識別圖像的奧秘

馬剛

摘 要：圖像能夠直觀展現(xiàn)抽象、復(fù)雜的物理規(guī)律。在初中物理教學(xué)中加強應(yīng)用圖像，不僅可以準(zhǔn)確反映物理量大小及其關(guān)系，也有助于簡化物理實驗數(shù)據(jù)的計算過程。本文主要分析圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用價值，從應(yīng)用圖像創(chuàng)設(shè)物理情境、講解物理概念、分析物理規(guī)律、分析實驗數(shù)據(jù)以及開展物理作圖活動五個方面，論述圖像在物理教學(xué)中具體的應(yīng)用策略，以期為相關(guān)教師提升物理教學(xué)水平帶來有力的參考依據(jù)，從而促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展以及學(xué)習(xí)重難點的突破。

關(guān)鍵詞：圖像；初中物理教學(xué)；應(yīng)用；價值；策略

中圖分類號：G6３ ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）13-00７０-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.13.0２３

圖像是一種科學(xué)高效的物理教學(xué)輔助工具，教師合理利用圖像開展初中物理教學(xué)能夠形象地向?qū)W生呈現(xiàn)物理變化過程和物理規(guī)律，使復(fù)雜的物理問題得到簡化，進而提高學(xué)生物理探究能力和學(xué)習(xí)效率。因此，教師應(yīng)當(dāng)明晰圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用價值，根據(jù)物理課程目標(biāo)和學(xué)生的認(rèn)知思維特點，借助圖像開展多樣化的物理教學(xué)和探究活動，深化學(xué)生對物理概念、現(xiàn)象、變化規(guī)律的理解，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用圖像解決物理實際問題的意識和能力，從而助推物理教學(xué)改革。下面筆者就對圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用展開分析。

一、圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用價值

初中物理教學(xué)領(lǐng)域的圖像，主要是指能夠直觀反映物理狀態(tài)、過程、規(guī)律的圖像，包括描述物體的運動關(guān)系、加速度、電場強度、光現(xiàn)象、電磁現(xiàn)象、原子模型等等，圖像類型以函數(shù)圖像為主以及其他以線、數(shù)字、符號構(gòu)成的平面直角坐標(biāo)示意圖等。圖像是傳輸物理知識和信息的重要媒介，具有綜合性強、信息量大、簡明等特點，能夠體現(xiàn)物理數(shù)、形、意的完美統(tǒng)一，與初中物理教學(xué)各環(huán)節(jié)都有較強的適配性，能夠提高學(xué)生分析和解決物理問題的效率。經(jīng)過學(xué)情調(diào)查和理論實踐研究，筆者將圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用價值總結(jié)為下列三個方面：

第一，應(yīng)用圖像能夠直觀展示物理變化過程。物理現(xiàn)象具有動態(tài)變化的特征，現(xiàn)階段學(xué)生的抽象思維偏弱，純粹依靠想象很難有效理解物理變化過程，導(dǎo)致學(xué)生對物理課程學(xué)習(xí)滋生畏難情緒。圖像最大的優(yōu)勢就是能夠形象動態(tài)地表示各種物理現(xiàn)象的過程和規(guī)律。在初中物理教學(xué)中加強應(yīng)用圖像，能夠直觀向?qū)W生展示物理變化過程。如在有關(guān)勻變速直線運動的物理教學(xué)中，教師可以為學(xué)生呈現(xiàn)反映速度和時間變化的函數(shù)圖像，用具體的線和字母表示物體的運動速度、任意時刻的速度、物體的運動性質(zhì)、時間和位移距離等，同時設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖像闡述勻變速直線運動的變化過程，這樣學(xué)生就能直觀理解物理運動變化規(guī)律，彌補抽象思維方面的缺陷。

第二，應(yīng)用圖像能夠描述物理量之間的關(guān)系。在初中物理教學(xué)中，經(jīng)常涉及兩個或兩個以上物理量大小和關(guān)系的比較與分析，學(xué)生對物理量的認(rèn)知較為模糊，探究物理量之間的關(guān)系存在一定難度。物理量之間的關(guān)系實際上就是數(shù)學(xué)中的正比例、反比例以及二次函數(shù)關(guān)系，教師在初中物理教學(xué)中應(yīng)用圖像，能夠清晰描述和傳達物理量之間的關(guān)系，如在探究電阻不變條件下電流和電壓的關(guān)系時，教師就可以出示電路示意圖和相應(yīng)的函數(shù)圖像，指導(dǎo)學(xué)生討論得出圖像坐標(biāo)軸所代表的物理量，然后再解析圖像反映的物理量的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而提高學(xué)生對物理量關(guān)系的比較和分析能力。

