學習物理過程中幾種圖形能力的培養

張圣兵

圖形能力是一種綜合性很強的能力，是觀察能力、提取處理信息的能力、對比分析能力、聯想能力、形象轉化能力、邏輯推理能力、創新能力等多種能力的綜合體現，圖形能力和高中物理學習密不可分，無論是常態化教學，還是近些年的高考題，都需要學生有較強的圖形能力，本文就如何培養學生的圖形能力進行探討，望能有助于教學實踐.

一、什么是圖形能力

我們將用圖解析過程中用到的所有能力統稱為圖形能力.包括如下幾個方面內容：

1.瀏覽信息觀察事物的能力——對事物或接觸的信息進行準確、客觀觀察的能力；

2.獲取信息提出命題的能力——多角度、多渠道檢索信息，從中尋找出有意義、有價值的問題；

3.處理信息推測答案的能力——捕獲主要因素，排除次要因素，由已知知識推測問題答案的能力；

4.轉換信息形成假設的能力——對信息的形式進行轉化和重組，并形成新的猜測、設想、結論的能力；

5.驗證信息設計實施實驗的能力——自己設計實驗對信息進行驗證的能力：

6.運用信息聯系實際的能力——將得到的信息用于生活實際的能力；

7.綜合信息進行思維的能力——綜合所有信息，辨別真偽，進行分析的能力；

8.創造信息構建體系的能力——將計劃、設想等要素，有機集中在一個復合體中，構建一個完整的新體系的能力.

二、提升圖形能力的幾個著力點

1.教會學生一定的讀圖步驟

無論什么圖，拿到手首先先看標題，因為標題是對整個圖意義的概括，它有助于學生對圖涉及的方面進行準確定位；其次要按照主體——局部——結構——動靜態——顏色，一層層往下看，不能有遺漏之處；最后綜合思考找到圖的深刻內涵，聯想拓展形成新知識的增長點.其流程如圖1所示.

2.讀圖提取重要信息的訓練

教師可以將圖形分類，對不同的教學內容，采用不同的圖形，有針對性的讓學生在某段時間集中練習讀某種圖形.如在運動學中重點讀函數圖象和運動軌跡圖，在原子物理中重點讀原子能級圖等.

同時，訓練還應循序漸進式提升供圖的抽象性.實物圖、卡通圖此類圖的抽象程度不高，對思維的要求不高，很容易讀懂，也易引起學生讀圖的興趣，可以作為讀圖訓練的初步訓練對象，在學生掌握了基本讀圖步驟后，可逐步增加讀圖難度，讓學生練習讀抽象程度略微大些的統計圖表、流程圖等，在訓練一段時間后，等學生已經適應了從形象到抽象的變化后，再讓學生讀更為抽象的函數圖象.這樣的策略既符合由淺入深的認知規律，又給學生充足的時間來銜接初高中的學習.

3.幫助學生總結一些常規思考角度

在辨圖過程中，教師要有意識的幫助學生建立起一個常規思維角度，讓學生了解到常用來找異同點的角度，一般可從圖的形狀、結構特點、表達方式、反映的內容、物理意義等方面來對比總結.只有熟練掌握了常規思維角度，才能在這個基礎上尋求突破，找到全新的視角，擁有創造性的發現.

4.逐步培養學生深入思考問題本質的習慣

辨圖的最根本目的在于看清似是而非的東西，通過辨析可進一步透過現象領會事物的本質，在教學中要有意識的幫助學生深入事物的內部去質疑、去思考，通過提問的方式讓學生逐步走向問題的核心，引領學生對觀察到的異同點及時進行總結和提升，對得到的結論要鼓勵學生大膽的而使用，通過這一系列的訓練，幫助學生建立起良好的思維習慣.

三、案例分析——“人教版的物理選修3-1第19頁的圖1.4-5”（如圖2所示）

此組圖反映帶點體周圍的等勢面和電場線的分布情況.

