試論空間想象能力對(duì)高中物理學(xué)習(xí)的影響

摘?要：針對(duì)高中的理科生而言，物理學(xué)科的學(xué)習(xí)是重中之重，也是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)所在。大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的時(shí)候非常吃力，學(xué)習(xí)積極性也在逐步下降，嚴(yán)重抑制了教師的教學(xué)進(jìn)程。而空間想象力的培養(yǎng)不僅可以打破學(xué)生的物理學(xué)習(xí)瓶頸，也能有效提高了教師的教學(xué)質(zhì)量，繼而使得學(xué)生得到物理核心素養(yǎng)的培育，讓學(xué)生感覺(jué)到物理學(xué)習(xí)也并非很難。由此可見(jiàn)，空間想象力是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的前提條件，也是提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)效率的關(guān)鍵。本次就空間想象力對(duì)高中物理學(xué)習(xí)的影響進(jìn)行了分析探究。

關(guān)鍵詞：空間想象力;高中物理;影響

就目前而言，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的時(shí)候，都會(huì)覺(jué)得無(wú)從下手、不知道知識(shí)究竟是怎么一回事的一種學(xué)習(xí)狀態(tài)，更別說(shuō)對(duì)物理知識(shí)的靈活運(yùn)用。物理本身是一門(mén)實(shí)踐性的學(xué)科，學(xué)生對(duì)實(shí)踐對(duì)象的分析是掌握物理知識(shí)的根本所在，在這個(gè)時(shí)候就要學(xué)生發(fā)揮空間想象能力來(lái)建立完整的物理模型繼而對(duì)物理知識(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)、合理的解答。我們都知道物理知識(shí)需要學(xué)生具備較強(qiáng)了聯(lián)想能力和觀(guān)察能力，這也從側(cè)面反映出了空間想象能力在高中物理學(xué)習(xí)中有著重要的作用。

一、 空間想象能力對(duì)高中物理學(xué)習(xí)的影響

（一）有助于提高學(xué)生對(duì)圖像的剖析能力

在高中的物理學(xué)習(xí)中，“圖像”是物理學(xué)習(xí)的一大難點(diǎn)，在許多知識(shí)點(diǎn)中都運(yùn)用到了圖像的分析，例如，在研究“一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”教師讓學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)將數(shù)據(jù)采集器收集到數(shù)據(jù)輸送的圖形計(jì)算器中，繼而輸出P-V圖線(xiàn)，得出一條曲線(xiàn)，輸出P-1/V圖線(xiàn)，得出一條直線(xiàn)。通過(guò)觀(guān)察教師可以讓學(xué)生在頭腦中進(jìn)行圖像的對(duì)比，會(huì)發(fā)現(xiàn)：曲線(xiàn)與反比例函數(shù)、直線(xiàn)與一次函數(shù)圖線(xiàn)可以很好地吻合。由此得出一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。在物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中其實(shí)還有許許多多運(yùn)用到圖像與想象力的知識(shí)層面，如：高中物理最重要的知識(shí)點(diǎn)“牛頓第二定律”的知識(shí)學(xué)習(xí)，就需要學(xué)生對(duì)a-F進(jìn)行觀(guān)察、分析得出實(shí)驗(yàn)的誤差原因。通過(guò)這一系列的探究學(xué)習(xí)，這也從側(cè)面反映出了空間想象能力在高中物理圖像有關(guān)知識(shí)的方面起到了非常重要的引導(dǎo)作用，可以有效幫助學(xué)生提高自身的空間想象能力，教師在進(jìn)行物理教學(xué)的時(shí)候要注重強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)知、剖析和繪制圖形的能力，如：可以讓學(xué)生自己動(dòng)手畫(huà)一畫(huà)，或者在遇到物理學(xué)習(xí)有關(guān)立體圖形時(shí)，可以讓學(xué)生把不同的平面圖在腦海中想象繼而畫(huà)出來(lái)（俯視圖、側(cè)視圖、仰視圖、投影圖、截面圖等），繼而對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的圖形、圖像識(shí)別訓(xùn)練，以便于構(gòu)建學(xué)生的思維，擴(kuò)展學(xué)生的想象能力。讓學(xué)生可以充分利用空間想象能力對(duì)高中物理的圖像進(jìn)行剖析。