第三，應(yīng)用圖像能夠得出準(zhǔn)確的物理實驗結(jié)論。物理是一門實驗性較強的科目，在物理實驗中會得到一些數(shù)據(jù)，但是部分物理實驗單憑數(shù)據(jù)無法推出準(zhǔn)確結(jié)論。圖像是處理物理實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)質(zhì)工具，在初中物理教學(xué)中重視應(yīng)用圖像能夠更簡便地得到精確的物理實驗結(jié)論。如在有關(guān)影響重力大小因素的物理實驗中，教師就可以指導(dǎo)學(xué)生將實驗測得的數(shù)據(jù)記錄下來，然后建立相應(yīng)的平面直角坐標(biāo)系，把實驗數(shù)據(jù)通過描點的方式填寫到坐標(biāo)圖像中，再用平滑的直線把點連接起來，這樣學(xué)生就能一目了然地理解影響重力大小的因素，從而得出實驗結(jié)論，提高物理實驗教學(xué)效果。

二、圖像在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）應(yīng)用圖像創(chuàng)設(shè)物理情境，激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生接觸物理課程時間尚短，對物理知識存在一定的認(rèn)知理解障礙，致使學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性較為低迷。圖像具有直觀、具象等優(yōu)勢，能夠吸引學(xué)生的注意力，化解學(xué)生物理學(xué)習(xí)中遭遇的思維阻滯。因此，教師應(yīng)該加強應(yīng)用圖像創(chuàng)設(shè)物理情境，根據(jù)物理課程內(nèi)容構(gòu)建相應(yīng)的物理示意圖或函數(shù)圖像，然后設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖像分析物理現(xiàn)象，從而加深學(xué)生對物理知識的視覺感知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體教學(xué)策略如下：

教師在應(yīng)用圖像創(chuàng)設(shè)物理情境時，應(yīng)該根據(jù)具體的課程知識點和問題以及學(xué)生的認(rèn)知特點和興趣愛好，采用信息化技術(shù)軟件為學(xué)生繪制與課題有關(guān)的物理示意圖或函數(shù)圖像，然后引導(dǎo)學(xué)生將圖像和課程內(nèi)容結(jié)合起來理解，降低學(xué)生的思維壓力。如在關(guān)于研究物體運動形式的教學(xué)中，教師可以先采用模擬動畫為學(xué)生演示勻速直線運動的過程，同時引導(dǎo)學(xué)生合作認(rèn)真觀察動畫，把動畫中的路程和時間數(shù)據(jù)記錄在演算紙上。各組記錄數(shù)據(jù)完畢后，教師讓學(xué)生組際之間復(fù)核數(shù)據(jù)確保無誤，并在白板上出示勻速直線運動的v-t和s-t圖像，同時向?qū)W生提問：同學(xué)們，這兩個圖像上沒有數(shù)據(jù)，大家能將演算紙上記錄的數(shù)據(jù)補充到圖像上嗎？學(xué)生立即合作補錄數(shù)據(jù)。教師繼續(xù)問：同學(xué)們，結(jié)合模擬動畫數(shù)據(jù)、圖像字母來分析這兩個圖像的橫、縱坐標(biāo)、每個數(shù)據(jù)點分別代表什么物理量？能夠反映出勻速直線運動的規(guī)律嗎？學(xué)生交流表述圖像各部位代表的物理量后，歸納概括出勻速直線運動在任一時刻速度都保持不變的規(guī)律。接下來，教師再給學(xué)生出示幾張描述物體運動形式的圖像，讓學(xué)生運用所學(xué)知識，觀察、判斷每個圖像描述的是否是勻速直線運動，并指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖像上的圖線和點說明判斷依據(jù)，這樣通過創(chuàng)設(shè)基于圖像的物理情境，學(xué)生對物理知識的運用能力和學(xué)習(xí)興趣都得以提升［1］。

（二）應(yīng)用圖像講解物理概念，深化學(xué)生概念知識理解

概念教學(xué)是初中物理課程的重難點，由于物理概念抽象性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)理解起來極為吃力，以往的灌輸式教學(xué)法在物理概念教學(xué)中收效甚微。圖像具有輔助學(xué)生學(xué)習(xí)物理概念的功能，因此教師應(yīng)該著重應(yīng)用圖像實施物理概念講解，根據(jù)課程概念要點為學(xué)生作圖，結(jié)合真實情境引導(dǎo)學(xué)生識讀圖像中的物理現(xiàn)象，經(jīng)過分析提煉出物理概念、定律或公式等，從而深化學(xué)生對物理概念知識的認(rèn)知和理解。具體教學(xué)策略如下：