1.識圖

通過比較這三張圖發現：

（1）等勢面的形狀是各不相同的，甲圖是一組同心圓，乙圖是一組逐漸變胖的橢圓，丙圖是一組平行線；

（2）電場線密集的地方等勢面也密集；

（3）電場線和等勢面總是互相垂直的.

2.析圖

開始要思考：

（1）為何等勢面的形狀會不同？很顯然這里是由于中間帶電體的形狀不

同所引起的，通過進一步觀察還能發現等勢面的形狀和帶電體的形狀很相似，這有科學根據嗎？能推而廣之嗎？等學完了靜電平衡這一節內容，再回頭來審視這樣的結論，會讓學生體會到自己發現知識的快樂，能激發學生更大的學習興趣；

（2）為何電場線密集的地方等勢面也密集？這是一個普遍結論嗎？對其他帶點體是否也使用？在學習了E=U/d以后，就可以讓學生自己運用公式進行定性討論，這樣既加深了學生對公式的理解，也培養了前后聯系的能力；

（3）為何電場線和等勢面總是互相垂直的？這個結論是否在任何情況下都成立？引導學生把等勢面的定義和電場力做功結合起來思考，用反證法證明這樣一個結論，這個過程中很好的鍛煉了學生的邏輯推理能力，使學生不是去死記硬背結論，而是自己探索發現結論，使學習由被動變為主動，這正符合了新教材注重過程和方法的教育理念.

3.總結歸納

通過三張圖的對比分析，得到三個普遍結論.

（1）電場線和等勢面一定互相垂直；

（2）等勢面密集的地方電場線也密集說明此處電場強度大；

（3）如果知道了等勢面的形狀和分布，也就能知道電場線的分布，在實際設計電子儀器中的電極形狀大小相互位置時，就是利用這一原理，用此結論很容易解決一系列有關電場線和等勢面的問題.

其實通過對這一組圖的辨析，

能很深刻理解電場線和等勢面這兩個較抽象的概念，辨圖的過程中輕易地突破了教學上的一個難點.

4.考題呈現

（08江蘇高考·6）如圖3所示，實線為電場線，虛線為等勢線，且AB=BC，電場中的A、B、C三點的場強分別為EA、EB、EC，電勢分別為φA、φB、φC，AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC，則下列關系中正確的有（ ）.

A. φA>φB>φC B. EC>EB>EA

C. UAB

評析 此題考察電場線和等勢面的知識，如果學生能正確理解電場線和等勢面之間的聯系，利用總結出的結論就不難選出正確答案ABC.此處通過使用結論提高解題速度，學生在嘗到甜頭后，就更能投入到辨圖練習中.

圖形能力是一種綜合性很強的能力，是觀察能力、提取處理信息的能力、對比分析能力、聯想能力、形象轉化能力、邏輯推理能力、創新能力等多種能力的綜合體現，圖形能力和高中物理學習密不可分，無論是常態化教學，還是近些年的高考題，都需要學生有較強的圖形能力，本文就如何培養學生的圖形能力進行探討，望能有助于教學實踐.

一、什么是圖形能力

我們將用圖解析過程中用到的所有能力統稱為圖形能力.包括如下幾個方面內容：

1.瀏覽信息觀察事物的能力——對事物或接觸的信息進行準確、客觀觀察的能力；

2.獲取信息提出命題的能力——多角度、多渠道檢索信息，從中尋找出有意義、有價值的問題；

3.處理信息推測答案的能力——捕獲主要因素，排除次要因素，由已知知識推測問題答案的能力；

4.轉換信息形成假設的能力——對信息的形式進行轉化和重組，并形成新的猜測、設想、結論的能力；

5.驗證信息設計實施實驗的能力——自己設計實驗對信息進行驗證的能力：

6.運用信息聯系實際的能力——將得到的信息用于生活實際的能力；

7.綜合信息進行思維的能力——綜合所有信息，辨別真偽，進行分析的能力；

8.創造信息構建體系的能力——將計劃、設想等要素，有機集中在一個復合體中，構建一個完整的新體系的能力.

