淺談物理圖景教學(xué)的重要性和實(shí)施策略
——施教《交變電流》有感

張新宇

(江蘇省梁豐高級(jí)中學(xué) 215600)

情境認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)：學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)要以學(xué)習(xí)者為主體，內(nèi)容與活動(dòng)的安排要與人類社會(huì)的具體實(shí)踐相聯(lián)通，最好在真實(shí)的情景中，通過(guò)類似人類真實(shí)實(shí)踐的方式來(lái)組織教學(xué).物理教學(xué)就是要讓受教育者認(rèn)識(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、相互作用等特征和規(guī)律的教學(xué)，特別需要情景教學(xué).物理圖景教學(xué)有效地將物理現(xiàn)象或過(guò)程的情景與學(xué)生的思維有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在實(shí)際課堂教學(xué)中有很高的使用價(jià)值.

所謂物理圖景教學(xué)是指人們將復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)和物理過(guò)程，經(jīng)過(guò)充分地想象、分析、判斷，轉(zhuǎn)化為具體有效的圖示、圖像、圖表等途徑信息，而所做出的一種形象化描述的教學(xué)方法.利用物理圖景進(jìn)行課堂教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理知識(shí)認(rèn)知、提升學(xué)科核心素養(yǎng)特別是科學(xué)思維和創(chuàng)新能力都是行之有效的一條方法.筆者就在《交變電流》的教學(xué)中，對(duì)圖景教學(xué)的重要性和實(shí)施策略感受很深.

一、物理圖景教學(xué)在課堂教學(xué)中重要性

1.物理圖景教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)課堂思維活力

教師在課堂創(chuàng)設(shè)生活場(chǎng)景，展現(xiàn)物理現(xiàn)象，通過(guò)學(xué)生大腦的思維抽象出合理的物理圖景，通過(guò)物理圖景的再分析，提煉出新的知識(shí)，內(nèi)化到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中.這個(gè)過(guò)程可以發(fā)揮了學(xué)生在課堂的主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.這個(gè)興趣不是物理現(xiàn)象引發(fā)的課堂興趣，而是由學(xué)生積極構(gòu)建物理圖景引起的課堂活力.在《交變電流》教學(xué)中，利用變壓器將220伏特電壓變到30伏特左右，點(diǎn)亮15瓦的白熾燈，將暗紅色的燈絲投影到大屏幕.將一個(gè)馬蹄型磁鐵靠近燈絲，發(fā)現(xiàn)燈絲在不停的顫動(dòng).引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)想象和分析，畫(huà)出通電燈絲在磁場(chǎng)中受到安培力的圖景，學(xué)生馬上可以知道，燈絲顫動(dòng)是安培力方向不斷改變引起的，推斷出燈絲中的電流方向在不斷變化.通過(guò)這個(gè)物理圖景初步讓學(xué)生知道電流方向交替變化的電流稱為交變電流，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)求知欲.

2. 物理圖景教學(xué)利于鞏固知識(shí)感性認(rèn)識(shí)，促成理性認(rèn)識(shí)形成

根據(jù)人的認(rèn)知規(guī)律，一般將生活經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)內(nèi)化到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，形成感性認(rèn)識(shí).這種認(rèn)知可以解釋一些物理現(xiàn)象，當(dāng)然也有可能是片面或錯(cuò)誤的，不一定能正確理解物理概念分析物理問(wèn)題.運(yùn)用物理圖景教學(xué)方法，讓受教育者通過(guò)現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在頭腦中對(duì)觀察過(guò)的物理現(xiàn)象形成明了的物理圖景，再經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化、忽略次要因素和反復(fù)研究，形成新的認(rèn)知.當(dāng)現(xiàn)有圖景不能解決新問(wèn)題的時(shí)候，就要促進(jìn)學(xué)習(xí)者不斷發(fā)展、構(gòu)建新的圖景，促進(jìn)新認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成，通過(guò)這種交替過(guò)程，不斷將感性認(rèn)識(shí)蛻變?yōu)槔硇哉J(rèn)識(shí)，才能準(zhǔn)確把握到物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，提升物理科學(xué)思維能力.

3. 物理圖景教學(xué)可以拓寬學(xué)生知識(shí)層次，促進(jìn)核心素養(yǎng)提升

物理圖景的構(gòu)建過(guò)程就是學(xué)生知識(shí)拓展的過(guò)程，也是核心素養(yǎng)提升的過(guò)程.在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促成學(xué)生積極觀察客觀世界的能力；需要合理分析物理過(guò)程，掌握一套適合自己歸納、演繹的思維方法，不斷培養(yǎng)學(xué)生收集信息和處理信息的能力；需要閱讀大量包括教材在內(nèi)的材料，培養(yǎng)良好的閱讀習(xí)慣，獲取更多有用的課外知識(shí).

在交變電流中有個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)二極管反向并聯(lián)，接到發(fā)電機(jī)上(圖1)，隨著搖動(dòng)發(fā)電機(jī)，兩個(gè)二極管交替點(diǎn)亮，說(shuō)明干路中的電流方向是不斷地變化的.通過(guò)教師引導(dǎo)學(xué)生提煉出二極管“正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂钡姆蔡匦詧D景(圖2)，加深了對(duì)二極管性質(zhì)的了解.為理解此物理圖景，鼓勵(lì)學(xué)生加強(qiáng)閱讀，讓學(xué)生了解導(dǎo)通和截止是由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流抵消或加強(qiáng)引起的物理現(xiàn)象……拓寬了學(xué)生的知識(shí)視野.

