圖示法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

李明星

摘? ?要：本文闡述了筆者設(shè)計(jì)的三個(gè)物理圖示，分別用來(lái)消除光的三原色的錯(cuò)誤前概念，構(gòu)建伯努利定律的微觀模型和解析一個(gè)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部成因。

關(guān)鍵詞：圖示法;初中;前概念;物理教學(xué)

物理是研究物理概念、物理規(guī)律以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科，作為首次系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理學(xué)的初中生，其邏輯思維結(jié)構(gòu)正由感性思維向理性思維轉(zhuǎn)化，科學(xué)探究能力還沒(méi)有完善。在如何學(xué)好以及如何理解物理概念和規(guī)律的過(guò)程中，學(xué)生很容易陷入死記硬背的惡性循環(huán)，短暫的會(huì)提高學(xué)生的成績(jī)，但是長(zhǎng)此以往會(huì)降低學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，無(wú)法正式成為主動(dòng)學(xué)習(xí)者，自主地建構(gòu)物理知識(shí)體系和框架。初中物理的主要目的是增加學(xué)生的興趣和掌握學(xué)習(xí)物理的方式方法，死記硬背既無(wú)法提高課堂效率，也導(dǎo)致初中、高中的銜接不順暢。解決這些問(wèn)題的方法有很多，其中一種為圖示法，運(yùn)用物理圖示講解生動(dòng)又高效，物理教材上的物理圖示就很多[1 ]。本文探討筆者自行設(shè)計(jì)的三個(gè)物理圖示，以及這些物理圖示在物理教學(xué)中如何解決對(duì)應(yīng)的易錯(cuò)點(diǎn)。

1? 利用“圖示法”消除學(xué)生光的三原色的錯(cuò)誤前概念

《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》（1996年第三次修訂出版）中，有關(guān)“原色”的釋文為：色光中的原色是紅、綠、藍(lán);顏料中的原色是紅、黃、藍(lán)。也就是我們?nèi)粘Ｌ岬降墓獾娜ɑ蛘吖獾娜┖皖伭系娜ɑ蛘呙佬g(shù)的三原色），雖然美術(shù)界后期發(fā)現(xiàn)品紅加適量黃可以調(diào)出大紅，而大紅卻無(wú)法調(diào)出品紅;青加適量品紅可以得到藍(lán)，而藍(lán)加綠得到的卻是不鮮艷的青;用黃、品紅、青三色能調(diào)配出更多的顏色，而且純正并鮮艷，即更科學(xué)的美術(shù)三原色為品紅、青、藍(lán)[2 ]。但筆者通過(guò)對(duì)初一300名學(xué)生調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除去13份空白卷子，77.7%的學(xué)生回答顏料的三原色為紅、黃、藍(lán)，而這其中65.0%的人認(rèn)為光的三原色與顏料的三原色是相同的。哪怕對(duì)初三的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，部分學(xué)生也會(huì)混淆光的三原色與顏料的三原色。說(shuō)明初中生頭腦中對(duì)光的三原色有根深蒂固的錯(cuò)誤前概念，哪怕經(jīng)過(guò)對(duì)滬科版物理八年級(jí)全一冊(cè)第四章第四節(jié)“光的色散”這節(jié)課的學(xué)習(xí)，也有很多學(xué)生的錯(cuò)誤前概念也沒(méi)有被轉(zhuǎn)化。

筆者設(shè)計(jì)如圖1來(lái)轉(zhuǎn)化學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，學(xué)生都知道牛頓的實(shí)驗(yàn)將白光通過(guò)三棱鏡后色散為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫這七種單色光，將這七種單色光按照順時(shí)針?lè)植荚诘确值膱A內(nèi)，并且將紅光寫在最上面。根據(jù)圖示講解時(shí)，可知最上方的紅光和最下方的藍(lán)光和綠光為光的三原色，并且紅光和綠光可以復(fù)合為橙光和黃光，紅光的比例多一些就復(fù)合為橙光，綠光的比例多一些就復(fù)合為黃光，紅光和藍(lán)光可以復(fù)合為紫光和靛光，紅光的比例多一些就復(fù)合為紫色，藍(lán)光的比例多一些就復(fù)合為靛光。筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明該方法對(duì)于學(xué)生對(duì)光的三原色錯(cuò)誤前概念的轉(zhuǎn)變有一定的作用。