二、提升圖形能力的幾個著力點

1.教會學生一定的讀圖步驟

無論什么圖，拿到手首先先看標題，因為標題是對整個圖意義的概括，它有助于學生對圖涉及的方面進行準確定位；其次要按照主體——局部——結構——動靜態——顏色，一層層往下看，不能有遺漏之處；最后綜合思考找到圖的深刻內涵，聯想拓展形成新知識的增長點.其流程如圖1所示.

2.讀圖提取重要信息的訓練

教師可以將圖形分類，對不同的教學內容，采用不同的圖形，有針對性的讓學生在某段時間集中練習讀某種圖形.如在運動學中重點讀函數圖象和運動軌跡圖，在原子物理中重點讀原子能級圖等.

同時，訓練還應循序漸進式提升供圖的抽象性.實物圖、卡通圖此類圖的抽象程度不高，對思維的要求不高，很容易讀懂，也易引起學生讀圖的興趣，可以作為讀圖訓練的初步訓練對象，在學生掌握了基本讀圖步驟后，可逐步增加讀圖難度，讓學生練習讀抽象程度略微大些的統計圖表、流程圖等，在訓練一段時間后，等學生已經適應了從形象到抽象的變化后，再讓學生讀更為抽象的函數圖象.這樣的策略既符合由淺入深的認知規律，又給學生充足的時間來銜接初高中的學習.

3.幫助學生總結一些常規思考角度

在辨圖過程中，教師要有意識的幫助學生建立起一個常規思維角度，讓學生了解到常用來找異同點的角度，一般可從圖的形狀、結構特點、表達方式、反映的內容、物理意義等方面來對比總結.只有熟練掌握了常規思維角度，才能在這個基礎上尋求突破，找到全新的視角，擁有創造性的發現.

4.逐步培養學生深入思考問題本質的習慣

辨圖的最根本目的在于看清似是而非的東西，通過辨析可進一步透過現象領會事物的本質，在教學中要有意識的幫助學生深入事物的內部去質疑、去思考，通過提問的方式讓學生逐步走向問題的核心，引領學生對觀察到的異同點及時進行總結和提升，對得到的結論要鼓勵學生大膽的而使用，通過這一系列的訓練，幫助學生建立起良好的思維習慣.

三、案例分析——“人教版的物理選修3-1第19頁的圖1.4-5”（如圖2所示）

此組圖反映帶點體周圍的等勢面和電場線的分布情況.

1.識圖

通過比較這三張圖發現：

（1）等勢面的形狀是各不相同的，甲圖是一組同心圓，乙圖是一組逐漸變胖的橢圓，丙圖是一組平行線；

（2）電場線密集的地方等勢面也密集；

（3）電場線和等勢面總是互相垂直的.

2.析圖

開始要思考：

（1）為何等勢面的形狀會不同？很顯然這里是由于中間帶電體的形狀不

同所引起的，通過進一步觀察還能發現等勢面的形狀和帶電體的形狀很相似，這有科學根據嗎？能推而廣之嗎？等學完了靜電平衡這一節內容，再回頭來審視這樣的結論，會讓學生體會到自己發現知識的快樂，能激發學生更大的學習興趣；

（2）為何電場線密集的地方等勢面也密集？這是一個普遍結論嗎？對其他帶點體是否也使用？在學習了E=U/d以后，就可以讓學生自己運用公式進行定性討論，這樣既加深了學生對公式的理解，也培養了前后聯系的能力；

（3）為何電場線和等勢面總是互相垂直的？這個結論是否在任何情況下都成立？引導學生把等勢面的定義和電場力做功結合起來思考，用反證法證明這樣一個結論，這個過程中很好的鍛煉了學生的邏輯推理能力，使學生不是去死記硬背結論，而是自己探索發現結論，使學習由被動變為主動，這正符合了新教材注重過程和方法的教育理念.

