高中物理教學(xué)中應(yīng)用物理圖景理論探討

施美玲　候恕

摘 要：物理圖景兼具形象性和抽象性的特質(zhì)，其應(yīng)用在物理教學(xué)中具有理論價(jià)值和實(shí)踐意義。以物理圖景為核心的教學(xué)過(guò)程仍處于模糊的探索和應(yīng)用階段，缺乏一定的理論指南。本文將具體對(duì)物理教學(xué)中物理圖景的應(yīng)用進(jìn)行理論探討，為具體的實(shí)踐教學(xué)提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：物理圖景；教學(xué)應(yīng)用；理論探討

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）7-0028-6

物理圖景是人的右腦對(duì)物理現(xiàn)象感知到的形象結(jié)果與左腦抽象出的在物理規(guī)律指導(dǎo)下形成的物理模型的心智圖景，一般情況下以示意圖、函數(shù)圖像（曲線圖）、知識(shí)框圖、圖式文本等外化成實(shí)際圖景，外化的實(shí)際圖景和腦中的心智圖景相互作用形成動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體系。筆者對(duì)物理圖景的概念定義較長(zhǎng)?？蓪⑵浜?jiǎn)化成一個(gè)如圖1所示的物理圖景的概念模型。

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圖1 圖景概念模型

物理學(xué)在十六世紀(jì)后引入了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)觀察和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)演繹才使其逐步從哲學(xué)思辨中分離出來(lái)，因此物理學(xué)是兼具形象性和抽象性的學(xué)科。物理圖景的引入和高中物理教學(xué)中物理圖景的應(yīng)用是符合物理學(xué)的學(xué)科性質(zhì)，并呼應(yīng)了當(dāng)前物理教學(xué)中重視學(xué)生全腦的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新思維提升的教學(xué)趨勢(shì)。筆者將從分析物理圖景應(yīng)用教學(xué)的實(shí)踐意義入手，重點(diǎn)分析物理圖景在具體實(shí)際應(yīng)用教學(xué)中的理論探討，為物理圖景的教學(xué)應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。

1 實(shí)踐意義

物理圖景是建立在以物理模型為基本元素上的圖景概念，它是抽象性思維內(nèi)容的形象性外化，同時(shí)可以是外化形式的形象性內(nèi)容，諸如示意圖、物理圖像等以物理情境為背景、物理規(guī)律為依托的內(nèi)部“心智圖畫(huà)”。高層次的物理圖景本身包含著數(shù)量關(guān)系以及物理過(guò)程的特點(diǎn)，基本的物理圖景為物理圖景的應(yīng)用教學(xué)奠定了圖景基礎(chǔ)。

心理學(xué)研究表明，人的記憶特性傾向于圖像式記憶。物理圖景的教學(xué)應(yīng)用有助于將抽象繁雜的物理知識(shí)點(diǎn)以圖景結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行濃縮記憶和整體理解，促進(jìn)物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。物理圖景兼具形象和抽象的特性，其教學(xué)應(yīng)用過(guò)程將提升學(xué)生的形象思維水平和抽象思維水平，促進(jìn)創(chuàng)造性思維水平的提升。并且由于物理圖景的美學(xué)性質(zhì)，其教學(xué)過(guò)程滲透著物理與藝術(shù)的關(guān)系，將提升學(xué)生的學(xué)科審美水平。

2 理論探討

物理圖景的靈活應(yīng)用對(duì)中學(xué)物理教學(xué)起到非常有益的效果，針對(duì)不同的教學(xué)目的靈活應(yīng)用物理圖景，教學(xué)目的可得到更加有效的實(shí)現(xiàn)。下文將重點(diǎn)對(duì)高中物理教學(xué)中物理圖景的應(yīng)用進(jìn)行理論探討，以期物理圖景能切實(shí)可行地應(yīng)用到教學(xué)中，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的落實(shí)和教學(xué)效果的提升。

2.1 應(yīng)用原則

1）科學(xué)性原則

選用錯(cuò)誤的物理圖景將導(dǎo)致整個(gè)物理教學(xué)失去意義，因此以物理圖景為核心的物理教學(xué)，物理圖景本身一定是具有科學(xué)性。圖景的應(yīng)用教學(xué)的過(guò)程應(yīng)遵循相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知水平，以正確的教學(xué)引導(dǎo)方式貫穿教學(xué)過(guò)程。選用物理圖景以及其教學(xué)過(guò)程與方法，應(yīng)以科學(xué)性原則指導(dǎo)其教學(xué)應(yīng)用過(guò)程，促使教學(xué)的順利實(shí)現(xiàn)。

2）針對(duì)性原則

針對(duì)不同的教學(xué)目的引入不同性質(zhì)的物理圖景。如在數(shù)據(jù)分析和定量計(jì)算中常采用的物理圖景，其實(shí)際圖景為物理圖像；在定性分析物理過(guò)程的物理問(wèn)題解決中應(yīng)用的實(shí)際圖景為示意圖的物理圖景；在章節(jié)復(fù)習(xí)教學(xué)中則更常用的實(shí)際圖景為知識(shí)框圖、圖式文本的物理圖景。根據(jù)不同的教學(xué)目的，應(yīng)針對(duì)性地選用最恰當(dāng)?shù)奈锢韴D景促進(jìn)教學(xué)目的更好的實(shí)現(xiàn)。