（二）有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣

高中生面臨著高考的壓力，許多學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)在腦海中都繃著一根弦，倘若教師一不留神碰著了，那么對(duì)學(xué)生整個(gè)高中的學(xué)習(xí)生涯都會(huì)有所影響，尤其是在高中這個(gè)緊張的學(xué)習(xí)時(shí)刻。而“物理”的學(xué)習(xí)就是學(xué)生那根緊繃的弦，物理知識(shí)可以說(shuō)是高中生學(xué)習(xí)的一大難關(guān)，很多學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣都在呈現(xiàn)下降的狀態(tài)。而空間想象力不僅可以幫助學(xué)生理解物理知識(shí)的重難點(diǎn)，也有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，不僅是在物理學(xué)科上，在數(shù)學(xué)上也有著重要的輔助作用。簡(jiǎn)單地說(shuō)想象力是摸不著看不見(jiàn)的，它是通過(guò)學(xué)生對(duì)知識(shí)、現(xiàn)象的理解與觀(guān)察，繼而在腦海中進(jìn)行的思維構(gòu)建，為解題提供有效的思路，通過(guò)對(duì)信息的處理繼而輸出有效的答案，從而在腦海中進(jìn)行物理圖景、物理模型的建設(shè)。我們都知道“力學(xué)”在高中物理中占據(jù)著重要的比重分配，而學(xué)生通過(guò)空間想象力的運(yùn)用，不僅可以使得力學(xué)知識(shí)變得更加簡(jiǎn)易、直觀(guān)，學(xué)生也會(huì)因?yàn)閷?duì)力學(xué)知識(shí)的掌握而樹(shù)立起學(xué)習(xí)物理的自信心。例如，在力學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)入動(dòng)能與動(dòng)量的學(xué)習(xí)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一大部分的學(xué)生對(duì)于碰撞的計(jì)算會(huì)經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的原因并不在于學(xué)生在計(jì)算方面容易出現(xiàn)失誤，而是學(xué)生對(duì)于碰撞的過(guò)程以及碰撞前后物理的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變，在學(xué)生的頭腦中沒(méi)有一個(gè)清楚地理解，繼而導(dǎo)致在解題過(guò)程中出現(xiàn)偏差。這個(gè)時(shí)候空間想象力便起到了關(guān)鍵的作用，學(xué)生在腦中可以結(jié)合題目所給條件，對(duì)碰撞發(fā)生的全過(guò)程進(jìn)行想象：兩個(gè)物體發(fā)生碰撞后的方式一般有三種情況“彈性正碰、碰撞后連在一起、斜向碰撞”繼而發(fā)揮自己的想象力對(duì)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析，倘若方向沒(méi)有改變，物體的運(yùn)動(dòng)方向在一條直線(xiàn)上時(shí)該如何計(jì)算，倘若物體發(fā)生改變不在一條線(xiàn)上該如何計(jì)算。通過(guò)運(yùn)用空間想象力，繼而將知識(shí)進(jìn)行分析、解剖得出解題思路，讓學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)不光有興趣還要有激情，從而提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的有效性。