3.總結歸納

通過三張圖的對比分析，得到三個普遍結論.

（1）電場線和等勢面一定互相垂直；

（2）等勢面密集的地方電場線也密集說明此處電場強度大；

（3）如果知道了等勢面的形狀和分布，也就能知道電場線的分布，在實際設計電子儀器中的電極形狀大小相互位置時，就是利用這一原理，用此結論很容易解決一系列有關電場線和等勢面的問題.

其實通過對這一組圖的辨析，

能很深刻理解電場線和等勢面這兩個較抽象的概念，辨圖的過程中輕易地突破了教學上的一個難點.

4.考題呈現

（08江蘇高考·6）如圖3所示，實線為電場線，虛線為等勢線，且AB=BC，電場中的A、B、C三點的場強分別為EA、EB、EC，電勢分別為φA、φB、φC，AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC，則下列關系中正確的有（ ）.

A. φA>φB>φC B. EC>EB>EA

C. UAB

評析 此題考察電場線和等勢面的知識，如果學生能正確理解電場線和等勢面之間的聯系，利用總結出的結論就不難選出正確答案ABC.此處通過使用結論提高解題速度，學生在嘗到甜頭后，就更能投入到辨圖練習中.

圖形能力是一種綜合性很強的能力，是觀察能力、提取處理信息的能力、對比分析能力、聯想能力、形象轉化能力、邏輯推理能力、創新能力等多種能力的綜合體現，圖形能力和高中物理學習密不可分，無論是常態化教學，還是近些年的高考題，都需要學生有較強的圖形能力，本文就如何培養學生的圖形能力進行探討，望能有助于教學實踐.

一、什么是圖形能力

我們將用圖解析過程中用到的所有能力統稱為圖形能力.包括如下幾個方面內容：

1.瀏覽信息觀察事物的能力——對事物或接觸的信息進行準確、客觀觀察的能力；

2.獲取信息提出命題的能力——多角度、多渠道檢索信息，從中尋找出有意義、有價值的問題；

3.處理信息推測答案的能力——捕獲主要因素，排除次要因素，由已知知識推測問題答案的能力；

4.轉換信息形成假設的能力——對信息的形式進行轉化和重組，并形成新的猜測、設想、結論的能力；

5.驗證信息設計實施實驗的能力——自己設計實驗對信息進行驗證的能力：

6.運用信息聯系實際的能力——將得到的信息用于生活實際的能力；

7.綜合信息進行思維的能力——綜合所有信息，辨別真偽，進行分析的能力；

8.創造信息構建體系的能力——將計劃、設想等要素，有機集中在一個復合體中，構建一個完整的新體系的能力.

二、提升圖形能力的幾個著力點

1.教會學生一定的讀圖步驟

無論什么圖，拿到手首先先看標題，因為標題是對整個圖意義的概括，它有助于學生對圖涉及的方面進行準確定位；其次要按照主體——局部——結構——動靜態——顏色，一層層往下看，不能有遺漏之處；最后綜合思考找到圖的深刻內涵，聯想拓展形成新知識的增長點.其流程如圖1所示.

2.讀圖提取重要信息的訓練

教師可以將圖形分類，對不同的教學內容，采用不同的圖形，有針對性的讓學生在某段時間集中練習讀某種圖形.如在運動學中重點讀函數圖象和運動軌跡圖，在原子物理中重點讀原子能級圖等.

同時，訓練還應循序漸進式提升供圖的抽象性.實物圖、卡通圖此類圖的抽象程度不高，對思維的要求不高，很容易讀懂，也易引起學生讀圖的興趣，可以作為讀圖訓練的初步訓練對象，在學生掌握了基本讀圖步驟后，可逐步增加讀圖難度，讓學生練習讀抽象程度略微大些的統計圖表、流程圖等，在訓練一段時間后，等學生已經適應了從形象到抽象的變化后，再讓學生讀更為抽象的函數圖象.這樣的策略既符合由淺入深的認知規律，又給學生充足的時間來銜接初高中的學習.

