教與學(xué)思維可視化下的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理

摘 ? 要：物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理能夠充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用并幫助學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行認(rèn)證、對物理學(xué)科相關(guān)的概念定理進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，繼而提升學(xué)生的物理實(shí)踐探究能力。在教與學(xué)思維可視化發(fā)展下的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理，能夠讓學(xué)生通過可視化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步理解并驗(yàn)證學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生物理素養(yǎng)。文章以“探究凸透鏡成像規(guī)律”一課為例，對實(shí)現(xiàn)教與學(xué)思維可視化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理的相關(guān)問題進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：教與學(xué);思維可視化;物理實(shí)驗(yàn);數(shù)據(jù)

作者簡介：李茂靜，江蘇省蘇州市相城區(qū)南京師范大學(xué)蘇州實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師，研究方向?yàn)槌踔形锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)。（江蘇 ?蘇州 ?215000）

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1671-0568（2019）23-0041-02

物理課程一直都是初中階段教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如何幫助學(xué)生更好地掌握物理知識、提升物理綜合學(xué)科素養(yǎng)是當(dāng)前初中物理課程教學(xué)的重點(diǎn)。物理教學(xué)中教與學(xué)的可視化研究是對新課標(biāo)倡導(dǎo)教學(xué)方式多樣化的一種積極探索。物理學(xué)科教與學(xué)思維可視化不僅可以通過利用低成本小實(shí)驗(yàn)對物理現(xiàn)象和規(guī)律呈現(xiàn)，還可以利用計(jì)算機(jī)完成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)，將圖表圖像信息表示的、隨著時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或者物理量直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理中的教與學(xué)思維可視化，能讓學(xué)生通過真實(shí)的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證所學(xué)，進(jìn)一步鞏固和提升學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

一、教與學(xué)思維可視化在實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)分析與處理中的必要性

1. 優(yōu)化課程設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的物理興趣。在現(xiàn)代物理課程教學(xué)中，通過教與學(xué)思維可視化能幫助物理教師更好地豐富課堂授課內(nèi)容，顯著提升教學(xué)成效。教與學(xué)思維的可視化發(fā)展讓初中物理教學(xué)展現(xiàn)出足夠的活力，讓整個(gè)教學(xué)活動(dòng)更具實(shí)效性和感染力，使每個(gè)學(xué)生都樂于參與課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣。借助教與學(xué)思維的可視化能讓整個(gè)物理課程的難度降低，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中逐漸養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，從而不斷激發(fā)學(xué)生成長的動(dòng)力，讓他們能更好地投入到初中物理課程學(xué)習(xí)中，不斷提升物理學(xué)習(xí)成績。

2. 有效提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度。在初中階段物理課程教學(xué)中，物理學(xué)科涉及的大量定理、抽象內(nèi)涵均蘊(yùn)藏著豐富的教學(xué)內(nèi)容，這使之成為初中階段較難教與學(xué)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)課程一直是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理是實(shí)驗(yàn)課程的核心，是幫助學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)感悟、理解并掌握新知的有效途徑。通過思維可視化教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理中的應(yīng)用，能有效激發(fā)學(xué)生的合作探究意識并提升其創(chuàng)新能力，繼而有效激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度。

3. 顯著提升物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的質(zhì)量。物理學(xué)科在生活中具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值，教師通過思維導(dǎo)圖、導(dǎo)學(xué)案等可視化思維教學(xué)方式，能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加深入。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理的可視化，讓師生之間的交流更加便捷，有利于師生雙方更加深入地探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和知識，繼而提升課堂效率，不斷促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

二、教與學(xué)思維可視化在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析中的實(shí)踐應(yīng)用

本文以“探究凸透鏡成像規(guī)律”一課為例，探究教與學(xué)思維可視化在物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理中的實(shí)現(xiàn)策略。

1. 創(chuàng)設(shè)教與學(xué)思維可視化教學(xué)情境。凸透鏡成像是初中階段物理課程中重要的教學(xué)內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)所需要的實(shí)驗(yàn)器材較為簡單，實(shí)驗(yàn)原理清晰。但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很難整體理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程以及處理數(shù)據(jù)。

首先，要注重在抽象知識講解的過程中創(chuàng)設(shè)可視化的教學(xué)情境。在教學(xué)實(shí)踐中，教師要注重思維導(dǎo)圖的運(yùn)用，讓學(xué)生能夠通過思維導(dǎo)圖直觀地理解和掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，使教學(xué)目標(biāo)有效突出。通過思維導(dǎo)圖（如圖1）的運(yùn)用讓學(xué)生對整個(gè)課程內(nèi)容及過程有充分的了解。

