教與學思維可視化下的物理實驗數據分析與處理

摘 ? 要：物理實驗數據的分析和處理能夠充分發揮實驗的作用并幫助學生對所學知識進行認證、對物理學科相關的概念定理進行深入學習，繼而提升學生的物理實踐探究能力。在教與學思維可視化發展下的物理實驗數據分析與處理，能夠讓學生通過可視化實驗數據進一步理解并驗證學科知識，培養學生物理素養。文章以“探究凸透鏡成像規律”一課為例，對實現教與學思維可視化實驗數據分析和處理的相關問題進行研究。

關鍵詞：教與學;思維可視化;物理實驗;數據

作者簡介：李茂靜，江蘇省蘇州市相城區南京師范大學蘇州實驗學校教師，研究方向為初中物理實驗教學。（江蘇 ?蘇州 ?215000）

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-0568（2019）23-0041-02

物理課程一直都是初中階段教學的重點和難點。如何幫助學生更好地掌握物理知識、提升物理綜合學科素養是當前初中物理課程教學的重點。物理教學中教與學的可視化研究是對新課標倡導教學方式多樣化的一種積極探索。物理學科教與學思維可視化不僅可以通過利用低成本小實驗對物理現象和規律呈現，還可以利用計算機完成數字化實驗與仿真實驗，將圖表圖像信息表示的、隨著時間和空間變化的物理現象或者物理量直觀地呈現在學生面前。實現物理實驗數據分析和處理中的教與學思維可視化，能讓學生通過真實的數據來驗證所學，進一步鞏固和提升學生的物理實驗素養。

一、教與學思維可視化在實驗教學數據分析與處理中的必要性

1. 優化課程設計，激發學生的物理興趣。在現代物理課程教學中，通過教與學思維可視化能幫助物理教師更好地豐富課堂授課內容，顯著提升教學成效。教與學思維的可視化發展讓初中物理教學展現出足夠的活力，讓整個教學活動更具實效性和感染力，使每個學生都樂于參與課程教學，激發學生物理學習興趣。借助教與學思維的可視化能讓整個物理課程的難度降低，幫助學生在學習實踐中逐漸養成自主學習的習慣，從而不斷激發學生成長的動力，讓他們能更好地投入到初中物理課程學習中，不斷提升物理學習成績。

2. 有效提升學生實驗參與度。在初中階段物理課程教學中，物理學科涉及的大量定理、抽象內涵均蘊藏著豐富的教學內容，這使之成為初中階段較難教與學的學科。實驗課程一直是教學的重點和難點，實驗數據的分析和處理是實驗課程的核心，是幫助學生鞏固實驗感悟、理解并掌握新知的有效途徑。通過思維可視化教學模式在實驗數據分析和處理中的應用，能有效激發學生的合作探究意識并提升其創新能力，繼而有效激發學生實驗參與度。

3. 顯著提升物理實驗學習的質量。物理學科在生活中具有極其重要的應用價值，教師通過思維導圖、導學案等可視化思維教學方式，能讓學生的學習更加深入。實驗數據分析和處理的可視化，讓師生之間的交流更加便捷，有利于師生雙方更加深入地探究實驗內容和知識，繼而提升課堂效率，不斷促進物理實驗教學質量的提升。

二、教與學思維可視化在物理實驗數據處理分析中的實踐應用

本文以“探究凸透鏡成像規律”一課為例，探究教與學思維可視化在物理實驗數據分析與處理中的實現策略。

1. 創設教與學思維可視化教學情境。凸透鏡成像是初中階段物理課程中重要的教學內容。該實驗所需要的實驗器材較為簡單，實驗原理清晰。但是，學生在學習過程中很難整體理解整個實驗過程以及處理數據。

首先，要注重在抽象知識講解的過程中創設可視化的教學情境。在教學實踐中，教師要注重思維導圖的運用，讓學生能夠通過思維導圖直觀地理解和掌握整個實驗過程，使教學目標有效突出。通過思維導圖（如圖1）的運用讓學生對整個課程內容及過程有充分的了解。

圖1 凸透鏡成像教學課程思維導圖

其次，在數據分析過程中實現思維可視化。數據分析是該課程教學的重點內容，通過數據分析能夠讓學生探究一般規律，達到教學目標。教師要通過可視化教學方式，將數據清晰地展現在學生面前，按照成像大小的差異性來探究規律。教師以學生實驗數據為基礎，利用現代化教具將成像過程展現在學生面前，引導學生發現凸透鏡成像規律，最終達成教學目標。

最后，要通過運用多種教學手段來構建可視化教學。該實驗中數據的收集、整理、歸納及規律的論證是完成教學的重要內容，在教學實踐中要注重該實驗操作策略的可視化以及實驗過程的可視化。例如，在教學中借助多媒體課件的播放讓學生掌握實驗中凸透鏡的具體擺放要求，掌握實驗要點，從而更好地完成教學，提升實驗效率。

2. 在實驗評價中實現教與學的思維可視化。凸透鏡成像實驗是初中階段物理實驗課程的重點內容。對學生思維進行評價是促進學生能力提升的重要方式，也是實現學生素養提升的重要內容。

首先，要注重對學生思考方法的評價。在教學中，通過參與式的可視化教學充分地展現了學生的整個思維過程。在實驗中，學生按照教師的引導利用凸透鏡來進行觀察，并探究其規律，通過比較、逆向思考等方法達成教學目標。在教學中，學生通過教師的指導學會了利用凸透鏡完成對近處或者遠處物體的觀察，并大膽猜想得出“凸透鏡成像的大小、正立或者倒立與物體到凸透鏡之間的距離有關系”的結論。同時，這種現象也說明了凸透鏡成像實驗中，學生已經將控制變量得出結論的實驗方法牢牢地掌握了，并已經將比較法、逆向思維法、遞推法等論證方法融會貫通地應用在了學習中。

其次，對學生實驗思考方式進行評價。在物理課程教學中，培養學生的會聚思維是非常重要的教學內容。會聚思維又被稱為“求同思維”和“收斂思維”，具有比較性、求同性、程序性的特點。通過對學生會聚思維的評價能夠讓學生更加完善地建立知識思維體系，準確地把握知識的全局性和局部特點。要注重引導學生感受“提出問題→建立假設→設計并驗證實驗→分析數據并論證→評價交流”的實驗思考過程，同時還要利用思維可視化思想將實驗程序優化，引導學生按照“數據讀取復合可視化→數據比較可視化→數據信息歸納分析可視化→數據信息轉向規律可視化”的流程，更加直觀地將整個實驗思維過程可視化，逐漸培養學生的實驗驗證思維、發散思維。

綜上所述，在物理實驗教學中，很多實驗現象是建立在相關的知識基礎之上的，在實驗背后需要基礎知識作為支撐，學生不了解整個實驗思維很難從真正意義上掌握實驗課程。通過思維可視化教學理念在實驗教學中的應用能夠讓整個教學思維過程直觀地展現在學生面前，借助思維導圖等教學方式實現教學效果的不斷提升。因此，初中物理實驗教學中要注重思維可視化的應用研究，幫助學生實現全面發展。

參考文獻：

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責任編輯 袁靜琴