2? 利用圖示法構(gòu)建伯努利定律的微觀物理模型

19世紀(jì)，人們對(duì)物理概念和物理規(guī)律的宏觀認(rèn)識(shí)日趨完善，為推動(dòng)物理學(xué)的發(fā)展，很多科學(xué)家將更多的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)物理學(xué)的微觀世界研究。隨著生產(chǎn)和科學(xué)水平的進(jìn)步，以及科學(xué)儀器和技術(shù)的發(fā)展，19世紀(jì)初，在德謨克利特、伊壁鳩魯、笛卡爾、牛頓等人的基礎(chǔ)上道爾頓提出了系統(tǒng)的原子學(xué)說(shuō)，人類對(duì)微觀物理世界有了深入研究[3 ]。很多物理規(guī)律的宏觀描述不足以讓學(xué)生明白其內(nèi)在邏輯和體系，比如伯努利定律在初中的講解——流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：流速越大的地方壓強(qiáng)越小，流速越小的地方壓強(qiáng)越大。

這節(jié)課的講解多數(shù)以演示實(shí)驗(yàn)為主，例如“天女散花”“吹不掉的乒乓球”“向回跑的小球”等。這些實(shí)驗(yàn)都具有操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)，并且這些實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象與學(xué)生的預(yù)期結(jié)果相反，例如將礦泉水瓶去掉瓶蓋和底部，水平放置后將小球放在瓶中，從瓶口向里吹氣，發(fā)現(xiàn)小球不會(huì)被吹走，反而會(huì)移向瓶口的位置，也就是吹氣的方向。這些“反?！钡膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以極大的引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究的欲望，但根據(jù)物理規(guī)律來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程卻一筆而過(guò)，這樣講解學(xué)生也能應(yīng)付初中目前的習(xí)題，短暫提高學(xué)習(xí)的成績(jī)，但追其根、溯其源：到底為什么流速大的地方壓力就小，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)小呢？很多學(xué)生都無(wú)法準(zhǔn)回答。因此，筆者建構(gòu)了伯努利定律的微觀物理模型。

該模型以流體中的氣體為例，簡(jiǎn)化了空氣中各色原子和分子獨(dú)有的微觀結(jié)構(gòu)，并將其表述為帶箭頭的圓點(diǎn)，圓點(diǎn)的大小表示其質(zhì)量，箭頭代表運(yùn)動(dòng)方向，如圖2所示。由于分子是在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以水平放置的紙面上方和下方分子的數(shù)量和撞擊紙面的分子數(shù)量基本一致，即上下方的壓力、壓強(qiáng)一致。但是當(dāng)紙面上方有水平方向上的風(fēng)吹過(guò)時(shí)（以水平向右吹動(dòng)為例），原本無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子被氣體帶動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)，使得撞擊紙面的分子數(shù)量減小，導(dǎo)致由于撞擊而產(chǎn)生的壓力減小，上下受力面積相同，上方氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)就減少，如圖3所示。

3? 利用圖示法解析物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部成因

流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)漏斗倒扣吹乒乓球但是乒乓球不掉落的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常驚奇，將漏斗倒扣，用手指將乒乓球抵在漏斗口中，從細(xì)管口中向下吹氣，小球沒(méi)有被吹落，反而懸置在漏斗口中。要想描述該物理現(xiàn)象的原理，影響因素很多，例如小球的自轉(zhuǎn)對(duì)流速的影響等。所以很少有老師對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致解析，導(dǎo)致很多同學(xué)認(rèn)為流速小的地方是漏斗細(xì)口的部分，然而這部分對(duì)小球產(chǎn)生的是向下的沖擊力，而不是對(duì)抗小球重力使小球懸浮的力。因此，筆者簡(jiǎn)化自轉(zhuǎn)的因素，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)一個(gè)圖示，使實(shí)驗(yàn)講解簡(jiǎn)單易懂。

該實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是使學(xué)生看不見(jiàn)的風(fēng)，所以筆者將風(fēng)具象化——設(shè)計(jì)成流暢的線條，風(fēng)的總量是不變的，所以從細(xì)口到漏斗部分的線條數(shù)量是一致的，用線條的疏密程度來(lái)反映風(fēng)速，線條越密集的地方表示該處流速大，反之，線條越稀疏的地方表示該處流速越小，這樣就使流速分布具體化。另外一點(diǎn)也可轉(zhuǎn)變學(xué)生認(rèn)為細(xì)口管處產(chǎn)生的力是向上的這一錯(cuò)誤概念，圖示展示出此處的力是氣體對(duì)小球向下的沖擊力。根據(jù)滬科版八年級(jí)物理教材的編輯順序，可知此前已講授了力的合成，所以也可以根據(jù)圖4深入講解向上的力是如何形成的，由于流速大小差異產(chǎn)生的豎直向上的合力抵消了風(fēng)對(duì)小球向下的沖擊力以及小球自身的重力。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫艷波.圖示法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].教改課改，2015（22）：76.

[2]孫宏博.物理與美術(shù)色彩的異同分析及應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2010（8）：35-36.

[3]李艷平，申先甲.物理學(xué)史教程[M].北京：科學(xué)出版社 ，2003.