識別圖像的奧秘

馬剛

摘 要：圖像能夠直觀展現抽象、復雜的物理規律。在初中物理教學中加強應用圖像，不僅可以準確反映物理量大小及其關系，也有助于簡化物理實驗數據的計算過程。本文主要分析圖像在初中物理教學中的應用價值，從應用圖像創設物理情境、講解物理概念、分析物理規律、分析實驗數據以及開展物理作圖活動五個方面，論述圖像在物理教學中具體的應用策略，以期為相關教師提升物理教學水平帶來有力的參考依據，從而促進學生物理核心素養的發展以及學習重難點的突破。

關鍵詞：圖像；初中物理教學；應用；價值；策略

中圖分類號：G6３ ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-9132（2023）13-00７０-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2023.13.0２３

圖像是一種科學高效的物理教學輔助工具，教師合理利用圖像開展初中物理教學能夠形象地向學生呈現物理變化過程和物理規律，使復雜的物理問題得到簡化，進而提高學生物理探究能力和學習效率。因此，教師應當明晰圖像在初中物理教學中的應用價值，根據物理課程目標和學生的認知思維特點，借助圖像開展多樣化的物理教學和探究活動，深化學生對物理概念、現象、變化規律的理解，培養學生應用圖像解決物理實際問題的意識和能力，從而助推物理教學改革。下面筆者就對圖像在初中物理教學中的應用展開分析。

一、圖像在初中物理教學中的應用價值

初中物理教學領域的圖像，主要是指能夠直觀反映物理狀態、過程、規律的圖像，包括描述物體的運動關系、加速度、電場強度、光現象、電磁現象、原子模型等等，圖像類型以函數圖像為主以及其他以線、數字、符號構成的平面直角坐標示意圖等。圖像是傳輸物理知識和信息的重要媒介，具有綜合性強、信息量大、簡明等特點，能夠體現物理數、形、意的完美統一，與初中物理教學各環節都有較強的適配性，能夠提高學生分析和解決物理問題的效率。經過學情調查和理論實踐研究，筆者將圖像在初中物理教學中的應用價值總結為下列三個方面：

第一，應用圖像能夠直觀展示物理變化過程。物理現象具有動態變化的特征，現階段學生的抽象思維偏弱，純粹依靠想象很難有效理解物理變化過程，導致學生對物理課程學習滋生畏難情緒。圖像最大的優勢就是能夠形象動態地表示各種物理現象的過程和規律。在初中物理教學中加強應用圖像，能夠直觀向學生展示物理變化過程。如在有關勻變速直線運動的物理教學中，教師可以為學生呈現反映速度和時間變化的函數圖像，用具體的線和字母表示物體的運動速度、任意時刻的速度、物體的運動性質、時間和位移距離等，同時設置問題，引導學生結合圖像闡述勻變速直線運動的變化過程，這樣學生就能直觀理解物理運動變化規律，彌補抽象思維方面的缺陷。

第二，應用圖像能夠描述物理量之間的關系。在初中物理教學中，經常涉及兩個或兩個以上物理量大小和關系的比較與分析，學生對物理量的認知較為模糊，探究物理量之間的關系存在一定難度。物理量之間的關系實際上就是數學中的正比例、反比例以及二次函數關系，教師在初中物理教學中應用圖像，能夠清晰描述和傳達物理量之間的關系，如在探究電阻不變條件下電流和電壓的關系時，教師就可以出示電路示意圖和相應的函數圖像，指導學生討論得出圖像坐標軸所代表的物理量，然后再解析圖像反映的物理量的相互轉化關系，從而提高學生對物理量關系的比較和分析能力。

第三，應用圖像能夠得出準確的物理實驗結論。物理是一門實驗性較強的科目，在物理實驗中會得到一些數據，但是部分物理實驗單憑數據無法推出準確結論。圖像是處理物理實驗數據的優質工具，在初中物理教學中重視應用圖像能夠更簡便地得到精確的物理實驗結論。如在有關影響重力大小因素的物理實驗中，教師就可以指導學生將實驗測得的數據記錄下來，然后建立相應的平面直角坐標系，把實驗數據通過描點的方式填寫到坐標圖像中，再用平滑的直線把點連接起來，這樣學生就能一目了然地理解影響重力大小的因素，從而得出實驗結論，提高物理實驗教學效果。

二、圖像在初中物理教學中的應用策略

（一）應用圖像創設物理情境，激發學生物理學習興趣

學生接觸物理課程時間尚短，對物理知識存在一定的認知理解障礙，致使學生的物理學習積極性較為低迷。圖像具有直觀、具象等優勢，能夠吸引學生的注意力，化解學生物理學習中遭遇的思維阻滯。因此，教師應該加強應用圖像創設物理情境，根據物理課程內容構建相應的物理示意圖或函數圖像，然后設問引導學生結合圖像分析物理現象，從而加深學生對物理知識的視覺感知，激發學生的學習興趣。具體教學策略如下：

