，我们不能直接感受到，但可以转 化为太阳东升西落这一司空见惯的现象间接地认知。两 者是等价的，即：太阳东升西落 地球自西向东自转。 用数学上的话来说，两者互为充分必要条件。再如，低 压和气旋，分别是从气压分布状况和气流运动方向描 述同一个天气系统的，两者能互相推出，即：低压 气 旋。又如，地球运动中太阳直射点位置、昼夜长短的变 化等知识的内在联系，有这样的等价关系：北半球的夏 半年 太阳直射点在北半球 从春分到秋分 北半球昼 长夜短 北极附近出现极昼 南极附近出现极夜。
例如，全球变暖对中国西北地区山脉雪线高低的 影响，不好直接判断，但是，如果我们抓住“雪线升 高，说明雪变少”这一实质，思路一下子就豁然开朗 了：全球变暖 蒸发加剧 山顶积雪减少 雪线升高。 这正是等价转化法的优势。而地理学习中的区域比较 法，更是地理学中使用最为广泛的等价转化法。当我们 研究一个陌生的区域及其地理事物和现象时，第一反应 是移花接木，将其转化为熟悉的区域、直观的体验、显 性的事物、易懂的角度。例如，如果要研究德国的人口 问题，可以与日本作比较，因为两者同属于人口众多、 老龄化严重的发达国家；要评价中亚发展农业的区位条 件，就可以转化为地理条件类似的新疆。这样的思想方 法，让我们求大同而存小异，通过等价的转化和等效的 替代，达到由近及远、推此及彼的目的。
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图1 城市化的Hale Waihona Puke Baidu力机制
城市的非农产业发展越快，提供的就业机会越 多，城市的拉力就越大；农村的经济社会发展越落后， 城乡差距越大，农村的推力就越大。推拉力越大，城市 化就越迅猛。但是，城市的拉力和农村的推力必须匹 配。如果拉力小而推力大，大量农村人口涌入城市，导 致城市人口剧增、就业困难、住房紧张、“城市病” 严重，这就是在拉美地区表现尤为典型的“过度城市 化”，或者叫“超前城市化”。反之，如果拉力大而推 力小，城市化落后于工业化与第三产业发展的步伐，城 市的集聚效益和规模效应就得不到很好的发挥，并造成 农村劳动力过剩，这就是“滞后城市化”，改革开放前 的中国城市化就是突出的代表。可见，用力的角度分析 地理现象的成因和演进过程，有助于加深理解，阐明地 理问题内在的逻辑，认清现象和本质的辩证关系。
六、分类讨论法
每一个原理都有其成立的条件，每一种方法都有 其适用的范围。在我们遇到的实际问题中，答案往往不 是唯一的，或者不能以统一的形式和方法进行研究。这 时就需要化整为零，把一个大问题分解为若干个小问 题，各个击破。物理学中经常需要将事物和现象加以分 类，比如把直线运动分为匀速直线运动和变速直线运 动，把曲线运动分为平抛运动和圆周运动等。
降水量 = 蒸发量 + 径流量 这正是人教版高中地理必修1“水资源的合理利 用”一节中图片“世界各大洲的水资源”所揭示的规 律。世界是丰富多彩、千变万化的，但万变不离其宗。
三、等价转化法
等价转化就是将一事物转化为对等的另一事物， 或者换种方式和角度认识同一事物。我们有时需要研究 无法直接感知和测量的事物和现象，这时就必须将研究 的方向转化为它们产生的某些显而易见的效应和效果 上，由此间接地研究它们。电场是看不见、摸不着的， 不好直接研究，但我们可以在电场中放置一个电荷，通 过它的受力情况研究电场的性质；爱因斯坦就是把以一 定加速度运动的参考系等效为重力场，提出广义相对论 的；初中生在学习电学时，也常常要画出复杂电路图的 等效电路图。
物理学原理对解释和分析地理现象有巨大的促进 作用。很多地理原理，尤其是自然地理学原理，实际上 就是物理学原理在地理环境中的实用，而许多地理现象 也很好地印证了物理学原理，丰富了它的内涵，增强 了它的现实感。对此，中学师生感受深刻。但是，对于 物理学的很多先进的思想方法，中学地理教学则涉及甚 少。实际上，物理学在发展过程中形成的科学思想和方 法不仅对物理学研究，而且对整个自然科学甚至社会科 学的研究都有较大的影响。中学地理中处处蕴藏着物理 学思想的宝藏，值得有心的教师深入挖掘并渗透在地 理教学中，值得学生用心领悟而达到地理与物理相互参 证、相映成趣的效果。
