多元聯(lián)系表征視角下高中物理可視化教學的實踐

□福建省泉州第十七中學 黃暉

一、可視化教學的涵義

可視化又指思維可視化，是借助各種手段、信息技術等將看不見的思考方式、思維路徑完整呈現(xiàn)出來，使其一目了然、清晰可見。在物理教學中，實現(xiàn)可視化教學包括各種思維導圖、流程圖和概念圖等圖形繪制工具，還包括各種實驗、動畫演示等探究工具，借助可視化工具開展的教學統(tǒng)稱為“可視化教學”。

二、多元聯(lián)系表征視角下可視化教學的優(yōu)勢

基于物理知識抽象、復雜的學科特征，很難通過感官直接認知和理解，更談不上吸收和消化，學生不懂怎樣才能“意會”，教師也抓不住“言傳”的要領，言傳、意會之間缺乏一條無障礙通道，而可視化教學恰好就是突破這個障礙的有效路徑。教師需要通過物理知識點的直觀表征方式——情境、圖形、實驗等，構建起物理對象的公式、基本特征、本質屬性及知識之間的多種關系網絡，將外部信息以最直觀、最形象的方式印在學生腦海之中，在新舊知識、網絡系統(tǒng)之間構建一條無障礙“通道”，以促進學生物理學習能力、物理探究能力、物理創(chuàng)新能力的提升。當然，單一表征下的可視化教學也很難充分體現(xiàn)物理的本質，由此，多元聯(lián)系表征視角下進行物理可視化教學研究的意義，可以彌補單一表征可視化教學的短板，拓寬學生的物理視閾和理性境界，使他們真正掌握物理的規(guī)律及本質，以多元聯(lián)系表征形式的整合，實現(xiàn)多樣化表征形式的轉換以及各個表征系統(tǒng)之間的轉譯。

三、多元聯(lián)系表征視角下高中物理可視化教學的實踐路徑

（一）以形象、直觀的情境幫助學生認知和理解

實踐教學表明，知識的表達講授過于形式化，反而失去了揭示物理學科本質的效果，學生對物理課程中抽象、復雜的知識，應學會透過外部信息了解到內部信息表征的廣泛性和豐富性。世界著名教育家斯蒂恩說過：若抽象的知識點或問題轉換為直觀的圖形，那么學生便形成更深刻的認知和思維，自主進入思考和探究的學習狀態(tài)中。由此，多元聯(lián)系表征下可視化教學中，應以圖形進行物理對象和知識點的表征，使抽象、復雜的問題變得更加形象、簡單，學生才能掌握更多多元聯(lián)系表征形式下的物理內容。比如，在學習《牛頓第三定律》的相關知識時，為有效引領學生建構牛頓第三定律知識結構的體系，教師可應用思維可視化導圖的模式，牽引學生充分融入多元聯(lián)系表征的學習狀態(tài)，并全面聯(lián)系已知的舊內容，將相關內容全部集中在可視化導圖之中，以強化學生提煉、歸納和整理的能力。

（二）通過演示實驗和多媒體技術強化多元聯(lián)系表征的作用

多元聯(lián)系表征下物理教學的開展，可通過演示實驗和多媒體技術以達到提高物理教學效率、強化多元聯(lián)系表征的作用。真實情境將抽象的物理知識與真實生活有機聯(lián)系起來，強化了學生知識結構體系的構建及多元聯(lián)系表征能力的提升；問題式的情境能培養(yǎng)學生的自主探究能力、拓寬他們思維的廣度、深度，推進學生多元聯(lián)系表征能力的更高發(fā)展。通過演示實驗、多媒體技術，學生將復雜的新知識點聯(lián)系到真實生活中產生認知，利于錯誤概念的糾正，建構起正確的、系統(tǒng)的物理知識模型，形成全面的表鏈接體系?？梢詫⒄n本中實驗進行現(xiàn)場演示，也可依據(jù)習題中或課外書實驗自制簡單裝置進行演示，無法演示的可通過視頻動畫的多媒體形式進行展示，都能獲得較好的效果。

