動畫在初中物理概念教學中的作用

盧藝 秦宇飛 柴萬東

摘 要：概念教學是物理教學的重要組成部分。學生在初中階段首次系統地學習物理，對一些抽象的物理概念難以理解，甚至是產生理解偏差。因此，在初中物理概念教學中需要改進教學手段，攻克此類教學難點。動畫有形象直觀、趣味生動的特點，能很好地應用到物理教學中。本文以初中物理“電流”概念教學為例，針對學生學習的難點及教學中常見的問題，設計了電流概念教學所需的主要動畫，力求利用動畫化抽象為形象的特點，幫助學生正確理解電流概念，為初中物理概念教學提供新思路。

關鍵詞：概念教學；動畫；電流概念

中圖分類號：G633.7? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）06-0064-04

收稿日期：2023-02-26

通訊作者：柴萬東（1971-），男，漢族，內蒙古赤峰市人，碩士研究生導師，教授。研究方向：傳感器應用，基本教育理論。

基金項目：內蒙古自治區“十四五”教育規劃課題（2022JGH455）

物理教學分為物理概念教學、物理規律教學、物理實驗教學、物理習題教學和物理復習教學。在物理概念教學中，教師大都采用口頭講述的教學方式，教學效果往往達不到預期，其原因在于教學方法與學生理解能力的不適配。初中學生的抽象思維能力和生活經驗不足，不易理解抽象的描述語言，只能機械記憶物理概念，其結果就是容易遺忘，不能活學活用，還可能因為學不會而喪失學習物理的興趣。改進物理概念教學手段尤為重要。目前中學的信息化軟件、硬件教學設施基本都已完善，支持更多信息化技術在教學中應用，且動畫資源近年來被逐漸開發并應用到了教學實踐中，取得了不錯的效果[1]。

1 初中物理概念教學引入動畫的必要性

（1）由物理學科自身特點所決定。物理學是一門研究物質基本結構、物體運動及能量變化的科學，是自然科學應用廣泛的一門基礎學科，具有抽象度高、邏輯縝密的特點。初中階段所開設的物理課程，向初學者描繪了物理世界的基本規則和整體圖景，需要學生在學習中逐步培養歸納概括能力、想象思維能力和邏輯推演能力，學生首次接觸比較困難。

動畫能夠將文字、圖像、聲音等整合并生動形象地呈現，把抽象、枯燥的物理概念用生動有趣動畫表現出來，更容易為學生所接受，有利于提高學生學習的主動性和積極性。

（2）符合初中學生思維特點。初中階段學生處在身心發展逐步趨于成熟的青少年期，抽象邏輯思維正在慢慢形成，但在很大程度上仍以感性思維為主，需要大量具體形象的事物支持才能理解抽象概念語言，往往需要足夠的感性體驗才能有效地激發物理學習的興趣[2]。他們的認識以經驗為主，理解知識大都依賴于日常經驗[3]。因為經驗有限，學生在分析問題時往往較片面，經常憑借自己的感覺分析問題，具有很強的主觀性，不利于問題的解決。

在教學中引用動畫符合學生思維特點的，動畫在設計時經常把日常生活中常見的具體事物作為抽象概念的類比對象，生動且直觀，對于學生而言，降低了理解抽象物理知識的難度。教師可以在教學中重復播放動畫，讓學生通過動畫直觀地理解物理概念的內涵和外延，幫助學生消化難點、掌握重點。

（3）緊隨教育信息化的發展。初中物理新課程標準中明確提出，要重視現代信息技術在物理教學中的運用，積極探索現代信息技術作為教學手段的應用[4]。這意味著教師要注重利用現代化教學手段輔助教學，促進教學的有效性。物理概念教學要求學生準確理解概念的意義，明確概念的適用條件，并在學習過程中體會研究概念的方法，應用概念解決實際的問題。將動畫這一信息技術手段應用于物理教學中，符合初中物理新課標和物理概念教學的要求，與教育信息化的時代背景相契合。

2 初中物理電流概念教學問題分析

2.1 電流概念梳理

以人教版教材為例，“電流”的概念最初出現在初中物理“電流和電路”一章中，是學生開始學習物理電學知識最先接觸的基本概念。與此同時，“電流”也是物理概念中典型的抽象性概念。在日常的生活中沒有具體的實物表象與其相對應，學生作為初學者，理解這一抽象的物理概念存在困難。

電流概念教學中主要有幾個知識點需要學生掌握：（1）電流的定義。電荷的定向移動形成電流，這里的“電荷”有3種情況，可能是“正電荷”，也可能是“負電荷”，還可能是“正、負電荷”。（2）學生需要明白“正電荷定向移動的方向為電流方向”的規律。在電源外部，電流的方向是從電源正極流向負極的，在電源內部則相反。（3）產生電流的條件?；芈分斜仨氂须娫?，且回路要閉合。

從學習電流部分開始，學生逐步地學習了一系列的電學知識。以電流為主線，學生從對電路的認識，到對歐姆定律等電路基本規律的探索，再到對電與磁知識的初探等，電學的大廈在學生的頭腦中開始逐步建立。學生在此過程中發展抽象和邏輯思維能力，其物質觀、能量觀、相互作用觀也會隨之逐步清晰完善，可謂電流“一線”貫穿始終。

該部分知識具有一定的抽象性，學生在學習中經常會出現難點問題，即（1）不能很好地理解并分析電流形成中的兩種電荷的運動情況。（2）容易混淆金屬導體中電流方向與電荷移動方向。（3）不理解電源內部的電流方向及電荷運動情況。不能理解電源為什么源源不斷地提供電流。

