可視化教學(xué)在初中物理概念教學(xué)中的應(yīng)用研究

文/佛山市南海區(qū)英廣實驗學(xué)校 梁利享

初中物理概念教學(xué)在整個物理學(xué)的教學(xué)中起著關(guān)鍵性、決定性的作用，決定了學(xué)生能否很好地學(xué)習(xí)和理解物理知識，能否準(zhǔn)確掌握物理規(guī)律和應(yīng)用物理原理。初中物理概念多而且抽象，很難理解，運用可視化教學(xué)，通過富有視覺沖擊性的圖片、圖形、視頻、神奇的小實驗等可視化素材，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛在的學(xué)習(xí)動力，而且有利于學(xué)生對抽象知識的建構(gòu)。

一、運用可視化教學(xué)引入物理概念，激發(fā)學(xué)生對概念的興趣

采用趣味實驗、物理現(xiàn)象、物理故事等可視化素材的呈現(xiàn)來刺激學(xué)生的求知欲望，提出問題，引入物理概念，可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。把抽象的物理概念賦予鮮活的物理事物，容易讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴。

（一）生活化的趣味實驗引入概念。例如，在“大氣壓強(qiáng)”的概念教學(xué)中，筆者選取一個口徑小于雞蛋的玻璃瓶子，再點燃一根火柴扔入瓶中，然后將去殼后的雞蛋略小的頭端堵住瓶口，待火柴火焰熄滅后，瓶子慢慢將蛋吸入瓶中。這時筆者提出問題：為什么雞蛋會掉入玻璃瓶內(nèi)？這樣引入“大氣壓強(qiáng)”概念，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，起到寓教于樂的學(xué)習(xí)效果。

（二）生活中的物理現(xiàn)象引入概念。例如，在“摩擦力”的概念教學(xué)中，筆者先播放一段體操運動員單杠項目比賽的視頻，然后提出問題：體操運動員比賽之前，在掌心都要涂抹一種白色粉末——碳酸鎂，這種材料很輕有很強(qiáng)的吸濕作用，你們知道其中的道理嗎？緊接著展示1 張冰壺比賽的圖片，然后提出問題：如圖所示情景，運動員松手后，在冰面上滑行的冰壺，失去動力后為什么會停下來？這樣引入“摩擦力”概念，能激發(fā)學(xué)生的興趣和思考，讓學(xué)生明白物理概念源于生活，要讓所學(xué)的物理知識應(yīng)用于生活。

（三）可視化的物理故事引入概念。例如，在“浮力”的概念教學(xué)中，筆者向同學(xué)們講“曹沖稱象”的故事，并展示“曹沖稱象”的圖片，然后引入問題：這故事中蘊(yùn)含了什么樣的物理原理呢？這樣引入“浮力”概念，富有趣味性和知識性，流暢而不牽強(qiáng)，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣和思考。

二、運用可視化教學(xué)建構(gòu)物理概念，促進(jìn)學(xué)生對概念的理解

思維地圖、物理實驗等可視化工具的運用讓學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行思考，合理地說明事物變化的原因，建立事物之間的聯(lián)系，或者是事物的發(fā)展規(guī)律，能夠幫忙學(xué)生抽出物理概念的本質(zhì)屬性，更好地理解物理概念，建構(gòu)物理思維，利用物理思維解決問題。

（一）運用思維地圖進(jìn)行概念生成

1.圓圈圖指向概念鑒別性生成。例如，在“力”和“能”的概念教學(xué)中，“力”和“能”是很容易混淆的概念。力的概念是物體對物體的作用，即一個物理對其它物體的作用。能的概念是物體能對外做功，即一個物體對其它物體做功。筆者按定義，用圓圈圖將“力”和“能”的核心要素圈畫出來，畫出“力”的核心要素為“作用”，“能”的核心要素為“做功”，這樣“力”和“能”兩個概念便鑒別得一清二楚。學(xué)生通過圓圈圖鑒別概念，能理清概念的邊界，提取概念的本質(zhì)特征。