教師在應(yīng)用圖像實施物理概念講解時，應(yīng)該根據(jù)教材概念的講授需求，采用真實情境創(chuàng)設(shè)和作圖相結(jié)合的方式，其中真實情境可以是生活實物演示、物理小實驗操作，作圖盡量采用信息化工具，包括CAD、幾何畫板等等。如在關(guān)于光反射的物理概念教學(xué)中，教師在創(chuàng)設(shè)真實情境時，可以采用激光筆、平面鏡、透明硬紙板等工具，把透明硬紙板豎直放置在平面鏡中間，二者連接處設(shè)置為0點，然后使用激光筆射向0點，提出問題：同學(xué)們，大家觀察到什么現(xiàn)象？學(xué)生反饋：激光筆的一部分光被平面鏡反射回來。教師認(rèn)同學(xué)生回答后，先結(jié)合真實情境引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識法線、反射光線、入射光線、反射角、入射角等與光反射有關(guān)的概念術(shù)語。接下來，教師在白板上點開CAD，找到工具箱中的直線、文字等選項，分別作出鏡面、法線、入射和出射光線，標(biāo)注出鏡面和法線的字母、0點、入射方向和角度等，這樣一個完整的光反射圖像就制作完成。教師向?qū)W生發(fā)布任務(wù)：同學(xué)們，請大家聯(lián)系之前的鏡面實驗情境合作找出這個圖像中法線、反射光線、入射光線、反射角和入射角的位置。學(xué)生展開熱烈討論，教師需要流動巡視和傾聽，適時跟進問題，如有學(xué)生找出入射光線，教師可以追問：圖像中的入射角度是多少？這樣通過真實情境和圖像的支持，學(xué)生就能夠透徹領(lǐng)會光反射的基本概念和術(shù)語含義［2］。

（三）應(yīng)用圖像分析物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的維度之一，主要是引導(dǎo)學(xué)生以物理學(xué)視角客觀認(rèn)識物理規(guī)律、事物本質(zhì)屬性和內(nèi)在聯(lián)系等。目前學(xué)生的科學(xué)思維還處于形成階段，缺乏自主探析物理規(guī)律的能力。圖像能夠反映物體在運動或變化過程中潛在的客觀規(guī)律或者揭示物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，有益于學(xué)生科學(xué)思維的形成和發(fā)展。為此，教師應(yīng)該利用圖像引導(dǎo)學(xué)生分析物理規(guī)律，啟發(fā)學(xué)生從圖像中獲取信息，通過探討和歸納理解物理變化過程和規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維。具體教學(xué)策略如下：

在應(yīng)用圖像引導(dǎo)學(xué)生分析物理規(guī)律時，教師應(yīng)該針對一些具有動態(tài)變化特征的物理現(xiàn)象，采用相關(guān)圖像描述現(xiàn)象和變化的動態(tài)特征，同時精心設(shè)計問題，點撥學(xué)生觀察、思考圖像各部分代表的物理量，最后討論分析得出物理規(guī)律。如在與晶體熔化有關(guān)的教學(xué)中，晶體熔化就屬于一種動態(tài)變化的過程，教師可以先為學(xué)生演示海波加熱熔化的過程，記錄溫度和時間，制作成溫度隨時間變化的圖像展示給學(xué)生，同時設(shè)問：同學(xué)們，從圖像中可以看出，海波加熱到多少度開始熔化？學(xué)生：48℃。教師繼續(xù)問：那么這種晶體的熔點是多少？學(xué)生：48℃。教師繼續(xù)指著海波開始熔化到熔化完的圖線提問：海波熔化開始到結(jié)束用了多久？這個過程中溫度是否升高了？老師演示時是否一直在加熱？學(xué)生討論后回答：熔化過程用了3分鐘，老師在其間一直加熱，說明海波在吸熱，但是熔化過程中溫度保持不變。教師追問：已知海波是一種晶體，那么通過解析圖像，大家認(rèn)為晶體熔化過程中存在什么規(guī)律？學(xué)生交流并歸納：晶體在熔化過程中溫度保持不變。這樣通過圖像啟發(fā)，學(xué)生就能深度掌握晶體熔化過程的特點和規(guī)律，物理科學(xué)思維也得到發(fā)展［3］。

（四）應(yīng)用圖像分析實驗數(shù)據(jù)，提高學(xué)生物理實驗效率

前文筆者談及，應(yīng)用圖像能夠精確得出物理實驗結(jié)論。物理實驗涉及一些物理量和數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)羅列在學(xué)生眼前，學(xué)生會感到雜亂無章，影響學(xué)生推導(dǎo)實驗結(jié)論。圖像可以使物理實驗數(shù)據(jù)處理變得簡單、便捷，因此教師應(yīng)該利用圖像分析和處理實驗數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生理清實驗物理量的變化和內(nèi)在聯(lián)系，從而使學(xué)生掌握實驗結(jié)論的探究技巧，提高物理實驗效率。具體教學(xué)策略如下：