（三）有助于提高學(xué)生對(duì)信息的提取能力

空間想象能力不僅可以提高學(xué)生對(duì)事物的觀(guān)察，也有效提高了學(xué)生對(duì)事物的聯(lián)想，而學(xué)生通過(guò)在腦海中的聯(lián)想可以有效地把一事物和另一事物進(jìn)行有效的分析、對(duì)比與處理，繼而形成科學(xué)的思維構(gòu)建。以便于學(xué)生快速提取出對(duì)解題有用的信息，讓學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加的清楚。在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中涉及很多需要學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想繼而得出解題思路的知識(shí)內(nèi)容。例如，萬(wàn)有引力公式F=GmM/r2;庫(kù)侖定律公式f=kq1q2/r2，不難發(fā)現(xiàn)兩者之間較為相似，這個(gè)時(shí)候就需要學(xué)生在進(jìn)行解題的時(shí)候?qū)@兩種公式進(jìn)行聯(lián)想和區(qū)分，如：兩個(gè)公式在推導(dǎo)的過(guò)程中都使用了理想模型的物理方法，將施力受力物體的體積視為非常小的點(diǎn);萬(wàn)有引力只適用于低速、弱引力場(chǎng)，而不適用與高速、強(qiáng)引力場(chǎng)，而庫(kù)侖定律只適用于場(chǎng)源電荷靜止的情況，不適用與運(yùn)動(dòng)電荷對(duì)靜止電荷的作用力。學(xué)生通過(guò)在腦海中進(jìn)行聯(lián)想與區(qū)分以便于學(xué)生在遇到此類(lèi)相關(guān)的題型可以進(jìn)行有效的分析，讓學(xué)生可以對(duì)題中的信息進(jìn)行提取、加工繼而保證答案的正確率。其實(shí)在物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中有很多方面的知識(shí)都需要學(xué)生運(yùn)用自己的聯(lián)想，如：學(xué)生在學(xué)習(xí)磁感線(xiàn)的分布特點(diǎn)，就需要學(xué)生聯(lián)想到電場(chǎng)線(xiàn)的相關(guān)特點(diǎn)，并且加以比較。學(xué)生通過(guò)有效地運(yùn)用空間現(xiàn)象力繼而提高學(xué)生對(duì)信息的提取能力，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，提高教師的教學(xué)效率。

二、 培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的對(duì)策探討

（一）深入挖掘教材內(nèi)容，樹(shù)立空間意識(shí)

要想讓學(xué)生擁有較好的空間想象能力，教師就要在教材中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與空間想象力有關(guān)的知識(shí)，進(jìn)行探索、分析，樹(shù)立學(xué)生的空間意識(shí)。我們都知道物理的學(xué)習(xí)是一門(mén)邏輯性較強(qiáng)的學(xué)科學(xué)習(xí)，包括其自然科學(xué)、人文地理等多個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)也為學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程帶來(lái)了極大的困擾，如何有效讓學(xué)生運(yùn)用空間想象力來(lái)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，教師在教學(xué)的過(guò)程中就要讓學(xué)生多動(dòng)腦動(dòng)手，為學(xué)生展示與空間現(xiàn)象力有關(guān)的輔助性工具，如模型、視頻等途徑，讓學(xué)生可以更加直觀(guān)地觸摸與感受，繼而有效幫助學(xué)生進(jìn)行物理建模，全方位調(diào)動(dòng)學(xué)生的空間想象力。例如在學(xué)習(xí)《自由落體運(yùn)動(dòng)》這一物理知識(shí)的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候就需要學(xué)生運(yùn)用空間想象力了，在理解自由落體運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的前提下，樹(shù)立學(xué)生的空間意識(shí)，避免學(xué)生認(rèn)為物體越重就下落越快的錯(cuò)誤思想。通過(guò)對(duì)教材內(nèi)容的深入挖掘繼而有效為學(xué)生樹(shù)立科學(xué)、合理的空間想象力。