（三）通過切身實驗強化多元聯(lián)系表征的應用性

物理這門課程的學習和掌握與實驗活動是密不可分的，教師應特別專注學生通過動手實踐，達到深化知識掌握和強化多元聯(lián)系表征的應用性。只是簡單意義的形式化進行知識的講授，不僅不能突破教學難點，反而會產生物理知識死記硬背的學習觀念。由此，通過學生自身動手實驗以體現(xiàn)可視化實驗的教育價值，對物理現(xiàn)象的細微反應和變化進行認真描繪，在現(xiàn)象捕捉中逐漸抓住本質，強化多元聯(lián)系表征應用的可能性。

例如，在學習《彈力》一節(jié)內容時，要掌握相關知識點首先要求學生自己動手實踐操作實驗，自主體驗彈力的概念及公式：把課本置于水平桌面上，課本和桌面所受彈力的方向；將課本置于傾斜桌面上，課本和桌面所受彈力的方向。這兩個實驗的內容作為學生可視化導圖和探究的核心主題，兩個主題學生自主選擇，確定主題之后，教師引導學生進行本次實驗多元聯(lián)系表征幾個關鍵點：物體確認、受力記錄、收集結果、形成結論，學生在教師指引下經歷了別具個性的可視化思維的沖擊，在視覺感官的支持下推動了思維的深化。加之導圖知識點的直觀呈現(xiàn)，教師隨時掌握可視化操作落實的效果及學生建構多元聯(lián)系表征認知的效果，實現(xiàn)了抽象向具象的有效過渡，促進了課堂教學效果的提升。

（四）歸納總結物理現(xiàn)象促進學生掌握物理規(guī)律

高中物理學習的過程，學生知識的獲得和積累是一個循序漸進的過程，將物理現(xiàn)象的變化、知識的轉化以可視化導圖形式呈現(xiàn)給學生，要求學生以多元聯(lián)系表征的角度進行歸納、分析和總結，有利于學生在動態(tài)的物理現(xiàn)象和變化中探尋出物理學科的規(guī)律。

例如，在探究電阻與長度之間的關系時，教師引導學生選擇哪種實驗方案：用一根還是多根銅絲完成實驗？直接測量還是伏安法測電阻值？長度如何測量？要求學生繪制出實驗的表格，將獲取的實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象記錄于實驗表格中，學生在選擇實驗方式、記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象、繪制圖像過程中，教師須隨時關注他們的操作和思維變化，及時進行評議和指導，組織學生進行討論交流。在實驗方案選擇上，教師更加認同用一根銅絲做實驗的方案，在測電阻方法選擇上，教師肯定了伏安法更為高效，并拿出萬用表進行電阻的測量，學生記錄的數(shù)據(jù)、歸納的現(xiàn)象變化、繪制的物理圖像和得出的結論等，都以投影形式展現(xiàn)在學生眼前。這樣多元聯(lián)系表征下進行物理實驗現(xiàn)象的歸納、分析和總結，一些疑難知識點都以可視化的路徑得到了解決，學生不但深刻認知了每個物理知識的內涵，也更加明晰地掌握了物理學習的正確思路，在日積月累中發(fā)現(xiàn)和總結出物理學科的規(guī)律和本質。

（五）培養(yǎng)學生多元聯(lián)系表征習慣，提升學生多元聯(lián)系表征能力

多元聯(lián)系表征包括多種形式，其中有圖形表征、多媒體技術表征等，無論是圖形表征抑或是多媒體技術表征，都能正確反映各數(shù)量關系及物理變化的狀況，多元聯(lián)系表征的多種方式，能使抽象的物理知識變得形象化、直觀化，具有統(tǒng)一性、概括性的特征，能直觀反映物理客體的現(xiàn)象及本質，教師應注重對學生多元聯(lián)系表征形式的掌握，養(yǎng)成建立多元聯(lián)系表征思維的習慣。

四、結語

多元聯(lián)系表征視角下的高中物理可視化教學具有無法超越的優(yōu)勢，它能很快地將學生的思維聚焦于課堂內容的學習中，促進自身物理學習潛能的充分挖掘。教師要充分掌握多元聯(lián)系表征與高中物理可視化教學整合的重要性，采取豐富的多元聯(lián)系表征手段推進學生物理學習素養(yǎng)的提升。