圖示法在初中物理教學中的應用研究

李明星

摘? ?要：本文闡述了筆者設計的三個物理圖示，分別用來消除光的三原色的錯誤前概念，構建伯努利定律的微觀模型和解析一個相關的物理實驗的內部成因。

關鍵詞：圖示法;初中;前概念;物理教學

物理是研究物理概念、物理規律以及物質運動規律的一門學科，作為首次系統學習物理學的初中生，其邏輯思維結構正由感性思維向理性思維轉化，科學探究能力還沒有完善。在如何學好以及如何理解物理概念和規律的過程中，學生很容易陷入死記硬背的惡性循環，短暫的會提高學生的成績，但是長此以往會降低學生學習物理的熱情，無法正式成為主動學習者，自主地建構物理知識體系和框架。初中物理的主要目的是增加學生的興趣和掌握學習物理的方式方法，死記硬背既無法提高課堂效率，也導致初中、高中的銜接不順暢。解決這些問題的方法有很多，其中一種為圖示法，運用物理圖示講解生動又高效，物理教材上的物理圖示就很多[1 ]。本文探討筆者自行設計的三個物理圖示，以及這些物理圖示在物理教學中如何解決對應的易錯點。

1? 利用“圖示法”消除學生光的三原色的錯誤前概念

《現代漢語詞典》（1996年第三次修訂出版）中，有關“原色”的釋文為：色光中的原色是紅、綠、藍;顏料中的原色是紅、黃、藍。也就是我們日常提到的光的三原色（或者光的三基色）和顏料的三原色（或者美術的三原色），雖然美術界后期發現品紅加適量黃可以調出大紅，而大紅卻無法調出品紅;青加適量品紅可以得到藍，而藍加綠得到的卻是不鮮艷的青;用黃、品紅、青三色能調配出更多的顏色，而且純正并鮮艷，即更科學的美術三原色為品紅、青、藍[2 ]。但筆者通過對初一300名學生調查發現，除去13份空白卷子，77.7%的學生回答顏料的三原色為紅、黃、藍，而這其中65.0%的人認為光的三原色與顏料的三原色是相同的。哪怕對初三的學生進行調查，部分學生也會混淆光的三原色與顏料的三原色。說明初中生頭腦中對光的三原色有根深蒂固的錯誤前概念，哪怕經過對滬科版物理八年級全一冊第四章第四節“光的色散”這節課的學習，也有很多學生的錯誤前概念也沒有被轉化。

筆者設計如圖1來轉化學生的錯誤前概念，學生都知道牛頓的實驗將白光通過三棱鏡后色散為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這七種單色光，將這七種單色光按照順時針分布在等分的圓內，并且將紅光寫在最上面。根據圖示講解時，可知最上方的紅光和最下方的藍光和綠光為光的三原色，并且紅光和綠光可以復合為橙光和黃光，紅光的比例多一些就復合為橙光，綠光的比例多一些就復合為黃光，紅光和藍光可以復合為紫光和靛光，紅光的比例多一些就復合為紫色，藍光的比例多一些就復合為靛光。筆者經過實踐證明該方法對于學生對光的三原色錯誤前概念的轉變有一定的作用。

2? 利用圖示法構建伯努利定律的微觀物理模型

19世紀，人們對物理概念和物理規律的宏觀認識日趨完善，為推動物理學的發展，很多科學家將更多的焦點對準物理學的微觀世界研究。隨著生產和科學水平的進步，以及科學儀器和技術的發展，19世紀初，在德謨克利特、伊壁鳩魯、笛卡爾、牛頓等人的基礎上道爾頓提出了系統的原子學說，人類對微觀物理世界有了深入研究[3 ]。很多物理規律的宏觀描述不足以讓學生明白其內在邏輯和體系，比如伯努利定律在初中的講解——流體壓強與流速的關系：流速越大的地方壓強越小，流速越小的地方壓強越大。

這節課的講解多數以演示實驗為主，例如“天女散花”“吹不掉的乒乓球”“向回跑的小球”等。這些實驗都具有操作簡單、現象明顯等特點，并且這些實現現象與學生的預期結果相反，例如將礦泉水瓶去掉瓶蓋和底部，水平放置后將小球放在瓶中，從瓶口向里吹氣，發現小球不會被吹走，反而會移向瓶口的位置，也就是吹氣的方向。這些“反?！钡膶嶒灛F象可以極大的引起學生的學習興趣和探究的欲望，但根據物理規律來解釋實驗現象的過程卻一筆而過，這樣講解學生也能應付初中目前的習題，短暫提高學習的成績，但追其根、溯其源：到底為什么流速大的地方壓力就小，從而導致壓強小呢？很多學生都無法準回答。因此，筆者建構了伯努利定律的微觀物理模型。

該模型以流體中的氣體為例，簡化了空氣中各色原子和分子獨有的微觀結構，并將其表述為帶箭頭的圓點，圓點的大小表示其質量，箭頭代表運動方向，如圖2所示。由于分子是在永不停息地做無規則運動，所以水平放置的紙面上方和下方分子的數量和撞擊紙面的分子數量基本一致，即上下方的壓力、壓強一致。但是當紙面上方有水平方向上的風吹過時（以水平向右吹動為例），原本無規則運動的分子被氣體帶動向右運動，使得撞擊紙面的分子數量減小，導致由于撞擊而產生的壓力減小，上下受力面積相同，上方氣體產生的壓強就減少，如圖3所示。

3? 利用圖示法解析物理實驗的內部成因

流體壓強與流速關系的實驗中，學生對漏斗倒扣吹乒乓球但是乒乓球不掉落的實驗現象非常驚奇，將漏斗倒扣，用手指將乒乓球抵在漏斗口中，從細管口中向下吹氣，小球沒有被吹落，反而懸置在漏斗口中。要想描述該物理現象的原理，影響因素很多，例如小球的自轉對流速的影響等。所以很少有老師對現象進行細致解析，導致很多同學認為流速小的地方是漏斗細口的部分，然而這部分對小球產生的是向下的沖擊力，而不是對抗小球重力使小球懸浮的力。因此，筆者簡化自轉的因素，簡單設計一個圖示，使實驗講解簡單易懂。

該實驗難點在造成實驗結果的是使學生看不見的風，所以筆者將風具象化——設計成流暢的線條，風的總量是不變的，所以從細口到漏斗部分的線條數量是一致的，用線條的疏密程度來反映風速，線條越密集的地方表示該處流速大，反之，線條越稀疏的地方表示該處流速越小，這樣就使流速分布具體化。另外一點也可轉變學生認為細口管處產生的力是向上的這一錯誤概念，圖示展示出此處的力是氣體對小球向下的沖擊力。根據滬科版八年級物理教材的編輯順序，可知此前已講授了力的合成，所以也可以根據圖4深入講解向上的力是如何形成的，由于流速大小差異產生的豎直向上的合力抵消了風對小球向下的沖擊力以及小球自身的重力。

參考文獻：

[1]孫艷波.圖示法在初中物理教學中的應用[J].教改課改，2015（22）：76.

[2]孫宏博.物理與美術色彩的異同分析及應用[J].中學物理教學參考，2010（8）：35-36.

[3]李艷平，申先甲.物理學史教程[M].北京：科學出版社 ，2003.