圖1 凸透鏡成像教學(xué)課程思維導(dǎo)圖

其次，在數(shù)據(jù)分析過程中實(shí)現(xiàn)思維可視化。數(shù)據(jù)分析是該課程教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過數(shù)據(jù)分析能夠讓學(xué)生探究一般規(guī)律，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。教師要通過可視化教學(xué)方式，將數(shù)據(jù)清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，按照成像大小的差異性來探究規(guī)律。教師以學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代化教具將成像過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)凸透鏡成像規(guī)律，最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

最后，要通過運(yùn)用多種教學(xué)手段來構(gòu)建可視化教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的收集、整理、歸納及規(guī)律的論證是完成教學(xué)的重要內(nèi)容，在教學(xué)實(shí)踐中要注重該實(shí)驗(yàn)操作策略的可視化以及實(shí)驗(yàn)過程的可視化。例如，在教學(xué)中借助多媒體課件的播放讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)中凸透鏡的具體擺放要求，掌握實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，從而更好地完成教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)效率。

2. 在實(shí)驗(yàn)評價(jià)中實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的思維可視化。凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)是初中階段物理實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)內(nèi)容。對學(xué)生思維進(jìn)行評價(jià)是促進(jìn)學(xué)生能力提升的重要方式，也是實(shí)現(xiàn)學(xué)生素養(yǎng)提升的重要內(nèi)容。

首先，要注重對學(xué)生思考方法的評價(jià)。在教學(xué)中，通過參與式的可視化教學(xué)充分地展現(xiàn)了學(xué)生的整個(gè)思維過程。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生按照教師的引導(dǎo)利用凸透鏡來進(jìn)行觀察，并探究其規(guī)律，通過比較、逆向思考等方法達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。在教學(xué)中，學(xué)生通過教師的指導(dǎo)學(xué)會(huì)了利用凸透鏡完成對近處或者遠(yuǎn)處物體的觀察，并大膽猜想得出“凸透鏡成像的大小、正立或者倒立與物體到凸透鏡之間的距離有關(guān)系”的結(jié)論。同時(shí)，這種現(xiàn)象也說明了凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已經(jīng)將控制變量得出結(jié)論的實(shí)驗(yàn)方法牢牢地掌握了，并已經(jīng)將比較法、逆向思維法、遞推法等論證方法融會(huì)貫通地應(yīng)用在了學(xué)習(xí)中。

其次，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)思考方式進(jìn)行評價(jià)。在物理課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的會(huì)聚思維是非常重要的教學(xué)內(nèi)容。會(huì)聚思維又被稱為“求同思維”和“收斂思維”，具有比較性、求同性、程序性的特點(diǎn)。通過對學(xué)生會(huì)聚思維的評價(jià)能夠讓學(xué)生更加完善地建立知識思維體系，準(zhǔn)確地把握知識的全局性和局部特點(diǎn)。要注重引導(dǎo)學(xué)生感受“提出問題→建立假設(shè)→設(shè)計(jì)并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)→分析數(shù)據(jù)并論證→評價(jià)交流”的實(shí)驗(yàn)思考過程，同時(shí)還要利用思維可視化思想將實(shí)驗(yàn)程序優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生按照“數(shù)據(jù)讀取復(fù)合可視化→數(shù)據(jù)比較可視化→數(shù)據(jù)信息歸納分析可視化→數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)向規(guī)律可視化”的流程，更加直觀地將整個(gè)實(shí)驗(yàn)思維過程可視化，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證思維、發(fā)散思維。

綜上所述，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是建立在相關(guān)的知識基礎(chǔ)之上的，在實(shí)驗(yàn)背后需要基礎(chǔ)知識作為支撐，學(xué)生不了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)思維很難從真正意義上掌握實(shí)驗(yàn)課程。通過思維可視化教學(xué)理念在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用能夠讓整個(gè)教學(xué)思維過程直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，借助思維導(dǎo)圖等教學(xué)方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的不斷提升。因此，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重思維可視化的應(yīng)用研究，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 熊華，盧天宇，等.試論思維可視化運(yùn)用于初中物理教學(xué)的要點(diǎn)——以“凸透鏡成像的規(guī)律”為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，（22）.

[2] 趙慧臣，王玥.我國思維可視化研究的回顧與展望——基于中國知網(wǎng)2003—2013年論文的分析[J].中國電化教育，2014，（4）.

責(zé)任編輯 袁靜琴