一、力与运动的思想
“力是物体运动状态改变的原因。”这是物理学 的基本观点。力是实质，运动状态改变是表现。相当一 部分自然地理现象属于物理变化，可以用物理学中力、 功、能、惯性的原理加以解释和深化。例如，大气环流
与气压梯度力、地转偏向力、海陆热力性质差异有关； 塑造地表形态的力量分为内力作用和外力作用，内力作 用的能量来源于地球内部放射性元素衰变释放的热能， 外力作用的能量最终来源于太阳辐射能。许多人文地理 现象也可以视为“运动状态的改变”，背后隐藏着一种 力量。人口迁移、老龄化、城市化、产业转移、资源的 跨区域调配，都可以用相应的动力机制解释。例如，城 市化的动力机制可以用图1表示。
地理环境中的辐射平衡、水量平衡、热量平衡， 就是守恒原理在地理现象中的表现。参照能量守恒定 律，我们也可以“炮制”出一条水量守恒定律：水分既 不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种状态转 化为另一种状态，或者从一个区域迁移到其他区域，在 转化和迁移的过程中，水分的总量保持不变。在此基础 上，根据水循环的五个环节，我们可以进一步导出陆地 水量平衡方程：
式”呼之欲出。
地
租
水 平
商业
住宅
工业
OA
B
C 距市中心距离
图2 各类土地利用付租能力随距离递减示意图
可以看出，数形结合最大的好处，是把抽象的事 物形象化，通过研究图像的性质，揭示抽象的规律。小 小图像，看起来简约无华，但蕴含的信息是十分丰富 的。这正是地理学的一大特色，用图表和图像承载信 息、表现原理。因此，读图和绘图，自然而然就成了地 理学的核心素养之一。
数形结合法是各学科广泛使用的思想方法。我们
可以仿照它在物理学中的使用方法，在地理学中展示和
演绎它的使用价值，帮助我们理解原理、训练思维。例
如，教材在分析城市内部空间结构时，充分挖掘了“各
类土地利用付租能力随距离递减示意图”（图2）中的
信息。首先，三个图像都是减函数，图像是下降的，说
明各类土地利用方式的付租能力都是在市中心最高，离
四、理想化模型
物理学中的理想化模型是为了简化问题、突出本 质而引入的用来代替复杂的实际研究对象的模型。质 点、点电荷、匀强磁场，都是中学生耳熟能详的理想化 物理模型。它给我们的启发是，研究一个复杂的问题， 应该突出重点、击中要害，抓住事物在所讨论问题中起 主要作用的本质因素，舍弃次要的非本质因素[3]。
七、控制变量法
控制变量法就是把多因素的问题变成多个单因素 的问题，每次只改变其中的某一个因素，而控制其余几 个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影 响，最后再综合解决。物理学中运用控制变量法最典型 的例子就是欧姆定律。导体中的电流，既随电压变化， 又随电阻变化。为了研究电流与它们的关系，先保持电 阻不变，得出电流与电压成正比，再保持电压不变，得 出电流与电阻成反比。把两条结论整合起来，就得到欧 姆定律：导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与 导体的电阻成反比。
教学研究
2016 年 第 11 期
物理思想对地理学习的促进作用
吴捷 （甘肃省兰州第一中学, 甘肃 兰州 730030）
摘要：地理学的综合性使其成为一个能够吸纳各学科思想精华的广阔天地。将先进的物理思想迁移到地理学习中， 不仅对深入理解地理原理产生促进作用，还能实现地理与物理的相互参证，领悟各学科思想方法的相通之处与恒久 价值，培养科学素养，从而让学生终身受益。
市中心越远，付租能力越低。其次，三个图像的斜率
是不同的，说明递减的速度不一样，随着与市中心距离
的增加，商业的付租能力急剧递减，住宅次之，工业最
