淺談物理圖景教學(xué)的重要性和實施策略
——施教《交變電流》有感

張新宇

(江蘇省梁豐高級中學(xué) 215600)

情境認知理論強調(diào)：學(xué)習(xí)的設(shè)計要以學(xué)習(xí)者為主體，內(nèi)容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯(lián)通，最好在真實的情景中，通過類似人類真實實踐的方式來組織教學(xué).物理教學(xué)就是要讓受教育者認識物質(zhì)運動、相互作用等特征和規(guī)律的教學(xué)，特別需要情景教學(xué).物理圖景教學(xué)有效地將物理現(xiàn)象或過程的情景與學(xué)生的思維有機的結(jié)合起來，在實際課堂教學(xué)中有很高的使用價值.

所謂物理圖景教學(xué)是指人們將復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)和物理過程，經(jīng)過充分地想象、分析、判斷，轉(zhuǎn)化為具體有效的圖示、圖像、圖表等途徑信息，而所做出的一種形象化描述的教學(xué)方法.利用物理圖景進行課堂教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生物理知識認知、提升學(xué)科核心素養(yǎng)特別是科學(xué)思維和創(chuàng)新能力都是行之有效的一條方法.筆者就在《交變電流》的教學(xué)中，對圖景教學(xué)的重要性和實施策略感受很深.

一、物理圖景教學(xué)在課堂教學(xué)中重要性

1.物理圖景教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)課堂思維活力

教師在課堂創(chuàng)設(shè)生活場景，展現(xiàn)物理現(xiàn)象，通過學(xué)生大腦的思維抽象出合理的物理圖景，通過物理圖景的再分析，提煉出新的知識，內(nèi)化到學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)中.這個過程可以發(fā)揮了學(xué)生在課堂的主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.這個興趣不是物理現(xiàn)象引發(fā)的課堂興趣，而是由學(xué)生積極構(gòu)建物理圖景引起的課堂活力.在《交變電流》教學(xué)中，利用變壓器將220伏特電壓變到30伏特左右，點亮15瓦的白熾燈，將暗紅色的燈絲投影到大屏幕.將一個馬蹄型磁鐵靠近燈絲，發(fā)現(xiàn)燈絲在不停的顫動.引導(dǎo)學(xué)生通過想象和分析，畫出通電燈絲在磁場中受到安培力的圖景，學(xué)生馬上可以知道，燈絲顫動是安培力方向不斷改變引起的，推斷出燈絲中的電流方向在不斷變化.通過這個物理圖景初步讓學(xué)生知道電流方向交替變化的電流稱為交變電流，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)求知欲.

2. 物理圖景教學(xué)利于鞏固知識感性認識，促成理性認識形成

根據(jù)人的認知規(guī)律，一般將生活經(jīng)驗或知識內(nèi)化到認知結(jié)構(gòu)中，形成感性認識.這種認知可以解釋一些物理現(xiàn)象，當然也有可能是片面或錯誤的，不一定能正確理解物理概念分析物理問題.運用物理圖景教學(xué)方法，讓受教育者通過現(xiàn)有的認知結(jié)構(gòu)，在頭腦中對觀察過的物理現(xiàn)象形成明了的物理圖景，再經(jīng)過合理優(yōu)化、忽略次要因素和反復(fù)研究，形成新的認知.當現(xiàn)有圖景不能解決新問題的時候，就要促進學(xué)習(xí)者不斷發(fā)展、構(gòu)建新的圖景，促進新認知結(jié)構(gòu)的形成，通過這種交替過程，不斷將感性認識蛻變?yōu)槔硇哉J識，才能準確把握到物理現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，提升物理科學(xué)思維能力.

3. 物理圖景教學(xué)可以拓寬學(xué)生知識層次，促進核心素養(yǎng)提升

物理圖景的構(gòu)建過程就是學(xué)生知識拓展的過程，也是核心素養(yǎng)提升的過程.在這個過程中，學(xué)生需要認真觀察實驗現(xiàn)象，促成學(xué)生積極觀察客觀世界的能力；需要合理分析物理過程，掌握一套適合自己歸納、演繹的思維方法，不斷培養(yǎng)學(xué)生收集信息和處理信息的能力；需要閱讀大量包括教材在內(nèi)的材料，培養(yǎng)良好的閱讀習(xí)慣，獲取更多有用的課外知識.

在交變電流中有個演示實驗，兩個二極管反向并聯(lián)，接到發(fā)電機上(圖1)，隨著搖動發(fā)電機，兩個二極管交替點亮，說明干路中的電流方向是不斷地變化的.通過教師引導(dǎo)學(xué)生提煉出二極管“正向?qū)ā⒎聪蚪刂埂钡姆蔡匦詧D景(圖2)，加深了對二極管性質(zhì)的了解.為理解此物理圖景，鼓勵學(xué)生加強閱讀，讓學(xué)生了解導(dǎo)通和截止是由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流抵消或加強引起的物理現(xiàn)象……拓寬了學(xué)生的知識視野.