3）操作性原則

物理圖景的有效應(yīng)用是建立在學(xué)生擁有一定的知識(shí)基礎(chǔ)和思維層次。不同抽象程度的物理圖景所要求的知識(shí)基礎(chǔ)和思維水平有所不同，教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平應(yīng)用相應(yīng)的圖景。一定的知識(shí)水平是物理圖景應(yīng)用的前提條件，而一定的思維水平是支撐教學(xué)過(guò)程中學(xué)生可接受的能力基礎(chǔ)。高一學(xué)生尚處于具體運(yùn)算階段向形式運(yùn)算階段的過(guò)渡，思維的加工水平應(yīng)以抽象層次和包含性較窄的物理圖景為學(xué)習(xí)起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的圖景應(yīng)用經(jīng)歷和積累，再引入抽象層次較高的物理圖景。因此，物理圖景應(yīng)用教學(xué)的前提是所選用的圖景具有可操作性。

4）評(píng)價(jià)性原則

應(yīng)用物理圖景的教學(xué)過(guò)程多數(shù)是引導(dǎo)學(xué)生積極的思維建構(gòu)，教師替學(xué)生完成外化形式的物理圖景，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物理圖景分析問(wèn)題。形式上是教師是完成實(shí)際圖景的繪制，但在引導(dǎo)過(guò)程中，一定是確保學(xué)生已建立了清晰的心智圖景，學(xué)生在加以引導(dǎo)的情況下也能獨(dú)立完成實(shí)際圖景的繪制，這是較好的圖景應(yīng)用教學(xué)過(guò)程。引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)其他物理問(wèn)題獨(dú)立應(yīng)用圖景自主解決物理問(wèn)題，需使對(duì)所解決的圖景問(wèn)題具有評(píng)價(jià)性，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，得出進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)的方法。

5）發(fā)展性原則

高中物理教學(xué)中引入物理圖景一方面是為了促進(jìn)對(duì)當(dāng)下需要理解的概念、規(guī)律的理解和物理問(wèn)題的解決，另一方面是以物理圖景的應(yīng)用范例為藍(lán)本為學(xué)生提供一個(gè)物理圖景有效應(yīng)用的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。因此，物理圖景的應(yīng)用教學(xué)中應(yīng)以典型性的物理圖景為主，典型物理圖景的積累是學(xué)生將來(lái)具體應(yīng)用遷移的有效途徑。學(xué)生對(duì)當(dāng)下物理圖景的掌握學(xué)習(xí)情況，是將來(lái)學(xué)生圖景應(yīng)用的前景和趨勢(shì)。物理圖景的教學(xué)應(yīng)用不僅應(yīng)著眼于當(dāng)下的教學(xué)目的，更是應(yīng)關(guān)注學(xué)生知識(shí)的未來(lái)發(fā)展。

2.2 應(yīng)用條件

1）物理表象的積累

物理表象是指曾經(jīng)觀察過(guò)的物理現(xiàn)象、物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程等再次在頭腦中感知到的物理形象。一個(gè)想象力豐富的人，對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題能從不同角度，多方面展開(kāi)想象，能夠同時(shí)喚起許多表象。由于物理學(xué)科本身的形象特質(zhì)所引起的，表象的積累和想象力的培養(yǎng)是物理圖景在教學(xué)應(yīng)用中的教師必須培養(yǎng)學(xué)生的基本能力之一。物理圖景的教學(xué)應(yīng)用過(guò)程中，教師需要調(diào)動(dòng)學(xué)生頭腦中的物理表象并在物理規(guī)律的指導(dǎo)下進(jìn)行想象力的培養(yǎng)，有一定數(shù)量的表象積累是教學(xué)應(yīng)用的前提。

2）基本物理概念的準(zhǔn)確建立

物理圖景教學(xué)進(jìn)行的前提是學(xué)生具有一定程度的知識(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生頭腦中的概念圖景一定是科學(xué)合理的，如果概念的構(gòu)建存在問(wèn)題，那么以概念為基礎(chǔ)的物理圖景教學(xué)也難以進(jìn)行。學(xué)生物理概念建立的準(zhǔn)確度是應(yīng)用物理圖景進(jìn)行教學(xué)的基本條件。教師應(yīng)該用適當(dāng)?shù)某绦蛘J(rèn)真地對(duì)待新知概念的教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生錯(cuò)誤概念的更正并準(zhǔn)確建立概念。只有正確的概念建立才能為日后更好的圖景教學(xué)奠定知識(shí)基礎(chǔ)。

