可視化教學對于高中微觀物理教學的作用分析

劉驕恒

【摘要】隨著新課改的進一步落實，高中物理教學改革也得到了深入推進.從當前高中物理教學的情況來看，對可視化技術的有效應用使課堂煥發出了生機和活力，充分凸顯了現代化課堂“以人為本”的教學理念，極大地激發出了學生對物理學習的興趣，為學生物理科學素養的提升奠定了重要基礎.基于此，本文主要對高中物理微觀知識教學的現狀進行了分析，對可視化教學的應用原則以及應用策略進行了深入分析，以供參考.

【關鍵詞】高中物理；微觀物理；可視化情境

高中物理教學中包含了大量微觀知識，這些知識看不見、摸不著，成為物理學習的重難點.傳統教學中，絕大多數教師都是通過口頭描述、習題訓練的方式實施教學，整體來看效果并不明顯.可視化教學出現以后，極大地解決了微觀物理教學面臨的困境.可視化教學的實施可以幫助學生快速建立認知，促進對知識的理解與吸收.教師要對可視化技術進行合理的應用，高效構建物理課堂，從而充分發揮出可視化教學的優越性.這樣一來，不僅可以激發出學生探究微觀物理知識的興趣，同時也能達到活躍思維的目的，以達到理想的教學效果.下面根據筆者的教學經驗，談一談如何在高中微觀物理教學中開展可視化教學.

1 高中物理微觀知識教學的現狀

加速度、摩擦現象、電磁感應等知識點非常抽象，遠離學生平時的生活，因此多數學生難以掌握.傳統教學中，師生往往付出大量精力和時間，卻難以達到預期教學目標.不僅制約了學生成績的提高，同時也容易導致學生厭煩情緒的產生.具體來說，微觀知識教學的現狀可以從以下幾方面探究.

1.1 教學模式比較單一

雖然新課標針對微觀知識課堂提出了多維教學目標，但是很多教師在教學中依然無法從應試教育的理念中走出來，還是以提升成績當作唯一的教學目標，對學生的學習體驗并不關注，忽視了學生的學習情感.在微觀物理教學中，教師基本上都是圍繞其重點規律進行講解，指導學生通過背誦的方式記憶知識點內容，并且通過刷題的方式鞏固所學知識.很明顯，這種教學方式不利于學生對微觀規律的理解，多數情況下對微觀物理知識的學習僅停留在表層上，根本無法通過這種方式獲得學習能力上的提升.

1.2 “填鴨式”占據主導

在新課改背景下，教師需要結合教學內容，綜合學生的學習需求組織課堂教學，要對教學方式進行靈活選擇，這樣才能進一步提升課堂教學的有效性，提升學生的學習效率.然而，從現階段高中物理教學的現狀來看，很多教師依然在采用傳統教學模式實施教學，“滿堂灌”“填鴨式”教學依然占據著主體地位，課堂上教師主要根據教材內容，以口頭講解的方式將知識內容灌輸給學生，學生則被動地接受教師傳授的知識，被動地記憶知識點.在這種情況下，他們根本無法對知識內涵、外延形成深刻理解，被思維定式所束縛.這種情況根本無法達到高中物理教學的目標.

1.3 不重視物理實驗

實驗在物理課堂上非常重要.通過開展實驗，可以加深學生對物理概念的理解，同時掌握物理規律，通過觀察實驗的過程促進自身操作能力的提升，從而提升其物理學科素養.但是，從目前高中物理微觀知識的教學現狀來看，教師對物理實驗教學的開展并不重視，尤其是一些很難完成的微觀物理實驗，多數情況下此類實驗都是以“講實驗”的形式進行，由教師一個人站在講臺上對實驗過程進行講述，或者由其一個人完成演示性的實驗操作，學生把實驗操作的步驟、結果記憶下來即可.很明顯，這種實驗教學模式的開展嚴重束縛了教學效果的提升.

2 可視化教學在高中微觀物理教學中應用的原則

從目前高中物理微觀知識教學的現狀來看，課堂教學中存在著很多困難和問題，隨著新課標的提出，教師借助于可視化技術開展物理課堂教學已經成為一種發展趨勢.在實際教學中，要想將可視化教學的作用發揮出來，教師應該注意堅持以下幾個原則.

2.1 教師主導與學生主體結合原則

在高中物理微觀知識教學中，存在很多難于理解的知識點內容，因此教學效率普遍不高.為此，教師應該形成正確的師生觀，明確課堂上學生的主體地位，這樣才能為教學活動的順利開展奠定基礎，才能促進教學效果的提升.實踐證明，在物理課堂上實施可視化教學，教師應該提前將相關準備工作做好，對整個教學的過程進行精心設計，同時還要注意為學生自主學習和探究提供充足的時間，并且注意關照不同層次的學生，確保不同層次學生均可參與到教學活動中來.