（二）善用教學(xué)模型，豐富學(xué)生的想象力

對(duì)事物的觀(guān)察、分析，是學(xué)生進(jìn)行空間想象力的前提，而教學(xué)模型不僅可以有效培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，也使得學(xué)生的知識(shí)與思維進(jìn)行了有效的融合，從而使得學(xué)生的空間想象力得到升華。就目前而言，模型的教學(xué)方式可以說(shuō)是培養(yǎng)學(xué)生空間想象力最直觀(guān)、最有效的一種教學(xué)手段。例如，在學(xué)習(xí)《圓周運(yùn)動(dòng)》這一知識(shí)內(nèi)容的時(shí)候，教師可以運(yùn)用教學(xué)用具“地球儀”，以此為表象讓學(xué)生建立空間想象力，分析圓周運(yùn)動(dòng)的圓心位置及相對(duì)應(yīng)的半徑，從而提高學(xué)生的物理建模能力，在具體的實(shí)物展現(xiàn)中進(jìn)行空間能力的思考，讓學(xué)生在遇到相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的時(shí)候，可以有效地解決問(wèn)題，就好比遇到這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì)：“地球自轉(zhuǎn)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)各地的角速度相同但是線(xiàn)速度卻不相同，為什么？”學(xué)生就可以聯(lián)想到當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)是對(duì)地球儀的探討，繼而幫助學(xué)生在頭腦中進(jìn)行空間想象。通過(guò)教學(xué)模型，豐富學(xué)生的想象力，為學(xué)生的空間能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）開(kāi)創(chuàng)信息教學(xué)，科學(xué)補(bǔ)充空間素材

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的時(shí)代，信息化的技術(shù)運(yùn)用也出現(xiàn)在了各行各業(yè)，教育行業(yè)也不例外，教師通過(guò)信息技術(shù)的融入，不僅可以創(chuàng)新教學(xué)模式，也有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。尤其是對(duì)于枯燥、乏味的物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，信息技術(shù)的運(yùn)用使得許多理論型的物理知識(shí)以更加直觀(guān)、形象的形式展現(xiàn)在了學(xué)生面前，使得學(xué)生的空間思維能力得到了有效的提升。例如，在學(xué)習(xí)《曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)》這一物理知識(shí)的時(shí)候，我們所看到的課本知識(shí)都是靜面的圖片，教師可以通過(guò)多媒體進(jìn)行視頻的播放，讓學(xué)生以更加直觀(guān)的形式感受到運(yùn)動(dòng)的變化，以便于學(xué)生在進(jìn)行空間想象力建造的時(shí)候有充分的理論依據(jù)，以科學(xué)、合理的空間思維對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。

三、 培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的注意事項(xiàng)

在物理教學(xué)學(xué)生通過(guò)合理的運(yùn)用空間想象力不僅可以提高學(xué)習(xí)效率，也有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使得教師的教學(xué)質(zhì)量得到了極大的發(fā)展。但是，教師在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用空間現(xiàn)象力的同時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

第一，所運(yùn)用的道具要符合教材內(nèi)容本身，只有模型與所教授知識(shí)進(jìn)行高度的融合，學(xué)生在進(jìn)行空間想象的時(shí)候才會(huì)緊扣主題，以免造成解題事物。

第二、要培養(yǎng)學(xué)生不同層面的觀(guān)察力，我們都知道想象力是建立在科學(xué)的觀(guān)察上，只有對(duì)圖形進(jìn)行精準(zhǔn)的觀(guān)察與細(xì)致的了解，學(xué)生在進(jìn)行物理建模的時(shí)候才會(huì)與解題內(nèi)容進(jìn)行高度的契合，如：“俯視、仰視……”通過(guò)不同的層面觀(guān)察，繼而得出優(yōu)質(zhì)的答案。

第三，對(duì)信息的提取要完整，要想合理運(yùn)用空間想象力來(lái)幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)成績(jī)，教師在培養(yǎng)學(xué)生空間力的過(guò)程中，就要讓學(xué)生對(duì)題干的信息進(jìn)行有效地加工、分析、處理，運(yùn)用科學(xué)的比較與歸納對(duì)信息進(jìn)行完整的整合，使得學(xué)生在頭腦中形成知識(shí)機(jī)構(gòu)，構(gòu)建物理思維體系，通過(guò)對(duì)信息完整的提取繼而得出有效的解題思路。

總而言之，物理空間想象力是學(xué)生解決物理重難點(diǎn)知識(shí)的有效途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生思維發(fā)展的重要手段，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率有著重要的引導(dǎo)作用，同時(shí)也是教師進(jìn)行物理教學(xué)的質(zhì)量保證。

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作者簡(jiǎn)介：

陳輝，江蘇省太倉(cāng)市，江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)。