3）基礎(chǔ)物理模型的積累

物理圖景教學(xué)的基礎(chǔ)元素是物理模型，因此，有必要在日常教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生物理模型的積累和物理建模能力的培養(yǎng)。如對(duì)勻變速運(yùn)動(dòng)的圖景和相關(guān)概念規(guī)律的熟練掌握，在分析相遇和追及的問(wèn)題時(shí)，教學(xué)中就可以應(yīng)用以往積累的基本知識(shí)和圖景，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行圖景的構(gòu)建，以利于更形象化的分析不同形式的追及和相遇問(wèn)題并形成一個(gè)合理體系。引導(dǎo)學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)物理模型與物理事物之間的邏輯關(guān)系，嘗試著將物理模型和物理世界進(jìn)行雙向構(gòu)建，一方面加深物理建模的水平，一方面加強(qiáng)學(xué)生更多的以物理學(xué)的眼光研究世界。

4）知識(shí)體系的有效記憶與提取

物理圖景的構(gòu)成元素必須有物理表象的基礎(chǔ)以及物理概念、規(guī)律的引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)以往知識(shí)體系的記憶和提取是教師進(jìn)行物理圖景教學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)。記憶使心理活動(dòng)的各個(gè)方面成為一個(gè)得以互相聯(lián)系的整體，促使現(xiàn)在的心理活動(dòng)得以建立在以往知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和感知過(guò)的事物。物理圖景是建立在物理模型上的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體系，不同于物理現(xiàn)象的再次浮現(xiàn)臨摹，沒(méi)有物理知識(shí)、規(guī)律等基礎(chǔ)的情況下，教學(xué)中無(wú)法順利調(diào)動(dòng)學(xué)生參與物理圖景的建立或基礎(chǔ)物理圖景的重組、再現(xiàn)，將無(wú)法達(dá)到正常的教學(xué)目的。

2.3 應(yīng)用策略

1）應(yīng)用物理圖景創(chuàng)設(shè)情景——幫助學(xué)生理解物理概念和規(guī)律

物理概念和規(guī)律建立的一般過(guò)程是從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程，建立的起點(diǎn)常常是形象性的物理材料，建立的結(jié)論是抽象層次較高的圖像或定義、公式。集合形象性的物理圖景與抽象性的文字性描述所形成知識(shí)體系，使物理教學(xué)順暢的達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。即物理教學(xué)中根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容安排相應(yīng)的物理圖景，將對(duì)概念的深入理解、規(guī)律的順利建立起核心作用。

以“加速度”的片段教學(xué)為例：

2）應(yīng)用物理圖景進(jìn)行數(shù)據(jù)分析——學(xué)生分析物理實(shí)驗(yàn)

中學(xué)物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)，定量實(shí)驗(yàn)的結(jié)論分析與總結(jié)的關(guān)鍵步驟常常是數(shù)據(jù)分析。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的教學(xué)階段，引入物理圖景以引導(dǎo)學(xué)生更深入實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的角度去考察所測(cè)量數(shù)據(jù)的走向，從物理圖景的描繪觀察與分析得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。物理圖景在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用具有不可替代的作用，適當(dāng)?shù)匾胛锢韴D景可以幫助順利分析實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用物理圖景分析實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)及技巧。

以“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的誤差分析教學(xué)為例：

3）應(yīng)用物理圖景構(gòu)建物理過(guò)程——幫助學(xué)生解決物理問(wèn)題

物理問(wèn)題是源于生活和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上理想的運(yùn)動(dòng)情境。問(wèn)題情境是具體的，分析物理情境卻是具體的情境與抽象規(guī)律間的循環(huán)往復(fù)的相互作用過(guò)程。頭腦中的物理過(guò)程與物理規(guī)律往往有一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)的過(guò)程，問(wèn)題教學(xué)中若引入適當(dāng)?shù)奈锢韴D景，將頭腦中的物理過(guò)程以圖景的方式外化在紙面，將釋放學(xué)生頭腦的工作記憶的容量，同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)該問(wèn)題的理解，可以促進(jìn)物理問(wèn)題的深刻理解和有效解決。

以2004年全國(guó)一卷壓軸題為例：

4）應(yīng)用物理圖景構(gòu)建知識(shí)體系——促進(jìn)學(xué)生有效的復(fù)習(xí)

有效而合理的復(fù)習(xí)不僅是一個(gè)個(gè)概念和規(guī)律的內(nèi)容本身，還有知識(shí)間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系。學(xué)生在初學(xué)階段對(duì)于知識(shí)的分析與整合能力較弱。物理復(fù)習(xí)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)引入物理圖景以輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生將零散的知識(shí)構(gòu)建成一個(gè)完備的知識(shí)體系。因此，物理圖景的教學(xué)應(yīng)用在復(fù)習(xí)教學(xué)中起到一個(gè)知識(shí)支架的作用，往往是復(fù)習(xí)教學(xué)不可或缺的工具。

以《平拋運(yùn)動(dòng)》一節(jié)的復(fù)習(xí)教學(xué)為例：

3 小 結(jié)

本文在分析物理圖景的理論定義及其實(shí)踐意義的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)物理圖景在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行理論探討，使得物理教育工作者對(duì)物理圖景的討論不限于理論層面，而是擁有具體可行的實(shí)施應(yīng)用原則、應(yīng)用條件、應(yīng)用策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖伯琴.物理教育學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）