2.2 民主性原則

在可視化課堂下，教師應該創設出和諧、民主的課堂氛圍，要善于引導學生自己將內心的疑問提出來，幫助其將自己的觀點發表出來，這樣才能將其自身潛能挖掘出來，促進其思維的發散.同時，在物理課堂上，對于不同學生之間存在的差異性應該理性看待，對于不同層次的學生，應采用不同標準來看待.另外，還要注意對班級學生進行不同小組的劃分，注意關注組內成員的互補性，引導學生在小組內部對物理問題、知識點進行探究，由不同層次學生相互帶動，最終達到教學效果的有效提升.

2.3 直觀性原則

在物理微觀知識教學中，很多知識點內容都具有抽象、復雜的特征，比如摩擦現象、內能、加速度等微觀知識點內容，在這些知識點內容的教學中，學生很難深入理解物理概念與規律，教學效果并不理想，直接影響了學生物理成績的提升.為此，教師應該始終堅持直觀性原則實施教學，具體來說，可以借助信息技術、實物等，把原本復雜、抽象的微觀知識點直觀形象地呈現到學生面前，這樣既可創造一種直觀的視覺感受，幫助學生更好地理解、掌握微觀物理知識.

3 可視化教學在高中微觀物理教學中應用的優勢

可視化教學是一種從復雜物理知識轉化為直觀物理教學內容的教學方法.在新課程背景下，對高中物理教學進行創新已成為一種新的教育發展態勢，在全新教學理念的指引下，高中物理教師嘗試運用新的教學方法實施教學，在開展物理教學活動的過程中實施創新，旨在將可視化教育理念的優勢充分發揮出來，循序漸進地提升高中物理教學的整體水平.

在高中微觀物理課堂上實施可視化教學，其教學優勢主要體現在以下幾方面：一是通過可視化教學可以提升教學的直觀性、生動性，這樣既可以直觀、形象地將那些復雜的微觀物理知識展現在學生面前，便于學生對物理知識內容的探究與分析，同時還能加深其對物理知識的認知與理解，從而達到優化教學效果的目的，使物理教學水平得到進一步提升；二是在微觀物理課堂上實施可視化教學，可以對課內外的教學資源進行整合，結合學生的實際需求為其提供可視化的指導，這樣學生即可對學習和探究物理知識產生興趣，從而主動探索物理知識，通過實踐活動獲得積極的體驗.

4 可視化教學在高中微觀物理教學中應用的策略

可視化教學建立在多媒體、計算機等技術基礎上，可以將原本復雜、抽象的知識點內容變得形象、直觀.將其應用于高中物理微觀知識教學中，可以有效解決當前物理微觀教學中存在的弊端，促進教學質量的全面提升.

4.1 通過可視化技術激發學習興趣

傳統物理課堂上，教學活動的開展都是以教師為主體，采用灌輸式方式實施教學，學生多數都處在一種被動學習的狀態中，實踐證明，這種學習模式下學生的學習興趣會顯著降低，從而逐漸失去對物理學習的興趣，導致成績下降.如果在物理課堂上引入可視化思維，學生即可圍繞一個思維方式實施觀察，這樣一來，學生即可加深對所學知識的認知與理解，從而激發出其對所學內容的興趣，使學生積極主動地投入到物理課堂的學習之中.

例如 在“牛頓第三定律”這部分知識的教學中，教師運用思維導圖對相關物理問題進行解釋，引導學生獨立思考，明確作用力與反作用力、平衡力等內涵.思維導圖是一種可視化工具，通過圖形表格的方式可以幫助學生提煉知識點，加深對所學內容的理解.在課堂上教師明確了中心主題“牛頓第三定律”，并繪制出樹枝狀的圖形，從內向外發散知識點，闡述第二、三支點后，由學生根據關鍵詞繪制相關圖形，這樣一來各知識點的聯系就會更加清晰，從而便于加深學生對知識點的記憶和整理.

4.2 以可視化技術為依托展示教學內容

微觀物理知識具有抽象性、復雜性特征，學習起來難度比較大，如果直接講解，學生很難深入感知，難以理解知識背后的本質.在這種情況下，如果采用可視化教學，即可借助于教學視頻將其生動、直觀地展示出來，幫助學生在微觀、直觀之間建立連接，從而順利完成對微觀物理知識的學習.