教師在應用圖像創設物理情境時，應該根據具體的課程知識點和問題以及學生的認知特點和興趣愛好，采用信息化技術軟件為學生繪制與課題有關的物理示意圖或函數圖像，然后引導學生將圖像和課程內容結合起來理解，降低學生的思維壓力。如在關于研究物體運動形式的教學中，教師可以先采用模擬動畫為學生演示勻速直線運動的過程，同時引導學生合作認真觀察動畫，把動畫中的路程和時間數據記錄在演算紙上。各組記錄數據完畢后，教師讓學生組際之間復核數據確保無誤，并在白板上出示勻速直線運動的v-t和s-t圖像，同時向學生提問：同學們，這兩個圖像上沒有數據，大家能將演算紙上記錄的數據補充到圖像上嗎？學生立即合作補錄數據。教師繼續問：同學們，結合模擬動畫數據、圖像字母來分析這兩個圖像的橫、縱坐標、每個數據點分別代表什么物理量？能夠反映出勻速直線運動的規律嗎？學生交流表述圖像各部位代表的物理量后，歸納概括出勻速直線運動在任一時刻速度都保持不變的規律。接下來，教師再給學生出示幾張描述物體運動形式的圖像，讓學生運用所學知識，觀察、判斷每個圖像描述的是否是勻速直線運動，并指導學生結合圖像上的圖線和點說明判斷依據，這樣通過創設基于圖像的物理情境，學生對物理知識的運用能力和學習興趣都得以提升［1］。

（二）應用圖像講解物理概念，深化學生概念知識理解

概念教學是初中物理課程的重難點，由于物理概念抽象性較強，學生學習理解起來極為吃力，以往的灌輸式教學法在物理概念教學中收效甚微。圖像具有輔助學生學習物理概念的功能，因此教師應該著重應用圖像實施物理概念講解，根據課程概念要點為學生作圖，結合真實情境引導學生識讀圖像中的物理現象，經過分析提煉出物理概念、定律或公式等，從而深化學生對物理概念知識的認知和理解。具體教學策略如下：

教師在應用圖像實施物理概念講解時，應該根據教材概念的講授需求，采用真實情境創設和作圖相結合的方式，其中真實情境可以是生活實物演示、物理小實驗操作，作圖盡量采用信息化工具，包括CAD、幾何畫板等等。如在關于光反射的物理概念教學中，教師在創設真實情境時，可以采用激光筆、平面鏡、透明硬紙板等工具，把透明硬紙板豎直放置在平面鏡中間，二者連接處設置為0點，然后使用激光筆射向0點，提出問題：同學們，大家觀察到什么現象？學生反饋：激光筆的一部分光被平面鏡反射回來。教師認同學生回答后，先結合真實情境引導學生認識法線、反射光線、入射光線、反射角、入射角等與光反射有關的概念術語。接下來，教師在白板上點開CAD，找到工具箱中的直線、文字等選項，分別作出鏡面、法線、入射和出射光線，標注出鏡面和法線的字母、0點、入射方向和角度等，這樣一個完整的光反射圖像就制作完成。教師向學生發布任務：同學們，請大家聯系之前的鏡面實驗情境合作找出這個圖像中法線、反射光線、入射光線、反射角和入射角的位置。學生展開熱烈討論，教師需要流動巡視和傾聽，適時跟進問題，如有學生找出入射光線，教師可以追問：圖像中的入射角度是多少？這樣通過真實情境和圖像的支持，學生就能夠透徹領會光反射的基本概念和術語含義［2］。

（三）應用圖像分析物理規律，培養學生物理科學思維

科學思維是物理核心素養的維度之一，主要是引導學生以物理學視角客觀認識物理規律、事物本質屬性和內在聯系等。目前學生的科學思維還處于形成階段，缺乏自主探析物理規律的能力。圖像能夠反映物體在運動或變化過程中潛在的客觀規律或者揭示物理量之間的內在聯系，有益于學生科學思維的形成和發展。為此，教師應該利用圖像引導學生分析物理規律，啟發學生從圖像中獲取信息，通過探討和歸納理解物理變化過程和規律，從而培養學生的物理科學思維。具體教學策略如下：

在應用圖像引導學生分析物理規律時，教師應該針對一些具有動態變化特征的物理現象，采用相關圖像描述現象和變化的動態特征，同時精心設計問題，點撥學生觀察、思考圖像各部分代表的物理量，最后討論分析得出物理規律。如在與晶體熔化有關的教學中，晶體熔化就屬于一種動態變化的過程，教師可以先為學生演示海波加熱熔化的過程，記錄溫度和時間，制作成溫度隨時間變化的圖像展示給學生，同時設問：同學們，從圖像中可以看出，海波加熱到多少度開始熔化？學生：48℃。教師繼續問：那么這種晶體的熔點是多少？學生：48℃。教師繼續指著海波開始熔化到熔化完的圖線提問：海波熔化開始到結束用了多久？這個過程中溫度是否升高了？老師演示時是否一直在加熱？學生討論后回答：熔化過程用了3分鐘，老師在其間一直加熱，說明海波在吸熱，但是熔化過程中溫度保持不變。教師追問：已知海波是一種晶體，那么通過解析圖像，大家認為晶體熔化過程中存在什么規律？學生交流并歸納：晶體在熔化過程中溫度保持不變。這樣通過圖像啟發，學生就能深度掌握晶體熔化過程的特點和規律，物理科學思維也得到發展［3］。