在應(yīng)用圖像分析物理實驗數(shù)據(jù)時，教師應(yīng)該根據(jù)具體的物理實驗課程指導(dǎo)學(xué)生在實驗操作中詳細記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并給學(xué)生提供坐標(biāo)圖像，發(fā)動學(xué)生合作探討，把實驗數(shù)據(jù)用描點法、連線法填寫到坐標(biāo)圖像上，最后通過分析函數(shù)圖像關(guān)系得出物理實驗結(jié)論。如在電阻不變，分析電流和電壓關(guān)系的實驗探究中，教師可以組織學(xué)生設(shè)置三組電壓和電流的實驗對比組。在學(xué)生通過實驗操作記錄每組實驗電壓和電流的數(shù)據(jù)后，教師可以在白板上出示用電流和電壓建立的坐標(biāo)，橫軸U為電壓、豎軸I為電流，然后指導(dǎo)學(xué)生把實驗數(shù)據(jù)的點描到圖像中，并將三組實驗的數(shù)據(jù)點用直線連接。教師提問：從圖像可知，在電阻一定時，電壓和電流之間存在什么關(guān)系？學(xué)生交流后反饋：圖像上電壓和電流的實驗數(shù)據(jù)呈正比例函數(shù)圖像，即在電阻R一定時，電流I與電壓U成正比，U/I＝R，I＝U/R。這樣通過圖像的輔助，學(xué)生就能高效得出物理實驗結(jié)論［4］。

（五）設(shè)計開展物理作圖活動，強化學(xué)生圖像應(yīng)用能力

圖像在初中物理教學(xué)中，不單單是教師的教學(xué)工具，也是學(xué)生學(xué)習(xí)和解決問題的得力助手。以往物理圖像一般由教師制作和提供，學(xué)生缺少自主作圖的機會，制約學(xué)生用圖能力和習(xí)慣的養(yǎng)成。為此，在新時期初中物理教學(xué)中應(yīng)用圖像，教師應(yīng)該注重開展物理作圖活動，從而強化學(xué)生圖像應(yīng)用能力。具體教學(xué)策略如下：

在物理教學(xué)中設(shè)計開展作圖活動時，教師應(yīng)該抓住物理概念教學(xué)、實驗探究等契機，向?qū)W生發(fā)布作圖任務(wù)，鼓勵學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容自主、合作作圖，教師向?qū)W生傳授作圖的方法和規(guī)范。如在關(guān)于水沸騰的實驗探究中，學(xué)生通過實驗得到水沸騰過程中時間和溫度變化數(shù)據(jù)，初步了解水沸騰前，溫度隨加熱時間而升高，水沸騰時溫度不變。教師順勢引出作圖任務(wù)：同學(xué)們，能否根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出平面直角坐標(biāo)系圖像？學(xué)生立即合作參與自主作圖活動，教師在此期間指導(dǎo)各組學(xué)生先建立坐標(biāo)軸，標(biāo)出時間和溫度的字樣、刻度，在第一象限中根據(jù)數(shù)據(jù)描點、連線。在學(xué)生出色完成沸騰圖像后，教師再啟發(fā)學(xué)生結(jié)合圖像中的斜線和直線，說明水在哪個時間段溫度升高以及哪個時間段溫度不變，從而深化學(xué)生物理認(rèn)知，同步培養(yǎng)學(xué)生作圖和用圖能力［5］。

三、結(jié)語

總而言之，在初中物理教學(xué)中應(yīng)用圖像不僅能夠直觀展示物理變化過程，也能描述物理量之間的關(guān)系，還能得出準(zhǔn)確的物理實驗結(jié)論。教師應(yīng)該利用圖像創(chuàng)設(shè)物理情境、講解物理概念、分析物理規(guī)律、處理實驗數(shù)據(jù)，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生概念知識理解，提高學(xué)生科學(xué)思維和實驗探究效率。同時，教師還應(yīng)該加強開展自主作圖活動，傳授作圖技巧，培育學(xué)生應(yīng)用圖像解釋物理現(xiàn)象、解決實際問題的能力和習(xí)慣，從而實現(xiàn)圖像在初中物理教學(xué)中的圓滿應(yīng)用。

參考文獻：

［1］ 張成兵.例談圖像法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代農(nóng)村科技，2022（1）：83.

［2］ 孟富林.例談利用函數(shù)圖像解決初中物理問題［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（11）：42.

［3］ 李長軍.圖像漸進 ?素養(yǎng)提升——談初中物理圖像類問題的突破

策略［J］.數(shù)理化解題研究，2018（32）：56.

［4］ 周曉燕.識別圖象的奧秘——淺議圖象在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.湖南中學(xué)物理，2018（8）：39.

［5］ 俞振飛.函數(shù)圖象在初中物理教學(xué)中應(yīng)用的一些認(rèn)識［J］.數(shù)理化學(xué)習(xí)，2012（1）：6.