二、物理圖景教學(xué)在實(shí)際課堂中的實(shí)施策略

1.通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建物理圖景

物理學(xué)是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)可以直觀、形象地反應(yīng)物理過(guò)程及規(guī)律，因?yàn)橹庇^真實(shí)，給學(xué)生帶來(lái)強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，可以在思維上形成清晰完整的物理圖景，很大程度上提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)知效果.

在討論發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流有怎樣的特點(diǎn)這個(gè)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生觀察小燈泡亮暗的變化，說(shuō)明電流大小在不斷變化；通過(guò)電流計(jì)指針的變化說(shuō)明方向在變化，而且在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的一周內(nèi)，電流有兩次回到數(shù)值為零，可以引導(dǎo)學(xué)生定性畫(huà)出電流隨時(shí)間的變化關(guān)系(i-t圖像)，不僅有電流大小的變化、還有方向的變化，即，規(guī)律線兩次穿越i-t圖像的時(shí)間軸.從而引出交變電流隨時(shí)間變化規(guī)律的雛形.該過(guò)程將生動(dòng)的物理過(guò)程抽象化為物理圖景，有助于學(xué)生物理思維的提升，為進(jìn)一步研究交變電流提供了可能.

在本節(jié)課中，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)施，東西方向各站一個(gè)學(xué)生，用長(zhǎng)導(dǎo)線進(jìn)行“甩長(zhǎng)繩”，利用微電流傳感器(TS2103-10μA～10μA)測(cè)量導(dǎo)線中的電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)向?qū)W生展示電流隨時(shí)間變化的圖景，能更好理解了導(dǎo)線切割地磁感線，形成了大小、方向隨時(shí)間周期性變化的電流，提升學(xué)生認(rèn)知水平.

2.結(jié)合課本插圖，創(chuàng)建物理知識(shí)圖景

教師在課堂教學(xué)中，要合理的利用教材中的典型插圖，歸納成學(xué)生容易理解的物理圖景.即：要求學(xué)生了解插圖描述的物理現(xiàn)象或過(guò)程，用已有的認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)建物理圖景——運(yùn)用科學(xué)的形象語(yǔ)言描述物理插圖，將生活圖景轉(zhuǎn)化為物理圖景，有利于學(xué)生建立起正確的物理形象，提高學(xué)生的形象思維能力.在《交變電流》教學(xué)中，理解交變電流產(chǎn)生過(guò)程是比較困難的，人教版的教材中，給出了交變電流產(chǎn)生過(guò)程的示意圖.筆者通過(guò)如下方式建立物理圖景：首先給每個(gè)學(xué)習(xí)小組一套交流發(fā)電機(jī)的模型裝置(如圖3)，用來(lái)直觀展現(xiàn)閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象；其次，帶領(lǐng)學(xué)生抽象出理想化模型：水平向右的磁場(chǎng)、矩形線框AB棒長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC棒長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線框繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為ω，導(dǎo)線框總電阻為R，通過(guò)給出線框轉(zhuǎn)動(dòng)五個(gè)特殊位置，簡(jiǎn)化出示意圖，這樣一個(gè)交流發(fā)電機(jī)就變成了一個(gè)閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的物理圖景了；然后逐步呈現(xiàn)問(wèn)題：導(dǎo)線框在什么位置磁通量最大，什么位置為零？在導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，四個(gè)邊框哪些在切割磁感線？什么位置四個(gè)邊框都不切割？什么位置垂直切割？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題繪制出表格見(jiàn)列表，將物理問(wèn)題和回答用表格和文字等圖景將閉合線框的轉(zhuǎn)動(dòng)的五個(gè)特殊位置的信息呈現(xiàn)出來(lái).最后，通過(guò)表格中內(nèi)容的比較，學(xué)生利用合作探究做出正確的回答：兩個(gè)導(dǎo)體棒AB、CD才能切割磁感線.當(dāng)導(dǎo)線框平面和磁場(chǎng)垂直時(shí)，即磁通量最大時(shí)，都不切割；當(dāng)閉合線框平面和磁場(chǎng)平行時(shí)，即磁通量最小時(shí)，導(dǎo)體棒垂直切割，電動(dòng)勢(shì)最大.

在判斷感應(yīng)電流大小方向隨時(shí)間變化的關(guān)系的研究中，依然采用列表的方式進(jìn)行.取電流方為ADCBA為正方向，在i-t圖像中描出五個(gè)位置電流大小.猜想其它時(shí)間的電流有怎樣的規(guī)律，并試著描繪i-t圖像.當(dāng)然在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生往往會(huì)給出錯(cuò)誤的三角波，但是已經(jīng)向最終的正弦式交變電流跨出了一大步.物理圖景教學(xué)再一次得到了體現(xiàn).

列表

物理量甲圖乙圖丙圖丁圖戊圖磁通量Φ(填“最大”或“0”)電動(dòng)勢(shì)大小電流大小電流方向填“ABCDA”或“ADCBA”

建立物理圖景不僅僅是物理思維的一種能力，更是一種重要的物理思想.有的學(xué)生學(xué)習(xí)物理輕松簡(jiǎn)單，就是物理圖景運(yùn)用得當(dāng)，在物理知識(shí)認(rèn)知中更勝一籌.更多的學(xué)生則需要通過(guò)教師課堂的引導(dǎo)下，積極啟動(dòng)思維創(chuàng)設(shè)的物理圖景，甚至打破原有的物理思維，建立正確的物理圖景，重塑新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng).

[1]衡炳鋒.物理圖景教學(xué)法探索[J]．生活教育, 2012(20):56-58，

[2]王文靜.情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)[M].重慶：西南師范大學(xué)出版社，2005.