（四）應用圖像分析實驗數據，提高學生物理實驗效率

前文筆者談及，應用圖像能夠精確得出物理實驗結論。物理實驗涉及一些物理量和數據，把數據羅列在學生眼前，學生會感到雜亂無章，影響學生推導實驗結論。圖像可以使物理實驗數據處理變得簡單、便捷，因此教師應該利用圖像分析和處理實驗數據，幫助學生理清實驗物理量的變化和內在聯系，從而使學生掌握實驗結論的探究技巧，提高物理實驗效率。具體教學策略如下：

在應用圖像分析物理實驗數據時，教師應該根據具體的物理實驗課程指導學生在實驗操作中詳細記錄相關數據，并給學生提供坐標圖像，發動學生合作探討，把實驗數據用描點法、連線法填寫到坐標圖像上，最后通過分析函數圖像關系得出物理實驗結論。如在電阻不變，分析電流和電壓關系的實驗探究中，教師可以組織學生設置三組電壓和電流的實驗對比組。在學生通過實驗操作記錄每組實驗電壓和電流的數據后，教師可以在白板上出示用電流和電壓建立的坐標，橫軸U為電壓、豎軸I為電流，然后指導學生把實驗數據的點描到圖像中，并將三組實驗的數據點用直線連接。教師提問：從圖像可知，在電阻一定時，電壓和電流之間存在什么關系？學生交流后反饋：圖像上電壓和電流的實驗數據呈正比例函數圖像，即在電阻R一定時，電流I與電壓U成正比，U/I＝R，I＝U/R。這樣通過圖像的輔助，學生就能高效得出物理實驗結論［4］。

（五）設計開展物理作圖活動，強化學生圖像應用能力

圖像在初中物理教學中，不單單是教師的教學工具，也是學生學習和解決問題的得力助手。以往物理圖像一般由教師制作和提供，學生缺少自主作圖的機會，制約學生用圖能力和習慣的養成。為此，在新時期初中物理教學中應用圖像，教師應該注重開展物理作圖活動，從而強化學生圖像應用能力。具體教學策略如下：

在物理教學中設計開展作圖活動時，教師應該抓住物理概念教學、實驗探究等契機，向學生發布作圖任務，鼓勵學生根據學習內容自主、合作作圖，教師向學生傳授作圖的方法和規范。如在關于水沸騰的實驗探究中，學生通過實驗得到水沸騰過程中時間和溫度變化數據，初步了解水沸騰前，溫度隨加熱時間而升高，水沸騰時溫度不變。教師順勢引出作圖任務：同學們，能否根據實驗數據作出平面直角坐標系圖像？學生立即合作參與自主作圖活動，教師在此期間指導各組學生先建立坐標軸，標出時間和溫度的字樣、刻度，在第一象限中根據數據描點、連線。在學生出色完成沸騰圖像后，教師再啟發學生結合圖像中的斜線和直線，說明水在哪個時間段溫度升高以及哪個時間段溫度不變，從而深化學生物理認知，同步培養學生作圖和用圖能力［5］。

三、結語

總而言之，在初中物理教學中應用圖像不僅能夠直觀展示物理變化過程，也能描述物理量之間的關系，還能得出準確的物理實驗結論。教師應該利用圖像創設物理情境、講解物理概念、分析物理規律、處理實驗數據，激發學生的物理學習興趣，深化學生概念知識理解，提高學生科學思維和實驗探究效率。同時，教師還應該加強開展自主作圖活動，傳授作圖技巧，培育學生應用圖像解釋物理現象、解決實際問題的能力和習慣，從而實現圖像在初中物理教學中的圓滿應用。

參考文獻：

［1］ 張成兵.例談圖像法在初中物理教學中的應用［J］.現代農村科技，2022（1）：83.

［2］ 孟富林.例談利用函數圖像解決初中物理問題［J］.中學物理教學參考，2019（11）：42.

［3］ 李長軍.圖像漸進 ?素養提升——談初中物理圖像類問題的突破

策略［J］.數理化解題研究，2018（32）：56.

［4］ 周曉燕.識別圖象的奧秘——淺議圖象在初中物理教學中的應用［J］.湖南中學物理，2018（8）：39.

［5］ 俞振飛.函數圖象在初中物理教學中應用的一些認識［J］.數理化學習，2012（1）：6.