2.起泡圖指向概念完整性生成。起泡圖用來描述特征、屬性，在中心圓圈內(nèi)寫下被描述的事物，外面圓圈內(nèi)寫下被描述主題的形容詞。物理概念往往是由定義、公式、物理意義、單位及換算等眾多要素構(gòu)成的一個完整結(jié)構(gòu)，遺漏其中某一要素便無法完整生成。在物理概念教學(xué)過程中，可以通過起泡圖把物理概念眾多要素顯示出來，有助于直觀性掌握概念的完整性。例如，在“功”的概念教學(xué)中，功的要素較多而且抽象性較強(qiáng)，需要充分調(diào)動學(xué)生的記憶力和思維，片段性教學(xué)使學(xué)生很難把握功的整體性。筆者用起泡圖把功的要素——定義、單位、公式、做功兩要素完整呈現(xiàn)出來，使功概念整體性一目了然。學(xué)生通過起泡圖能快速掌握概念的完整性，學(xué)習(xí)效果事半功倍。

3.雙起泡圖指向概念辨析性生成。例如，在“蒸發(fā)”和“沸騰”概念教學(xué)中，筆者通過雙起泡圖比較“蒸發(fā)”和“沸騰”兩個概念的相同點和不同點，把兩個概念的3 個相同點融合寫在兩個概念之間強(qiáng)化兩個概念的共性特征；把兩個概念的4 個不同點寫在對應(yīng)概念的外側(cè)進(jìn)行差異性凸顯，直接形成視覺形象，讓學(xué)生產(chǎn)生深刻的辨析行為，有利于形成長期記憶和思維的發(fā)展。

4.樹型圖指向概念傳遞性生成。樹型圖用來進(jìn)行分類，在最頂端寫被分類事物的名稱，下面寫次級分類的類別，以此類推。奧蘇泊爾把概念分為上位概念、下位概念、并列概念。在物理概念教學(xué)過程中，通過樹型圖可以直觀呈現(xiàn)物理概念的位次排列，準(zhǔn)確表達(dá)概念的位次關(guān)系。通過概念的位次傳遞，形成概念的遷移，提高概念生成的效率。

5.括號圖指向概念結(jié)構(gòu)性生成。括號圖用來呈現(xiàn)整體與部分之間的關(guān)系，括號左邊寫事物的名字或圖像，括號右邊寫事物的主要組成部分。在物理概念教學(xué)過程中，通過括號圖呈現(xiàn)概念的基本結(jié)構(gòu)與層次，把概念之間的知識聯(lián)系貫穿起來，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體化，形成聯(lián)系緊密、邏輯性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)整體化的概念體系。

6.流程圖指向概念指向性生成。流程圖用來說明事件發(fā)生的順序、過程、步驟等，大方框內(nèi)寫每一過程，下面小方框內(nèi)寫每個過程的子過程。在物理概念教學(xué)過程中，通過流程圖把思考過程一步一步直觀呈現(xiàn)出來，思維能在上一步的基礎(chǔ)上自然向下延伸，步步推進(jìn)，可提高思維指向性，形成完整的生成鏈條。例如，在“浮力”的概念教學(xué)中，筆者通過流程圖從進(jìn)入液體的位置入手，把思維歸束到“壓強(qiáng)、壓力、壓力差”這一指向路徑，步步向前，最后生成“浮力”是向上的壓力之差，概念生成水到渠成，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

7.復(fù)流程圖指向概念因果性生成。復(fù)流程圖用來展示和分析因果關(guān)系，在中心方框里面寫主要事件，左邊寫事件產(chǎn)生的原因，右邊寫事件的結(jié)果。在物理概念教學(xué)過程中，通過復(fù)流程圖直觀呈現(xiàn)物理概念的因果關(guān)系，揭示概念內(nèi)在規(guī)律，把握概念的本質(zhì)，促進(jìn)概念的生成。例如，在“滑動摩擦力”的概念教學(xué)中，筆者通過復(fù)流程圖直觀呈現(xiàn)接觸面受到壓力越大、接觸面越粗糙滑動摩擦力越大，揭示概念的內(nèi)在因果，切入概念的深層內(nèi)涵，加深學(xué)生對概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。

