物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生圖感的五策略

[摘 要]物理教學(xué)中圖感的建立和培養(yǎng)是《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，是發(fā)展抽象思維和提高解題能力的重要標(biāo)志，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的需要。在日常教學(xué)中，教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生物理圖感的培養(yǎng)，把物理圖感的培養(yǎng)體現(xiàn)在日常物理教學(xué)過(guò)程中去。

[關(guān)鍵詞]物理教學(xué)；圖感；實(shí)踐能力

[作者簡(jiǎn)介]李海鋒（1979- ），男，江西樂(lè)平人，樂(lè)平市第七中學(xué)，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向?yàn)橹袑W(xué)物理教學(xué)。

物理圖感是對(duì)物理空間與圖形的直覺(jué)和敏銳程度，是在學(xué)習(xí)物理空間與圖形的過(guò)程中，領(lǐng)悟物理空間與圖形中所隱含的整體性、敏銳性、次序性、和諧性，達(dá)到對(duì)物理空間與圖形的整體把握乃至能夠預(yù)見(jiàn)解決問(wèn)題的能力。這種物理圖感以形象思維和抽象思維為依托，以豐富的物理識(shí)圖、作圖經(jīng)驗(yàn)為前提條件，是在物理空間與圖形理論靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)上逐漸形成的在人腦思維中的正確反映。物理教學(xué)中圖感的建立和培養(yǎng)是《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，是發(fā)展抽象思維和提高解題能力的重要標(biāo)志，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的需要。因此，培養(yǎng)學(xué)生物理圖感是當(dāng)前物理教學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)。在日常物理教學(xué)中，教師應(yīng)逐步發(fā)展學(xué)生的物理圖感，培養(yǎng)學(xué)生的物理空間觀(guān)念。

一、走進(jìn)生活，建立物理圖感的整體性

物理學(xué)是研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面，從而認(rèn)識(shí)這些結(jié)構(gòu)的組成元素及其相互作用、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律的科學(xué)。物理空間與圖形的內(nèi)容主要來(lái)源于現(xiàn)實(shí)世界中的物體的形狀、大小、位置關(guān)系及其變換，物理知識(shí)來(lái)源于生活，發(fā)展學(xué)生的物理圖感離不開(kāi)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)。只有當(dāng)學(xué)生把所學(xué)知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，才能更好地掌握知識(shí)，內(nèi)化知識(shí)。唐·季·烏申斯基認(rèn)為，兒童是“用形式、聲音、色彩和感覺(jué)”思維的。物理圖感的建立主要不是僅通過(guò)傳授而能得到培養(yǎng)的，重要的是讓學(xué)生自己去感知、發(fā)現(xiàn)和探索，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，更多地接觸和經(jīng)歷有關(guān)物理現(xiàn)象，推導(dǎo)物理規(guī)律，在現(xiàn)實(shí)物理情景下感受體驗(yàn)，從而更具體更深刻地把握物理空間與圖形的相關(guān)概念，豐富物理圖感的建立和整體認(rèn)識(shí)。日常物理教學(xué)中要展示豐富的現(xiàn)實(shí)物體和教具，讓學(xué)生通過(guò)大量的實(shí)體模型和基本事實(shí)抽象出物理概念和規(guī)律。如人們想問(wèn)題的時(shí)候總拿出紙和筆來(lái)勾勾畫(huà)畫(huà)，這是建立物理圖感的一大途徑。要教會(huì)學(xué)生把物理問(wèn)題的各個(gè)要素用物理符號(hào)表征，或可以用形象來(lái)表達(dá)思想即形象表征，教學(xué)生把物理問(wèn)題 “畫(huà)出來(lái)”，建立物理圖感。如聲音中的“多普勒效應(yīng)”和“蜻蜓點(diǎn)水”等問(wèn)題很多學(xué)生不理解，教師可以引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)單推導(dǎo)“多普勒效應(yīng)”公式，讓學(xué)生在方格筆記本上簡(jiǎn)單地畫(huà)出實(shí)驗(yàn)圖形，記錄模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出公式。

筆者在教學(xué)中明確提出物理圖感的概念，并有意識(shí)地在教學(xué)和實(shí)踐中去幫助學(xué)生建立物理圖感，進(jìn)而強(qiáng)化物理圖感意識(shí)。學(xué)生只有明確物理圖感的概念和重要性，才會(huì)有意識(shí)地去學(xué)習(xí)物理圖感，也才能將物理圖感的作用發(fā)揮到最大程度。如“樂(lè)音的三要素”是學(xué)生普遍熟悉而又容易錯(cuò)誤的概念，教學(xué)中借助下圖四個(gè)音叉甲、乙、丙、丁發(fā)聲時(shí)在示波器顯示出的聲波圖形，觀(guān)察并自己勾畫(huà)圖形后說(shuō)出其不同之處，通過(guò)對(duì)比分析建立樂(lè)音三要素的圖感，可以形象地表現(xiàn)出三要素的區(qū)別和聯(lián)系。