慢。第三，随着与市中心距离的变化，三个图像中位于
最上方的一个也在变化，意味着如果由付租能力决定
土地用途的话，OA段会成为商业区，AB段为住宅区，
BC段为工业区。至此，城市地域结构中的“同心圆模
理想化模型在地理学习和研究中同样大有用武之 地。比如，“中心地理论”中关于城市六边形服务范围 形成过程的阐释，就抓住了“居民在选择同一等级的城 市来寻求服务时，会选择距离最近的城市”这一关键， 而忽略了地形、河流、交通线路、人口分布的影响。再 如，城市地域结构中的“同心圆模式”，抓住了“不同 土地利用方式的付租能力都随着它们与市中心距离的变 化而递减，但递减的幅度不同”这一关键因素，从而廓 清了城市地域结构的基本格局。又如，世界表层洋流的 分布，北半球呈“8”字型，就抓住了影响世界洋流分 布的主要因素——盛行风，不但舍弃了次要因素，还降 低了问题的难度，非常容易理解和记忆，让纷繁复杂、 千变万化的洋流一下子有了规律可循，充分体现了理想 化模型删繁就简、去粗取精的优势和特色。
关键词：物理思想；地理学习；促进作用
“地理学是一门兼有自然科学性质与社会科学性 质的综合性学科。它的综合性不仅仅体现于其研究对象 是地球表层各种自然现象、人文现象组合而成的复杂系 统，还因为地理学科涵盖了社会科学和自然科学领域， 从而体现出的跨领域、跨学科的综合。”[1]地理学鲜明 的综合性为多学科相互渗透提供了大好机遇。中学地理 学习应该吸收其他学科的营养，沟通各学科的内在联 系，渗透相关的知识、技能、方法和思想，为训练思维 的发散性、灵活性和综合性提供广泛的用武之地。这也 是地理考纲要求考生“能够选择和运用中学其他相关学 科的基本技能解决地理问题”的原因。
通过这些例子，我们可以充分感受到分类讨论法 的好处。它把一个大的事物分门别类，然后逐一考察， 具体情况具体分析，从而加强了研究的针对性，也让我 们更好地认清事物之间的联系和区别、共性和个性。 同时，按照某个标准对某个大的事物进行分类，就在无 形中增加了已知条件，从而降低了难度，体现了化整 为零、集零为整的思想与归类整理、对症下药的方法。 这种思想方法对训练思维的严密性和条理性是大有帮 助的。
物理学如此，地理学亦然。例如，根据降水的成
因，可以把降水分为对流雨、地形雨、锋面雨、台风雨 四种类型。四种降水有共性，都是暖湿气流经由上升运 动产生的，但是也有个性，即造成气流上升的条件各 不相同。再如，农业地域类型可以分为混合农业、季风 水田农业、商品谷物农业、大牧场放牧业、乳畜业、原 始迁移农业、市场园艺业、热带种植园农业、游牧业等 多种类型。不同的类型具有不同的区位条件，优势和缺 点大相径庭，未来的发展思路也各有千秋。又如，根据 出生率、死亡率、自然增长率的变化情况，可以把人口 增长模式划分为原始型、传统型、现代型。传统型主要 出现于发展中国家，由于人口增长较快，资源与环境面 临的压力大，劳动力剩余，容易导致贫困，应该鼓励节 育，实行计划生育政策；现代型主要出现于发达国家， 由于人口自然增长率低，老龄化严重，劳动力不足，养 老负担严重，应该鼓励生育、吸纳移民、延迟退休。不 同的人口增长模式面临的人口问题不一致，采取的对策 也有明显差异。
二、守恒思想
守恒思想就是要在变化中寻求不变，把握“变” 与“恒”的对立统一。物理学中有著名的物质不灭定
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律、能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律。其 中，能量守恒定律是这样描述的：“能量既不会凭空产 生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种 形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化和转移 的过程中，能量的总量保持不变。”