思維可視化技術在物理探究式課堂中的應用

黃書剛

（固安縣教育和體育局教研室，河北 廊坊 065500）

物理學科是一門以實驗為基礎的自然學科，以實驗探究和邏輯推理發展學生的思維能力。但在實際教學過程中，我們發現由于過度依賴傳統意義上的講授模式及實驗“黑板化”的傳授方法，學生的理解空間被大大限制了，學習的抽象性極大地增加了學生的理解難度。“物理實驗”的可視化也是“物理知識”的可視化，更是“物理現象”反饋的可視化，所以思維可視化技術在探究式課堂中的有效應用，可充分激發學生的物理思維和學習興趣，進而可增強其理解能力，促進其學習成績的提高。

可視化教學可以幫助學生減少認知負荷，使學生全身心地投入到解決問題的過程中，如此可有效培養學生解決問題、分析問題的能力。除此之外在這個過程中，還可以提高和拓展學生的認識能力和創新能力。鑒于此我們可知，思維可視化技術在探究式課堂中的有效應用是提高物理教學水平的重要路徑。因為“可視化”教學能夠直觀展現本學科內隱的物理現象和知識，讓學生看得見、易理解、好掌握。

一、物理實驗的可視化

（一）感知物理——家庭實驗室

在我們的生活中存在著很多物理現象，以抽象理論的呈現方式在我們的生產生活中發揮了巨大作用，但我們缺少結合物理知識發現它存在的觀察習慣。教師借助生活，引導學生用所學的物理知識解釋身邊的物理現象，使學生學以致用，以加深學生對相關物理知識的理解，如此可激發學生的學習興趣，發揮學生的想象力，鍛煉學生的動手操作能力。

開拓“可視化”實驗新渠道，引導學生關注生活，利用所學的物理知識，在日常生活中尋找可利用的實驗工具錄制小視頻，并分享經驗。然后大家共同提出建設性意見，形成實驗分享沙龍，如此可提高實驗的精度和效度。通過開展家庭實驗室，在家長和學生交流機會增多的同時，學生們對物理現象的理解也更加深刻，更能感受到真實的物理現象。

（二）感知物理——實驗進課堂

立足于以實驗為基礎的學科定位，大力推進“可視化”實驗進課堂，讓學生分組實驗和教師演示實驗進課堂模式落到實處。注重實驗過程，關注學生的整體體驗，即使實驗數據存在誤差，也要顧及整體學生對于實驗的直觀感受和親身體驗。比如在研究電流與電壓和電阻的關系一節中，當電壓一定時，電流與電阻成反比，若是將小阻值的定值電阻換成大阻值的定值電阻，滑動變阻器的阻值也要調大，既“換大調大”的規律。第一次授課，學生還沒有了解更多的歐姆定律知識，因此對這個規律理解起來有點困難，但做了實驗，學生就能基本了解了。

二、物理情景的可視化

現代技術的應用可以讓一些實驗室中的實驗真實演示出來，如此可將枯燥的物理知識變得生動活潑，更容易被學生接受。比如利用抖音等視頻軟件可以有針對性地選取視頻資料，創設具體的實驗場景，使實驗過程可視化。此外教師還可以借助多媒體放大實驗過程，使實驗細節可視化。同時學生還可以用慢鏡頭看實驗效果。例如牛頓第一定律實驗的現象——物體不受外力作用時，總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這個理想實驗，在實驗室里很難演示，但通過相關技術放慢鏡頭下的物體狀態可以捕捉到那一瞬間，如此可讓學生體會到該理論真實存在。

三、物理知識的可視化

物理知識的可視化就是將一些無法觀察難以理解的物理現象、抽象的物理方法、復雜的物理實驗以可以看到的形式為媒介，形象、直觀地展現出來。思維導圖可以通過圖示、顏色、構圖等充分調動學生的感官，開發學生的大腦，讓學生通過聯想、分類、空間分布等來進行文字記憶。如此可幫助學生形成物理命題網絡、物理圖示等系統化的知識網絡記憶結構。這對于提高學生的學習效率、調動學生學習的積極性、激發學生的思維能力、培養學生的科學素養等都具有顯著的功效。對于教師而言，思維導圖的應用便于教師關注學生物理思維的走向和過程，如此可促進學生思維深度和廣度的發展。

圖1 為初級思維導圖，圖較少，文字比較多；圖2 為升級版思維導圖，圖示多，文字輔助，意在讓學生通過簡單的圖示記憶重要的文字。

圖1

圖2

橋狀圖有助于顯示具體與抽象之間的關系，可進行類比和隱喻。我們可以用橋狀圖將新概念與已有知識進行類比，以此講授陌生的概念，加強知識遷移，進而構建知識間的聯系。

對于物理教學而言,物理實驗的可視化、物理情景的可視化、物理知識的可視化三者是一個有機統一體，在實際教學中落實以上三者能夠直觀展現本學科內隱的物理現象和知識，如此可充分激發學生的物理思維和學習興趣，進而可促進其學習成績的提高。