8.橋型圖指向概念類比性生成。橋型圖用來進(jìn)行類比、類推，橋型左邊橫線上寫具有相關(guān)性的一種事物，橋的右邊依次寫下具有類比性的相關(guān)事物。在物理概念教學(xué)過程中，通過橋型圖把相似相近的概念進(jìn)行類比，得出它們之間的共性和特性，從而掌握多個知識點。抽象的概念學(xué)生難以接受和理解，通過橋型圖把抽象的概念與學(xué)生已掌握的知識進(jìn)行類比，增強(qiáng)概念的直觀性，可以啟發(fā)思路、提供線索，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識概念。

（二）運用物理實驗進(jìn)行概念生成

1.課堂演示實驗生成概念。優(yōu)秀的物理演示實驗把相對比較晦澀難懂的物理概念直觀清楚地展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生親身感受物理知識的生成過程，能夠很好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)物理的熱情，引發(fā)學(xué)生的思考，靈活掌握理解概念，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和思維能力。

2.動畫演示實驗生成概念。動畫演示實驗是對物理實驗的重要補(bǔ)充。Flash 動畫可以演示光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等各種實驗，效果逼真，深受學(xué)生喜愛。Flash 動畫解決了部分物理實驗操作難，再現(xiàn)難的問題，也解決了一些演示實驗由于受實驗設(shè)備、課時影響無法順利進(jìn)行，致使學(xué)生無法根據(jù)實驗現(xiàn)象生成概念的問題。

三、運用可視化教學(xué)應(yīng)用物理概念，促進(jìn)學(xué)生對概念的遷移

（一）物理概念融入生活情境應(yīng)用概念

例如，在“慣性”的概念教學(xué)中，在學(xué)習(xí)完“慣性”的內(nèi)容后，筆者要求學(xué)生列舉生活中慣性存在的事例。學(xué)生想到了跑動中的人，腳被絆住，身體會向前倒、坐車要系安全帶、汽車剎車時人會往前傾、汽車加速時人會往后仰、打籃球投籃、跳遠(yuǎn)等生活中“慣性”存在的事例。充分體現(xiàn)了學(xué)生對概念的掌握，并能靈活應(yīng)用概念，將概念與生活緊密聯(lián)系，學(xué)以致用。

（二）物理概念融入物理解題過程應(yīng)用概念

物理解題的一般過程為審題、建構(gòu)、求解、驗證、反饋。建構(gòu)過程就是確定解題方向的過程，這是解題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要求解題者再現(xiàn)與問題相關(guān)的概念、規(guī)律、表象等有機(jī)結(jié)合的知識。明確解題方向之后，根據(jù)解題依據(jù)，（如公式、命題、原理等）展開解題思路、構(gòu)思解題步驟、實施數(shù)學(xué)運算，這一過程就是“求解”過程。在物理解題的建構(gòu)和求解過程中，采用可視化圖示呈現(xiàn)解題思路，靈活運用概念，將問題層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，最終將求解的問題化為若干個子問題從而順利解決問題。

四、運用可視化教學(xué)聯(lián)系物理概念，促進(jìn)學(xué)生對概念的重組

建立物理概念間的聯(lián)系，把已學(xué)概念體系中相關(guān)的概念或同一概念相關(guān)的知識進(jìn)行重組，建構(gòu)相關(guān)概念或同一概念相關(guān)知識間體系，便于概念體系間的聯(lián)系和區(qū)別。例如，在“電流和電路”的概念聯(lián)系中，主要包括電荷、電流、電路三部分內(nèi)容，這三部分內(nèi)容存在著不可分割的實質(zhì)性聯(lián)系，也有各自的學(xué)習(xí)內(nèi)容。筆者通過思維導(dǎo)圖建構(gòu)“電流和電路”的概念體系，重組概念，先建構(gòu)相關(guān)概念，然后再建構(gòu)每部分內(nèi)容。這有利于學(xué)生重組和聯(lián)系概念，也利于學(xué)生厘清思路，鞏固知識，發(fā)展思維。