3.幫助學生總結一些常規思考角度

在辨圖過程中，教師要有意識的幫助學生建立起一個常規思維角度，讓學生了解到常用來找異同點的角度，一般可從圖的形狀、結構特點、表達方式、反映的內容、物理意義等方面來對比總結.只有熟練掌握了常規思維角度，才能在這個基礎上尋求突破，找到全新的視角，擁有創造性的發現.

4.逐步培養學生深入思考問題本質的習慣

辨圖的最根本目的在于看清似是而非的東西，通過辨析可進一步透過現象領會事物的本質，在教學中要有意識的幫助學生深入事物的內部去質疑、去思考，通過提問的方式讓學生逐步走向問題的核心，引領學生對觀察到的異同點及時進行總結和提升，對得到的結論要鼓勵學生大膽的而使用，通過這一系列的訓練，幫助學生建立起良好的思維習慣.

三、案例分析——“人教版的物理選修3-1第19頁的圖1.4-5”（如圖2所示）

此組圖反映帶點體周圍的等勢面和電場線的分布情況.

1.識圖

通過比較這三張圖發現：

（1）等勢面的形狀是各不相同的，甲圖是一組同心圓，乙圖是一組逐漸變胖的橢圓，丙圖是一組平行線；

（2）電場線密集的地方等勢面也密集；

（3）電場線和等勢面總是互相垂直的.

2.析圖

開始要思考：

（1）為何等勢面的形狀會不同？很顯然這里是由于中間帶電體的形狀不

同所引起的，通過進一步觀察還能發現等勢面的形狀和帶電體的形狀很相似，這有科學根據嗎？能推而廣之嗎？等學完了靜電平衡這一節內容，再回頭來審視這樣的結論，會讓學生體會到自己發現知識的快樂，能激發學生更大的學習興趣；

（2）為何電場線密集的地方等勢面也密集？這是一個普遍結論嗎？對其他帶點體是否也使用？在學習了E=U/d以后，就可以讓學生自己運用公式進行定性討論，這樣既加深了學生對公式的理解，也培養了前后聯系的能力；

（3）為何電場線和等勢面總是互相垂直的？這個結論是否在任何情況下都成立？引導學生把等勢面的定義和電場力做功結合起來思考，用反證法證明這樣一個結論，這個過程中很好的鍛煉了學生的邏輯推理能力，使學生不是去死記硬背結論，而是自己探索發現結論，使學習由被動變為主動，這正符合了新教材注重過程和方法的教育理念.

3.總結歸納

通過三張圖的對比分析，得到三個普遍結論.

（1）電場線和等勢面一定互相垂直；

（2）等勢面密集的地方電場線也密集說明此處電場強度大；

（3）如果知道了等勢面的形狀和分布，也就能知道電場線的分布，在實際設計電子儀器中的電極形狀大小相互位置時，就是利用這一原理，用此結論很容易解決一系列有關電場線和等勢面的問題.

其實通過對這一組圖的辨析，

能很深刻理解電場線和等勢面這兩個較抽象的概念，辨圖的過程中輕易地突破了教學上的一個難點.

4.考題呈現

（08江蘇高考·6）如圖3所示，實線為電場線，虛線為等勢線，且AB=BC，電場中的A、B、C三點的場強分別為EA、EB、EC，電勢分別為φA、φB、φC，AB、BC間的電勢差分別為UAB、UBC，則下列關系中正確的有（ ）.

A. φA>φB>φC B. EC>EB>EA

C. UAB

評析 此題考察電場線和等勢面的知識，如果學生能正確理解電場線和等勢面之間的聯系，利用總結出的結論就不難選出正確答案ABC.此處通過使用結論提高解題速度，學生在嘗到甜頭后，就更能投入到辨圖練習中.