二、物理圖景教學(xué)在實際課堂中的實施策略

1.通過課堂實驗，構(gòu)建物理圖景

物理學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，實驗可以直觀、形象地反應(yīng)物理過程及規(guī)律，因為直觀真實，給學(xué)生帶來強烈的視覺沖擊，可以在思維上形成清晰完整的物理圖景，很大程度上提高學(xué)生對知識的認知效果.

在討論發(fā)電機發(fā)出的電流有怎樣的特點這個環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生觀察小燈泡亮暗的變化，說明電流大小在不斷變化；通過電流計指針的變化說明方向在變化，而且在發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的一周內(nèi)，電流有兩次回到數(shù)值為零，可以引導(dǎo)學(xué)生定性畫出電流隨時間的變化關(guān)系(i-t圖像)，不僅有電流大小的變化、還有方向的變化，即，規(guī)律線兩次穿越i-t圖像的時間軸.從而引出交變電流隨時間變化規(guī)律的雛形.該過程將生動的物理過程抽象化為物理圖景，有助于學(xué)生物理思維的提升，為進一步研究交變電流提供了可能.

在本節(jié)課中，筆者設(shè)計了一個實施，東西方向各站一個學(xué)生，用長導(dǎo)線進行“甩長繩”，利用微電流傳感器(TS2103-10μA～10μA)測量導(dǎo)線中的電流，通過計算機向?qū)W生展示電流隨時間變化的圖景，能更好理解了導(dǎo)線切割地磁感線，形成了大小、方向隨時間周期性變化的電流，提升學(xué)生認知水平.

2.結(jié)合課本插圖，創(chuàng)建物理知識圖景

教師在課堂教學(xué)中，要合理的利用教材中的典型插圖，歸納成學(xué)生容易理解的物理圖景.即：要求學(xué)生了解插圖描述的物理現(xiàn)象或過程，用已有的認知創(chuàng)建物理圖景——運用科學(xué)的形象語言描述物理插圖，將生活圖景轉(zhuǎn)化為物理圖景，有利于學(xué)生建立起正確的物理形象，提高學(xué)生的形象思維能力.在《交變電流》教學(xué)中，理解交變電流產(chǎn)生過程是比較困難的，人教版的教材中，給出了交變電流產(chǎn)生過程的示意圖.筆者通過如下方式建立物理圖景：首先給每個學(xué)習(xí)小組一套交流發(fā)電機的模型裝置(如圖3)，用來直觀展現(xiàn)閉合線圈在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象；其次，帶領(lǐng)學(xué)生抽象出理想化模型：水平向右的磁場、矩形線框AB棒長為L1，BC棒長為L2，線框繞軸OO′轉(zhuǎn)動的角速度大小為ω，導(dǎo)線框總電阻為R，通過給出線框轉(zhuǎn)動五個特殊位置，簡化出示意圖，這樣一個交流發(fā)電機就變成了一個閉合線圈在勻強磁場中的物理圖景了；然后逐步呈現(xiàn)問題：導(dǎo)線框在什么位置磁通量最大，什么位置為零？在導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動過程中，四個邊框哪些在切割磁感線？什么位置四個邊框都不切割？什么位置垂直切割？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問題繪制出表格見列表，將物理問題和回答用表格和文字等圖景將閉合線框的轉(zhuǎn)動的五個特殊位置的信息呈現(xiàn)出來.最后，通過表格中內(nèi)容的比較，學(xué)生利用合作探究做出正確的回答：兩個導(dǎo)體棒AB、CD才能切割磁感線.當導(dǎo)線框平面和磁場垂直時，即磁通量最大時，都不切割；當閉合線框平面和磁場平行時，即磁通量最小時，導(dǎo)體棒垂直切割，電動勢最大.

在判斷感應(yīng)電流大小方向隨時間變化的關(guān)系的研究中，依然采用列表的方式進行.取電流方為ADCBA為正方向，在i-t圖像中描出五個位置電流大小.猜想其它時間的電流有怎樣的規(guī)律，并試著描繪i-t圖像.當然在實際教學(xué)中，學(xué)生往往會給出錯誤的三角波，但是已經(jīng)向最終的正弦式交變電流跨出了一大步.物理圖景教學(xué)再一次得到了體現(xiàn).

列表

物理量甲圖乙圖丙圖丁圖戊圖磁通量Φ(填“最大”或“0”)電動勢大小電流大小電流方向填“ABCDA”或“ADCBA”

建立物理圖景不僅僅是物理思維的一種能力，更是一種重要的物理思想.有的學(xué)生學(xué)習(xí)物理輕松簡單，就是物理圖景運用得當，在物理知識認知中更勝一籌.更多的學(xué)生則需要通過教師課堂的引導(dǎo)下，積極啟動思維創(chuàng)設(shè)的物理圖景，甚至打破原有的物理思維，建立正確的物理圖景，重塑新的認知結(jié)構(gòu)，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng).

[1]衡炳鋒.物理圖景教學(xué)法探索[J]．生活教育, 2012(20):56-58，

[2]王文靜.情境認知與學(xué)習(xí)[M].重慶：西南師范大學(xué)出版社，2005.