思維可視化在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用與實踐

黎代林

【摘 ? ?要】可視化教學(xué)是基礎(chǔ)教育階段理工科教學(xué)的一個重要手段，通過該教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生在思維構(gòu)建上實現(xiàn)可視化，對于學(xué)生理解相關(guān)的抽象知識理論體系和模型有著明顯的促進和提升作用。初中物理主要是對宏觀世界中一些常見的物理現(xiàn)象和規(guī)律的基礎(chǔ)性知識開展教學(xué)，需要學(xué)生具備一定的邏輯、抽象和聯(lián)系思維，教師可通過數(shù)據(jù)可視化、圖形符號可視化和課堂總結(jié)評價可視化等方式逐步幫助學(xué)生建立可視化的思維意識，將物理中抽象性內(nèi)容具體形象化，從而提升學(xué)習效能。

【關(guān)鍵詞】思維可視化 ?初中物理 ?實踐應(yīng)用

中圖分類號：G4 ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.11.014

思維可視化概念最早來源于國家的思維可視化實驗中心，它的主要目標是解決在傳統(tǒng)理工科教學(xué)中注重結(jié)果導(dǎo)向而忽略學(xué)生在學(xué)習和解決問題過程中的思維構(gòu)建培養(yǎng)的突出問題。與人文社科教學(xué)相比，思維體系的形成是包括物理在內(nèi)的理科學(xué)習的關(guān)鍵前提，推動思維的可視化，就是為學(xué)生進行探究和思考增添了更有利的方法技巧，更好地破解重難點知識，解決實際問題。在教學(xué)實踐中，教師應(yīng)從教材的核心知識體系出發(fā)，強化數(shù)形結(jié)合，增強學(xué)生思維可視化能力。

一、理念形成的現(xiàn)實背景和應(yīng)用價值

在包括物理課堂教學(xué)在內(nèi)的初中理科教學(xué)實踐中，教師常常會發(fā)現(xiàn)對于知識點的講解學(xué)生只存在“瞬間記憶”，當時聽懂了，下節(jié)課又交還給教師，復(fù)習回顧時又馬上學(xué)會，之后做題時又錯誤百出，這樣循環(huán)往復(fù)，令人不解。這種問題出現(xiàn)的一個重要原因在于教師的講課節(jié)奏和學(xué)生的思考速度不匹配。從根本上來說，教師的講解過于追求結(jié)果的達成，而對于學(xué)生如何思考探究的過程沒有進行細致、耐心和深入的引導(dǎo)，學(xué)生的思路無法及時跟上教師講解的速度，教與學(xué)出現(xiàn)了脫離現(xiàn)象。這種情況也集中表現(xiàn)在教師的講課內(nèi)容如行云流水般內(nèi)容充實、豐富多彩，但是與學(xué)生的認知水平和知識儲備相比已經(jīng)過度拔高，學(xué)生不理解其中的具體過程，只是對結(jié)論進行了機械化的記憶，囫圇吞棗。這種教學(xué)形式就會造成學(xué)生的理解不到位，記憶不深刻，應(yīng)用易出錯。加之物理教學(xué)是從八年級開始，學(xué)時短、內(nèi)容多，有些教師為了實現(xiàn)教學(xué)進度而過度地擴充物理課堂的知識內(nèi)容，學(xué)生很難在有限的時間內(nèi)利用原有的思考模式和路徑進行消化，有些問題學(xué)生還沒有來得及去運用已有知識進行整合加工進而思索探究，教師卻直接說出了答案[1]。這種引導(dǎo)方式就會造成學(xué)生把更多的精力放到答案本身，而沒有關(guān)注背后的關(guān)鍵內(nèi)容。這與構(gòu)建主義的學(xué)習理念是背道而馳的。該理論認為知識的獲取并不是依托直接的講授和信息傳達被動實現(xiàn)，而是要以學(xué)習主體的主動作為，再結(jié)合相關(guān)的資源，在教師、同伴、社會等多主體的協(xié)同配合下，通過對知識和思維的構(gòu)建形成認知、理念、行為和思路。