二、大膽想象，建立物理圖感的敏銳性

楊振說(shuō)過(guò)：“常常有同學(xué)問(wèn)我做物理工作成功的要素是什么，我想要素可以歸納為三個(gè)P：Perception， Persistence and Power。Perception——眼光，看準(zhǔn)了什么東西，就要抓住不放；Persistence——堅(jiān)持，看對(duì)了就要堅(jiān)持；Power——力量?！边@個(gè)Perception（眼光），在初中生腦海里應(yīng)該就是物理圖感。教師有這樣的體會(huì)，讀題后能馬上浮現(xiàn)物理情景，改試卷時(shí)看一眼就知道對(duì)錯(cuò)，這就是物理圖感的敏銳感。物理圖感主要表現(xiàn)在：能由實(shí)物想象出圖形，由圖形想象出實(shí)物，進(jìn)行實(shí)物與其圖形的轉(zhuǎn)化、語(yǔ)言文字與物理圖形的轉(zhuǎn)化、物理圖形與數(shù)學(xué)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化等；能根據(jù)條件做出立體模型或畫(huà)出圖形；能從較復(fù)雜的圖形中分解出基本的圖形，并能分析其中的基本元素及其關(guān)系；能描述實(shí)物或幾何圖形的運(yùn)動(dòng)和變化；能采用適當(dāng)?shù)姆绞矫枋鑫矬w間的位置關(guān)系；能運(yùn)用圖形描述問(wèn)題，利用直觀(guān)來(lái)進(jìn)行思考。我們都知道想象遠(yuǎn)比知識(shí)重要，知識(shí)有涯，而想象無(wú)邊。在物理教學(xué)中，考察物理問(wèn)題、物理對(duì)象、物理過(guò)程、物理規(guī)律、物理理論的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行圖學(xué)教育，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理的猜測(cè)。借助于大膽的猜想，能提高對(duì)物理圖感的敏銳度。

模型法就是物理圖感敏銳性培養(yǎng)的重要方法。如“力和機(jī)械中杠桿”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生由于受蹺蹺板和實(shí)驗(yàn)用的均勻木質(zhì)杠桿的影響，產(chǎn)生了只有直桿和中心支點(diǎn)等錯(cuò)誤的思維定勢(shì)。這時(shí)教師就特別要教會(huì)學(xué)生杠桿作為剛性轉(zhuǎn)動(dòng)物體這一模型思想，強(qiáng)化對(duì)任意剛性轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)物抽象為杠桿模型這一物理圖感的培養(yǎng)。如下圖背重物和手臂上的杠桿問(wèn)題。

一旦建立這種桿杠圖感就能敏銳地發(fā)現(xiàn)各種類(lèi)型的桿杠模型，這種敏銳感正是物理圖感的最重要特征。

按照電路圖連接實(shí)物圖和將實(shí)物圖的連接情況畫(huà)成電路圖，是初中電學(xué)中一項(xiàng)非常重要的實(shí)驗(yàn)技能，是學(xué)生在學(xué)習(xí)電路知識(shí)時(shí)應(yīng)該掌握的基本技能之一，電學(xué)教學(xué)中電路圖和實(shí)物圖的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化又是加強(qiáng)初中物理圖感培養(yǎng)的重要一環(huán)。又如電學(xué)的綜合動(dòng)態(tài)計(jì)算題中不管開(kāi)關(guān)如何閉合，滑動(dòng)變阻器如何移動(dòng)，只要教會(huì)學(xué)生以下兩類(lèi)基礎(chǔ)電路圖形（串聯(lián)電路和并聯(lián)電路），即可以以不變應(yīng)萬(wàn)變。

又如教授學(xué)生普遍感到很難掌握的相互作用力與平衡力的區(qū)別和聯(lián)系的教學(xué)中，以拔河情景為例，對(duì)拔河過(guò)程中甲、乙兩方進(jìn)行受力分析，在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化受力示意圖的畫(huà)法，總結(jié)出豎直方向上和水平方向上兩類(lèi)基本圖示，建立受力分析的物理圖感，并由此引申到豎直方向上和水平方向上的三力平衡的物理圖感。在力和機(jī)械與浮力的實(shí)際解題中教會(huì)學(xué)生從復(fù)雜圖形中提煉出有效基本圖形的能力，可以強(qiáng)化學(xué)生的物理圖感的敏銳性和準(zhǔn)確性。