例如 在“電勢”這部分教學中，由于其概念比較抽象、難于理解，建立直觀感知很有必要，于是教師采用可視化教學方式進行模擬演示.教師從網絡上搜索了相關動畫視頻，利用視頻方式為學生呈現出這節課需要學習的內容，從而幫助學生加強對微觀知識的直觀感知，加深對“電勢”概念的理解.然后播放“閉合電路電勢升降”的動畫視頻，改變電動勢、電路結構、外電阻等條件，使學生加深對“電勢”變化的感受.在動畫視頻的幫助下，學生很快激發出了對微觀物理知識的探究欲望，同時很快通過自主探究完成了這部分內容的學習.

4.3 利用可視化技術進行物理微觀實驗

物理研究需要以實驗的開展為基礎，不管是大氣壓強還是動力學、電磁感應現象研究，都要以物理實驗的開展為基礎.物理實驗是物理學習中的一個重要組成部分，同時它也是培養學生科學探究精神、物理綜合素養的關鍵所在.然而在環境、操作以及實驗條件等因素的影響下，很多微觀物理實驗很難順利開展.這種情況下，教師可以嘗試運用可視化技術開展仿真實驗，借助于仿真實驗的開展獲取物理知識，加深對物理規律的理解.

例如 在“平拋物體運動”這部分內容教學中，教師運用可視化技術進行仿真實驗.首先為學生展示了光滑平面上物體以速度v做勻速運動，將其運動軌跡記錄下來，其次展示物體做自由落體運動，將其運動軌跡記錄下來，最后對平面運動和自由落體運動的物體進行合成，在學生面前展示出以速度v平拋物體運動軌跡.在實施可視化實驗時，教師可以按照自己的理解改變實驗條件，觀察實驗方法不同時存在哪些差異，對平拋物體運動規律進行分析，并構建起運動模型.這樣一來，學生即可借助仿真實驗加深對物體運動的相關知識點的內容加深感知和理解，促進其學習效果的提升.

4.4 建立可視化情境實施微觀概念學習

有研究發現，學習活動的開展與具體情境結合起來才能達到一定效果，因此，在教學中應該將學生置身于特定情境中，以喚醒其思維，并在已有知識結構的基礎上，對新知識進行學習.在物理微觀知識教學中，有很多學生難以理解的知識點內容，如果教師按部就班地進行文字描述和講解，學生很難透徹地理解.地這種情況下，教師可以構建可視化情境，在具體情境下幫助學生進行高效的物理概念學習.

例如 在“超重與失重”這部分內容的教學中，教材以例題方式對物理概念進行了描述，學生在理解上存在很大困難.為此，教師創設了可視化教學情境：用兩個定滑輪對一個支架（2m）進行固定，自制套筒式彈簧秤，并連接其上端與細繩，在下端掛上重物，用不同力拉動細繩，對示數變化情況進行觀察.在實驗過程中，教師可與拉力情況相結合，分別在滑輪上做向上、向下的運動.通過實驗學生發現，做向上加速運動時，物體是超重的，彈簧秤上的示數會變小.從中可以看出，通過可視化情境的創設，學生很快就掌握了相關物理概念，并且對“超重與失重”本質特征有了深入的理解.

4.5 運用可視化技術完善知識體系

高中物理中涉及了大量微觀知識點內容，很多情況下學生在學習中都會遇到一些苦惱，比如知識點之間的關系比較混亂、難以記憶.地這種背景下，假如只是單純機械性地死記單個的知識點，難以達到預期效果.各知識點之間緊密相連，知識點之間環環相扣，需要學生建立起一個完整的知識體系，這樣才能更好地理解和運用知識.

例如 在“力和運動”這部分知識的教學中，核心在于“力和運動”，方法是牛頓運動定律，為了強化學習效果，教師運用可視化技術連接各知識點，整合復雜的各項內容，使其形成可視化網絡和圖像.同時還運用圖形軟件呈現出物理知識結構，這樣在可視化工具的指導下，學生很快就完成了對這部分內容的學習，極大地提升了學習效率.

5 結語

綜上，高中物理教學中包含很多微觀知識點內容，這些知識點不僅是重點也是難點.從現階段高中物理微觀知識教學的情況來看，很多因素都對教學活動的開展形成了制約，因此教學效果并不理想.為此，教師應該以目前微觀知識教學的整體情況為立足點，利用虛擬實驗、設置情境等可視化教學技術，將抽象復雜的微觀知識點直觀形象地呈現在學生面前，借助于動畫視頻等法直觀化形式，將具體的邏輯關系直觀形象地展示出來.總之，隨著教學改革的推進，以及教育信息化水平的進一步提升，可視化技術也開始在高中物理教學中推廣開來，使思維演變更為清晰、直觀，從而便于學生的認識與理解.同時，利用可視化技術構建物理微觀知識課堂，學生的學習興趣會更為濃厚，能更積極主動地投入到對物理知識的探究與學習中，為其物理綜合素養的提升奠定基礎.

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