思維可視化視域下物理教學(xué)中圖的應(yīng)用研究

展云飛

【內(nèi)容摘要】圖是和物理語(yǔ)言的表現(xiàn)形式之一，它能準(zhǔn)確、清晰、生動(dòng)的表述物理概念與規(guī)律。將圖用于物理教學(xué)可以“畫(huà)”無(wú)形為有形、“畫(huà)”難為易、圖抵千言，發(fā)展視覺(jué)-空間智能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的思維可視化。

【關(guān)鍵詞】思維可視? 物理教學(xué)? 圖

學(xué)會(huì)閱讀、分析和繪圖是提高物理課教學(xué)效果的重要工具，在物理教學(xué)中，學(xué)生的抽象思維占據(jù)了學(xué)習(xí)物理的主要地位。由于學(xué)生的抽象思維不夠成熟，教師應(yīng)該通過(guò)視覺(jué)思維來(lái)激發(fā)學(xué)生的抽象思維。圖可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的內(nèi)涵和處延，清晰直觀地呈現(xiàn)抽象情景。本文從思維可視化的角度探討了圖在物理教學(xué)中應(yīng)用價(jià)值、培養(yǎng)能力的意義。

一、研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，我們已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)“圖像時(shí)代”，人們也越來(lái)越習(xí)慣于“圖像”傳遞信息的方式?；谶@一時(shí)代背景的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時(shí)代性，加強(qiáng)與學(xué)生生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系，本質(zhì)上體現(xiàn)了物理新課程對(duì)圖的重視。另一方面，現(xiàn)在我們正面臨著新一代的00后學(xué)生。他們?cè)陔娨暫碗娔X旁長(zhǎng)大，習(xí)慣于接受“可視的圖片文化”。因此，如果我們能夠適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，在教學(xué)中使用更多的圖形工具，一定會(huì)取得更好的效果和效率。為了降階物理學(xué)習(xí)的難度，把抽象的科學(xué)思維轉(zhuǎn)化為形象的圖形呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)物理思維的“繪聲繪影”，有效的提高教學(xué)質(zhì)量，我們需要加強(qiáng)圖的應(yīng)用研究，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展與教學(xué)實(shí)踐的需要。

二、圖用于概念教學(xué)，“畫(huà)”無(wú)形為有形

清晰、準(zhǔn)確的理解并建立物理概念是學(xué)生高中階段學(xué)好物理的基礎(chǔ)，教育學(xué)、心理學(xué)研究表明，接觸并記住概念的定義不等同于知識(shí)的內(nèi)化。要想使物理概念在頭腦中生根需要大量直觀的認(rèn)識(shí)作為基礎(chǔ)，而且要經(jīng)歷一個(gè)“實(shí)物直觀——模型直觀——圖形直觀——語(yǔ)言直觀”的漸進(jìn)式發(fā)展過(guò)程，在提供直觀認(rèn)知時(shí)充分利用圖像，能夠促使抽象概念形象化。例如，“力”這個(gè)概念，引入了力的圖示和力的示意圖之后，讓學(xué)生在理解“力是物體間的相互作用”這個(gè)概念的基礎(chǔ)上，對(duì)力的本質(zhì)有了更深入的理解，同時(shí)“力”也因此變得形象化，可操作化了。再例如，為學(xué)習(xí)電場(chǎng)、磁場(chǎng)這幾個(gè)概念，引入了電場(chǎng)線、磁感線、等勢(shì)面等圖像化的概念后，一系列概念的理解就更容易了。

三、圖用于規(guī)律教學(xué)，“畫(huà)”難為易

首先，物理規(guī)律和過(guò)程可以借助草圖實(shí)現(xiàn)思維的躍變，這種可視化過(guò)程不但促進(jìn)了學(xué)生物理思維的發(fā)展，而且提高了學(xué)生的抽象概括能力，極大的緩解了物理思維的難度。例如，在學(xué)習(xí)“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”時(shí)，在黑板上畫(huà)出伽利略理想斜面的實(shí)驗(yàn)草圖，可以有效地消除源于實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)的物理錯(cuò)覺(jué)。再如，“豎直上拋運(yùn)動(dòng)”不僅是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，也是重要的運(yùn)動(dòng)模型。教學(xué)中通過(guò)視圖呈現(xiàn)，畫(huà)出速度-時(shí)間圖像可以有效揭示這一運(yùn)動(dòng)模型中所蘊(yùn)含的動(dòng)態(tài)特性與物理規(guī)律，使抽象思維形象可視有跡可循，有效地縮短了學(xué)生對(duì)物理原理的學(xué)習(xí)時(shí)間，使他們對(duì)垂直向上運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性理解更加深入。

四、圖用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，千言“畫(huà)”為一圖

物理是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，圖在實(shí)驗(yàn)數(shù)的采集與分析中起著重要的作用。

1.用圖分析數(shù)據(jù)，一圖抵千言

用利圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以節(jié)約教學(xué)語(yǔ)言。例如，在探究加速度和質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，控制F一定，通過(guò)數(shù)據(jù)的觀察，學(xué)生很難直接看出a與m之間的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生建立直角坐標(biāo)系描點(diǎn)畫(huà)a-m關(guān)系圖像，圖像看起來(lái)像雙曲線，可以猜測(cè)汽車(chē)的加速度和質(zhì)量m是成反比的，為進(jìn)一步驗(yàn)證這些假設(shè)，可以啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行圖像變換畫(huà)出a-1/m圖，就可以直觀的得出結(jié)論，可謂一圖抵千言。

2.借助函數(shù)圖像，測(cè)量直觀化

借助圖像的隱含的信息，可以直觀化測(cè)量。例如，在測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，利用U=E-Ir通過(guò)解方程的方法處理數(shù)據(jù)，會(huì)很繁瑣且不利于誤差的揭示。以輸出電壓為縱軸、輸出電流為橫軸，畫(huà)出的U-I圖像的截距與斜率將直觀的反映所要測(cè)量的電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，以圖像為基礎(chǔ)通過(guò)點(diǎn)的平移可方便快捷的得出實(shí)驗(yàn)偏差的情況，實(shí)驗(yàn)測(cè)量因圖而直觀可視。

五、發(fā)展學(xué)生的“視覺(jué)-空間”智能

根據(jù)霍華德·加德納（Howard Gardner）的說(shuō)法，視覺(jué)-空間智能是指感受、辨別、記憶和改變物體的空間關(guān)系并借此表達(dá)思想和感情的能力，表現(xiàn)為對(duì)線條、形狀、結(jié)構(gòu)、色彩和空間關(guān)系的敏感以及通過(guò)平面圖形和立體造型將它們表現(xiàn)出來(lái)的能力。如果學(xué)生的智力是一個(gè)動(dòng)態(tài)的“視覺(jué)空間”，繪制圖像是將物理場(chǎng)景或物理問(wèn)題與大腦中的記憶圖像相關(guān)聯(lián)的過(guò)程，并將物理場(chǎng)景暴露于物理圖像中。學(xué)生通過(guò)繪圖可以實(shí)現(xiàn)物理問(wèn)題的“可視化”，長(zhǎng)久的訓(xùn)練可以使得學(xué)生有強(qiáng)大解釋圖形信息的能力。