思維可視化技術(shù)在物理探究式課堂中的應(yīng)用

黃書(shū)剛

（固安縣教育和體育局教研室，河北 廊坊 065500）

物理學(xué)科是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，以實(shí)驗(yàn)探究和邏輯推理發(fā)展學(xué)生的思維能力。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)由于過(guò)度依賴(lài)傳統(tǒng)意義上的講授模式及實(shí)驗(yàn)“黑板化”的傳授方法，學(xué)生的理解空間被大大限制了，學(xué)習(xí)的抽象性極大地增加了學(xué)生的理解難度?！拔锢韺?shí)驗(yàn)”的可視化也是“物理知識(shí)”的可視化，更是“物理現(xiàn)象”反饋的可視化，所以思維可視化技術(shù)在探究式課堂中的有效應(yīng)用，可充分激發(fā)學(xué)生的物理思維和學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而可增強(qiáng)其理解能力，促進(jìn)其學(xué)習(xí)成績(jī)的提高。

可視化教學(xué)可以幫助學(xué)生減少認(rèn)知負(fù)荷，使學(xué)生全身心地投入到解決問(wèn)題的過(guò)程中，如此可有效培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。除此之外在這個(gè)過(guò)程中，還可以提高和拓展學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力和創(chuàng)新能力。鑒于此我們可知，思維可視化技術(shù)在探究式課堂中的有效應(yīng)用是提高物理教學(xué)水平的重要路徑。因?yàn)椤翱梢暬苯虒W(xué)能夠直觀展現(xiàn)本學(xué)科內(nèi)隱的物理現(xiàn)象和知識(shí)，讓學(xué)生看得見(jiàn)、易理解、好掌握。

一、物理實(shí)驗(yàn)的可視化

（一）感知物理——家庭實(shí)驗(yàn)室

在我們的生活中存在著很多物理現(xiàn)象，以抽象理論的呈現(xiàn)方式在我們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮了巨大作用，但我們?nèi)鄙俳Y(jié)合物理知識(shí)發(fā)現(xiàn)它存在的觀察習(xí)慣。教師借助生活，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的物理知識(shí)解釋身邊的物理現(xiàn)象，使學(xué)生學(xué)以致用，以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)物理知識(shí)的理解，如此可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的想象力，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

開(kāi)拓“可視化”實(shí)驗(yàn)新渠道，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，利用所學(xué)的物理知識(shí)，在日常生活中尋找可利用的實(shí)驗(yàn)工具錄制小視頻，并分享經(jīng)驗(yàn)。然后大家共同提出建設(shè)性意見(jiàn)，形成實(shí)驗(yàn)分享沙龍，如此可提高實(shí)驗(yàn)的精度和效度。通過(guò)開(kāi)展家庭實(shí)驗(yàn)室，在家長(zhǎng)和學(xué)生交流機(jī)會(huì)增多的同時(shí)，學(xué)生們對(duì)物理現(xiàn)象的理解也更加深刻，更能感受到真實(shí)的物理現(xiàn)象。

（二）感知物理——實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂

立足于以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科定位，大力推進(jìn)“可視化”實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂，讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)課堂模式落到實(shí)處。注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，關(guān)注學(xué)生的整體體驗(yàn)，即使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在誤差，也要顧及整體學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的直觀感受和親身體驗(yàn)。比如在研究電流與電壓和電阻的關(guān)系一節(jié)中，當(dāng)電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比，若是將小阻值的定值電阻換成大阻值的定值電阻，滑動(dòng)變阻器的阻值也要調(diào)大，既“換大調(diào)大”的規(guī)律。第一次授課，學(xué)生還沒(méi)有了解更多的歐姆定律知識(shí)，因此對(duì)這個(gè)規(guī)律理解起來(lái)有點(diǎn)困難，但做了實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能基本了解了。

二、物理情景的可視化

現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用可以讓一些實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)真實(shí)演示出來(lái)，如此可將枯燥的物理知識(shí)變得生動(dòng)活潑，更容易被學(xué)生接受。比如利用抖音等視頻軟件可以有針對(duì)性地選取視頻資料，創(chuàng)設(shè)具體的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程可視化。此外教師還可以借助多媒體放大實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)可視化。同時(shí)學(xué)生還可以用慢鏡頭看實(shí)驗(yàn)效果。例如牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象——物體不受外力作用時(shí)，總是保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室里很難演示，但通過(guò)相關(guān)技術(shù)放慢鏡頭下的物體狀態(tài)可以捕捉到那一瞬間，如此可讓學(xué)生體會(huì)到該理論真實(shí)存在。

三、物理知識(shí)的可視化

物理知識(shí)的可視化就是將一些無(wú)法觀察難以理解的物理現(xiàn)象、抽象的物理方法、復(fù)雜的物理實(shí)驗(yàn)以可以看到的形式為媒介，形象、直觀地展現(xiàn)出來(lái)。思維導(dǎo)圖可以通過(guò)圖示、顏色、構(gòu)圖等充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的感官，開(kāi)發(fā)學(xué)生的大腦，讓學(xué)生通過(guò)聯(lián)想、分類(lèi)、空間分布等來(lái)進(jìn)行文字記憶。如此可幫助學(xué)生形成物理命題網(wǎng)絡(luò)、物理圖示等系統(tǒng)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)記憶結(jié)構(gòu)。這對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、激發(fā)學(xué)生的思維能力、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)等都具有顯著的功效。對(duì)于教師而言，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用便于教師關(guān)注學(xué)生物理思維的走向和過(guò)程，如此可促進(jìn)學(xué)生思維深度和廣度的發(fā)展。

圖1 為初級(jí)思維導(dǎo)圖，圖較少，文字比較多；圖2 為升級(jí)版思維導(dǎo)圖，圖示多，文字輔助，意在讓學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單的圖示記憶重要的文字。

圖1

圖2

橋狀圖有助于顯示具體與抽象之間的關(guān)系，可進(jìn)行類(lèi)比和隱喻。我們可以用橋狀圖將新概念與已有知識(shí)進(jìn)行類(lèi)比，以此講授陌生的概念，加強(qiáng)知識(shí)遷移，進(jìn)而構(gòu)建知識(shí)間的聯(lián)系。

對(duì)于物理教學(xué)而言,物理實(shí)驗(yàn)的可視化、物理情景的可視化、物理知識(shí)的可視化三者是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一體，在實(shí)際教學(xué)中落實(shí)以上三者能夠直觀展現(xiàn)本學(xué)科內(nèi)隱的物理現(xiàn)象和知識(shí)，如此可充分激發(fā)學(xué)生的物理思維和學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而可促進(jìn)其學(xué)習(xí)成績(jī)的提高。