知識(shí)可視化在高中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

陸奕斌

物理知識(shí)比較抽象，怎樣把將抽象的知識(shí)更生動(dòng)，更具體的展現(xiàn)在學(xué)生的面前，是新課改的主要內(nèi)容之一.對(duì)于高中物理教學(xué)來說，利用可視化教學(xué)可以更為有效地讓學(xué)生把抽象的物理知識(shí)用形象的方式去理解，以此把高中物理知識(shí)的掌握的更牢，提高學(xué)生的解題效率，從而提升高中物理教學(xué)的有效性.事實(shí)上可視化教學(xué)就是將相對(duì)枯燥、抽象的內(nèi)容進(jìn)行直觀地轉(zhuǎn)變，以一種更有效的方式向?qū)W生進(jìn)行知識(shí)的講解，便于學(xué)生更容易理解，進(jìn)而更好地開展教學(xué)活動(dòng).本文以介紹加速度的概念，以及其與速度和力關(guān)系和為例分別以概念圖、思維導(dǎo)圖等可視化工具，闡述了可視化在高中物理課堂教學(xué)的應(yīng)用.

一、利用概念圖喚醒學(xué)生的探究意識(shí)

概念圖是指用節(jié)點(diǎn)代表概念，連線是表示概念間關(guān)系的圖形表示法.以加速度的定義為例論述概念圖在高中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用.

根據(jù)加速度的定義：加速度是對(duì)速度變化的快慢的描述，他的值的大小由速度的變化量和發(fā)生這個(gè)變化量所需要時(shí)間差的比值，用字母a表示.它計(jì)算式為a=v2-v1t2-t1.從這個(gè)計(jì)算式我們可以看出它的單位為m/s2.加速度是一個(gè)矢量，也就是說它具有方向，它的方向和物體的速度變化的方向一致，從另一個(gè)角度來說，加速度的方向和它所受合力方向一致.這個(gè)方向就是表示物體所受的合力的方向以及速度變化的方向，它的大小表示的是速度變化的快慢.

對(duì)于物體所受的所謂的合力，由牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)第二定律有a=F/m，F(xiàn)是指物體所受外力的合力，m是指物體的質(zhì)量.那么我們可以根據(jù)這個(gè)定義用概念圖把加速度用概念圖表示出來，如圖1所示.

二、利用思維導(dǎo)圖點(diǎn)撥學(xué)生的創(chuàng)新能力

思維導(dǎo)圖也叫心智圖，是一個(gè)圖形化工具，這個(gè)工具是具有發(fā)散性思維，它的創(chuàng)始人托尼·巴贊把思維導(dǎo)圖定義為思維導(dǎo)圖不但是人類思維的自然功能，而且是一種放射性思維的表現(xiàn).思維導(dǎo)圖是用圖文并茂示的方法將思維的放射性思維用具體的方式變現(xiàn)出來，并把各層次結(jié)構(gòu)和相關(guān)聯(lián)的各個(gè)主題之間的關(guān)系現(xiàn)象的表達(dá)出來，在形象和關(guān)鍵詞之間建立起聯(lián)系，利用思維的規(guī)律和記憶，對(duì)人的左右腦的發(fā)展很大的幫助.圖2就是一個(gè)典型的關(guān)于加速度的思維導(dǎo)圖.

物理運(yùn)動(dòng)學(xué)中，加速度是一個(gè)重要的概念，是運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的聯(lián)系樞紐，對(duì)于學(xué)生來說，把加速度的概念學(xué)習(xí)好，具有非常十分重要的意義.這一節(jié)課，對(duì)課堂知識(shí)進(jìn)行總結(jié)時(shí)，可以選擇要求學(xué)生以加速度的概念為中心來繪制其思維導(dǎo)圖，可以幫助學(xué)生建立起基本知識(shí)的框架，注重了這些概念之間的聯(lián)系，學(xué)生們的知識(shí)點(diǎn)才不會(huì)分散，學(xué)生用這個(gè)思維導(dǎo)圖可以對(duì)加速的概念加深理解，使學(xué)生對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都不遺漏.設(shè)計(jì)教案時(shí)可以如下設(shè)計(jì)：

第一，利用課件中的視頻、圖片或則數(shù)據(jù)，向同學(xué)們展示加速度的概念，使學(xué)生能感覺到速度大小的變化快慢；第二，使用模擬加速度的大小的視頻定義加速度的計(jì)算式；第三，展示加速度的方向；最后，我們通過一個(gè)鞏固練習(xí)或一個(gè)例題來加深學(xué)生對(duì)加速度這個(gè)概念的理解，這個(gè)思維導(dǎo)圖的繪制過程由多媒體來展示.