三、實(shí)踐操作，體驗(yàn)物理圖感的次序性

物理定律不能單靠“思維”來(lái)獲得，還應(yīng)致力于觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)。成功的奧秘在于多動(dòng)手。物理教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力，以自己親身的實(shí)踐活動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)物理，將物理知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中去，而不是由教師用“填鴨式”的教學(xué)方式告訴學(xué)生這是什么，應(yīng)該怎樣，答案又是什么。在整個(gè)初中物理教學(xué)中，教師要注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐操作，讓學(xué)生體會(huì)每個(gè)現(xiàn)象、每個(gè)概念、每個(gè)規(guī)律的形成過(guò)程，對(duì)各個(gè)基本物理學(xué)研究對(duì)象進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的定義，將體驗(yàn)各物理現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化貫穿于整個(gè)物理的學(xué)習(xí)當(dāng)中去，體會(huì)物理和數(shù)學(xué)圖形的動(dòng)態(tài)變化，在頭腦中形成動(dòng)靜結(jié)合的有次序性的物理圖感。

為了體驗(yàn)物理圖感的次序性，課堂教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)作圖訓(xùn)練，為學(xué)生設(shè)計(jì)更多有趣的實(shí)踐活動(dòng)。如透鏡的應(yīng)用中學(xué)生普遍對(duì)顯微鏡、幻燈機(jī)、放大鏡的應(yīng)用理解不透，做題時(shí)思路混淆，這些是沒(méi)有在頭腦中建立透鏡成像圖感的表現(xiàn)。因此，在透鏡成像規(guī)律的教學(xué)中，教師可先通過(guò)光具座上的實(shí)驗(yàn)和畫(huà)光路圖，建立起光路成像的形成和變化“動(dòng)畫(huà)圖像”，加上表格填充，豐富其圖感。這既加強(qiáng)了對(duì)光的折射記憶，又加深了對(duì)透鏡成像規(guī)律的理解，能提高學(xué)生的分析和解題能力。因此，讓學(xué)生多做這樣的畫(huà)圖填表練習(xí)，養(yǎng)成這種習(xí)慣，對(duì)體會(huì)物理圖感的次序性是很有必要的。

四、數(shù)形結(jié)合，發(fā)展物理圖感的和諧性

數(shù)學(xué)家波利亞說(shuō)：“學(xué)習(xí)任何知識(shí)的最佳途徑是自己去發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@種發(fā)現(xiàn)理解最深，也最容易掌握其內(nèi)在的規(guī)律、性質(zhì)和聯(lián)系。”在物理教學(xué)中，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)各種形式的探索機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在自主探究的過(guò)程中充分發(fā)揮數(shù)學(xué)的功能，數(shù)形結(jié)合地發(fā)展物理圖感。在對(duì)簡(jiǎn)單物體和情景的形狀、大小、位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)的探索過(guò)程中，發(fā)展物理空間觀(guān)念。在與他人合作交流等活動(dòng)過(guò)程中，合情推理，進(jìn)一步學(xué)習(xí)有條理地思考與表達(dá)；在積累了一定的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)與掌握一定的物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)圖形及知識(shí)，發(fā)展物理圖感的和諧程度。如互成角度平面鏡問(wèn)題：從C點(diǎn)射出的光，經(jīng)幾次反射后又回到C點(diǎn)（要求：畫(huà)出光路圖），根據(jù)光的反射定理一一作圖求解顯然是不妥的，這時(shí)如利用數(shù)學(xué)軸對(duì)稱(chēng)思想可以化曲為直就可輕松得到答案。

物理學(xué)家狄拉克說(shuō)過(guò)，方程式之美，遠(yuǎn)比符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果更重要。物理綜合題的解答中需要學(xué)生掌握方程思想，運(yùn)用方程和方程組幫助解答較為復(fù)雜的難題，體現(xiàn)數(shù)學(xué)和物理圖感的和諧性。在日常教學(xué)中，教師應(yīng)向?qū)W生提供充分從事物理活動(dòng)的自主探索的平臺(tái)，幫助他們?cè)谧灾魈剿?、合作交流的?shù)形結(jié)合學(xué)習(xí)活動(dòng)中發(fā)展和諧的物理圖感。

五、解決問(wèn)題，強(qiáng)化物理圖感的直覺(jué)性

愛(ài)因斯坦說(shuō)：“我相信直覺(jué)與靈感，真正可貴的是直覺(jué)?！睂W(xué)習(xí)物理的目的在于解決問(wèn)題，學(xué)生遇到具體問(wèn)題時(shí)首先要想到用什么方法解決。同樣一個(gè)問(wèn)題可以有不同的方法解決，有些不同問(wèn)題可能會(huì)有同一種解法。課堂上，可以為學(xué)生適當(dāng)提供一些開(kāi)放性問(wèn)題，有助于這種意識(shí)和能力的培養(yǎng)。邏輯用于證明，直覺(jué)用于發(fā)明，教師有這樣的體會(huì)，讓學(xué)生在做作業(yè)時(shí)很快就知道怎么畫(huà)示意圖，這就是物理圖感的直覺(jué)性。這種直覺(jué)性來(lái)源于扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、豐富的畫(huà)圖和讀圖經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)這些知識(shí)的熟練應(yīng)用。強(qiáng)化物理圖感的直覺(jué)性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力有極其重要的作用。

責(zé)任編輯 一 覺(jué)