二、思維可視化在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用與實踐策略

（一）數(shù)量關(guān)系的可視化

物理學(xué)習在掌握基本的物理規(guī)律和定理后，還有大量的數(shù)理計算，這些與數(shù)學(xué)內(nèi)容有著緊密的聯(lián)系，因此可以與數(shù)學(xué)中的數(shù)形結(jié)合思想相互借鑒，形成思維可視化在物理學(xué)科中的數(shù)量關(guān)系記錄、處理、分析應(yīng)用路徑。比如在進行人教版物理教材中關(guān)于光學(xué)知識的教學(xué)時，凸透鏡成像就要考慮焦點、焦距、折射率等相關(guān)數(shù)據(jù)。教師在講解這一實驗時，調(diào)整儀器的位置后使實物能夠通過凸透鏡在背后的白板上呈現(xiàn)出清晰的實像，這時可以根據(jù)該距離來確定焦距，對光在經(jīng)過曲面透鏡時的傳播規(guī)律有更加清晰的理解。教師應(yīng)當讓其中的實驗數(shù)據(jù)可視化，比如可以讓學(xué)生把不同位置下的實驗數(shù)據(jù)以Excel表格形式記錄下來，而后通過軟件以表格和圖形的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，有利于學(xué)生直觀地觀察和判斷數(shù)據(jù)關(guān)系，提升可視化程度。

（二）將圖形符號顯性呈現(xiàn)

物理主要培養(yǎng)學(xué)生的抽象和邏輯思維，但是初中生因為能力水平有限，思維方式上還是主要以形象感知和感性認知為主，特別是對于新概念和知識的理解，直接以理論化的形式導(dǎo)入對于初中生而言還是有一定的困難。而這時如果轉(zhuǎn)化概念的表達形式，以圖形、符號、箭頭等視圖方式顯性化呈現(xiàn)，就可以簡化復(fù)雜的抽象程度，有利于學(xué)生更快捷和順暢地理解相關(guān)內(nèi)容。

以八年級物理教材中的“機械能守恒定律”教學(xué)為例，學(xué)生主要對機械能包含的動能和勢能的轉(zhuǎn)變關(guān)系不能深入理解，為了加深學(xué)生對機械能、守恒和能量轉(zhuǎn)換的認知，教師可以畫出一個關(guān)系圖，如下圖所示，來解決這一問題。該圖中外層圓圈表示總能量（機械能），內(nèi)層的兩個小圈分別表示動能和勢能，a箭頭代表二者之間可以相互轉(zhuǎn)化，而b箭頭則代表系統(tǒng)外部與內(nèi)部之間的能量傳遞，系統(tǒng)內(nèi)外之間也可以實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換[2]。此圖能夠?qū)C械能守恒的相對條件清晰地表述出來，讓學(xué)生一目了然，在今后的應(yīng)用當中可以快速地聯(lián)想到該圖，一些問題就能夠迎刃而解。

運用圖文并茂的可視化教學(xué)方法，可以讓學(xué)生接受的信息變得多元化，讓學(xué)生更容易實現(xiàn)對知識資源的加工、分析、理解和記憶。

（三）鞏固探究的可視化

教師可以打造情景化和探究式課堂，以頭腦風暴、小組合作的形式讓學(xué)生把學(xué)到的物理知識以思維導(dǎo)圖的形式表示出來，或者把實驗結(jié)果和理論規(guī)律進行比對思考，運用評價導(dǎo)向鍛煉學(xué)生的逆向、正向思維，提升物理探究能力。

三、結(jié)束語

思維可視化在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用對于師生雙方都有良好的促進意義，一方面可以幫助教師優(yōu)化課堂效率，讓物理課堂更加豐富多彩，另一方面助力學(xué)生的思維認知能力增強，實現(xiàn)教學(xué)相長，構(gòu)建更富有活力、更加高效的物理課堂。

參考文獻

[1]尹愷.思維可視化在中學(xué)物理教學(xué)中的探索實踐小結(jié)——此文為“思維可視化技術(shù)在探究式課堂中的有效應(yīng)用”成果[J].百科論壇電子雜志，2020，000（004）：532-533.

[2]呂傳生.思維可視化在初中物理教學(xué)中的實踐與應(yīng)用[J].新智慧，2019，000（016）：9.