三、利用流程圖促進(jìn)學(xué)生的方法領(lǐng)悟

流程圖由符號(hào)和文本框按操作順序來表征和表示操作內(nèi)容的表示方法.流程圖可以幫助學(xué)習(xí)者通過清晰的梳理思緒的方法去找到解決問題的過程和方法.下面以一個(gè)例題的解答過程闡述流程圖的繪制和作用.

例1一個(gè)質(zhì)量為2 kg的物體，首先把其放在地面上，對(duì)它施加一個(gè)大小為25 N的豎直向上的力，在5秒后該物體向上的運(yùn)動(dòng)的速度為10 m/s，假定該物體在運(yùn)動(dòng)過程中受到的空氣阻力是恒定的，問在這5秒內(nèi)，該物體在運(yùn)動(dòng)過程中受到的空氣阻力是多少？

在講解這道題時(shí)，首先我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生回憶哪些知識(shí)點(diǎn)，可以將剛才畫的思維導(dǎo)圖拿出來，讓學(xué)生認(rèn)真的理解加速是物理課程中運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的樞紐，但在實(shí)際的教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生無法理解加速度的舉足輕重的作用.對(duì)于例題中問題的解答，我們可以讓學(xué)生先畫一個(gè)題目推導(dǎo)的流程圖來解決，我們引導(dǎo)他們把已知的求解的問題用符號(hào)和文本按順序表達(dá)出來，從已知什么可以得到什么，這樣把已知和未知串成一個(gè)流程，使其能夠從已知條件出發(fā)，正確梳理已知條件，根據(jù)流程關(guān)系找到求解和已知的關(guān)系.用加速度這個(gè)共同體連接物體的受力和運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生經(jīng)過討論和思考，繪制出簡(jiǎn)單的流程圖，圖3是經(jīng)過師生共同討論后得到的本題目的流程圖.

學(xué)生在經(jīng)過畫出解題的流程圖之后，就應(yīng)該知道運(yùn)用牛二定律如何解題，以后再遇上述類似的問題，學(xué)生的腦海里就會(huì)出現(xiàn)這樣一個(gè)解題的流程圖，就會(huì)使用某個(gè)概念把另外兩個(gè)概念聯(lián)系起來了.對(duì)于這道題，通過繪制流程圖后得到物體的加速度為a=v2-v1t2-t1=105=2 m/s2.

進(jìn)而得出物體的所受外力為F=ma=2×2=4 N.

四、利用示意圖提高學(xué)生的解題效率

示意圖一般指簡(jiǎn)單描述對(duì)象的形狀、大小以及對(duì)象和對(duì)象的關(guān)系等，也可以是描述一個(gè)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)，甚至一般結(jié)構(gòu)工作的基本原理等.上課時(shí)老師在黑板上的繪制的簡(jiǎn)圖屬于示意圖，它的特點(diǎn)是非常的簡(jiǎn)單明了，忽略了很多小的細(xì)節(jié)它只突出了一點(diǎn).對(duì)于上述的題目可以用示意圖表示，如圖4所示.

由上述示意圖可得：

物體的所受外力為F=F1-F2-G=ma，

由數(shù)學(xué)推導(dǎo)有

F2=F1-F-G=28-ma-mg

=25-2×2-2×9.8=1.4 N，

即物理所受的阻力為1.4 N.

由此可見：流程圖和示意圖結(jié)合起來對(duì)解答綜合性的題型非常有用，非常直觀，學(xué)生看了一目了然.

如何更為有效的實(shí)現(xiàn)高中物理教學(xué)中知識(shí)的可視化程度，是當(dāng)前高中物理教學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，可視化的教學(xué)方式有助于學(xué)生更為直觀的理解相對(duì)抽象的物理知識(shí)，同時(shí)也有助于教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的把握和開展.所以要不斷加強(qiáng)高中物理教學(xué)中知識(shí)可視化的程度，努力打造更為有效的教學(xué)模式，將知識(shí)可視化不斷的應(yīng)用發(fā)展下去.