2.2 電流概念教學問題分析

（1）照本宣科式的教學依然存在。日常生活的方方面面都離不開“電”，學生在學習“電流”概念之前，一定對“電”有所了解，具備關于“電流”的前概念。無論他們有著怎樣的前概念，都表明學生不是空白進入課堂的，他們有自己的認知基礎，需要教師精心引導才能形成正確、科學的電流概念。

但在實際的電流概念教學中，常常忽略學生的認知水平，只讓學生機械地“記住”電流概念，而不注重分析講解電流的形成過程和本質，使得概念教學流于表面，其結果就是學生對電流概念的模糊不清，產生錯誤的理解[5]。學生不理解導體中發生定向移動的電荷情況，不清楚電流方向與電荷定向移動二者間的關系，雖然可以靠機械記憶“記住”，但不會活學活用，一旦應用情境發生變化就會出錯，時間一長，學生會認為物理難學，對物理學習產生抵觸情緒，不利于學生長期發展。

（2）教學方法單一。多數教師在教學中使用了盡可能詳細的話語和大量的例子幫助學生理解電流概念，但教學效果往往達不到預期。原因之一就是教學方法的單一性，只采用口頭講授的形式，學生根據教師的語言描述想象“電流”，或者根據靜態的圖片推測動態的“電流”，學生無法真正理解教師的描述，使得教學的有效性大打折扣?？梢?，在面對“電流”這類抽象的物理概念時，教師若是僅僅采用語言講述的教學方式，效果很難達到預期。在抽象概念面前，尤其是對于初中階段的學生而言，文字講述總顯得蒼白無力。

（3）缺乏有效的理論模型。在電流概念的教學中，教師最常引用的就是水流模型，即把“電流”類比成“水流”一樣的東西，水流動的方向便是電流的方向。水流模型用類比的辦法幫助學生體會電流的特點，感受電流的方向，學生易于理解。但水流模型也存在著不足之處，即模型本身不夠完善，描述表達的重點不夠突出，難以解釋清楚電流產生的本質。

雖然考慮了水流模型的不足，但在重新設計電流模型時，為了描述的方便，把金屬中“產生電流”的模型解釋設定為“正電荷的定向移動”，認為電流模型的重點是向學生表明電路中電流的方向，可以暫時忽略電荷的電性，只需在演示時向學生強調“其實在金屬導體中移動的是自由電子”即可。其結果是學生很可能忽視教師的強調，反而加深頭腦中“金屬導體中是正電荷的定向移動而形成電流”的錯誤認知。

3 構建初中物理電流概念的動畫

對于電流概念教學，可以通過設計“電流”的動畫輔助抽象的文字描述，通過動畫這一形象的表現方式幫助學生想象，促進學生理解電流概念。研究發現，電流的理論模型都是力求從本質出發，站在更高的知識角度對初中電流概念進行更細致的描述，可以借此進行動畫設計，從微觀角度展示“導體中有電流通過”的狀態，并展示“電源工作”時的動畫，幫助學生突破難點。目前能在計算機上制作動畫的軟件有很多，如Flash、AE、RETAS等，都可以做出不錯的動畫效果。

3.1 動畫設計思路分析

在初中階段，學生常接觸金屬和酸、堿、鹽水溶液兩類導體，不同導體連接在電路中產生電流時，電荷發生定向移動的情況不同。金屬原子由帶正電的原子核和帶負電的核外電子構成，可認為原子核不能移動，核外電子可以移動。通電時，金屬導體（導線）中的負電荷（自由電子）定向移動形成電流；在鹽的水溶液如NaCl溶液，電離出的鈉離子Na+和氯離子Cl-，由于電荷“同性相吸、異性相斥”的原理，正電荷移向靠近電源負極一側，負電荷移向靠近電源正極一側，正、負電荷同時向相反的方向定向移動形成電流。

（1）金屬導體導電動畫。先呈現整個電路在開關斷開時的整體圖，包括電源、開關、用電器（小燈泡）和導線等電路組成部分，動畫呈現閉合開關前后，導體中的自由電子運動情況，方便幫助學生理解電流的產生及電荷的運動情況以及電流方向與電荷定向移動的關系，如圖1所示。

（2）NaCl溶液導電動畫。延續上述方法，先呈現沒有通電時鹽的水溶液（NaCl溶液）的微觀狀態，溶液中存在大量的正電荷和負電荷（正離子和負離子），它們都在做無規則運動，然后呈現閉合開關的電路圖，NaCl溶液的正電荷和負電荷同時向相反的方向定向移動，正電荷向靠近電源負極的一側移動，負電荷向靠近電源正極的一側移動，并標出NaCl溶液中電流的方向與正電荷定向移動的方向相同。以此幫助學生理解正負電荷同時定向移動形成電流的難點問題，如圖2所示。

（3）工作電源內部動畫。電源（化學電池）處在工作狀態時，其內部同時存在著正、負電荷的定向移動。因為電源的負極比正極性質活躍，往往容易失去電子，這些電子通過導線積聚到電源正極，電源內部的正電荷為了得到電子便會流向電源正極，即電源內部的電流方向是從負極到正極。針對學生不易理解電源內部的電流方向的難點，采用擬人的方法，設計“電源小精靈”充當電源內部電荷的“搬運工”，它們克服同種電極和電荷間的斥力，分別把正、負電荷依類“搬到”電源的正、負極，從而電源可以源源不斷地提供電流，如圖3所示。

3.2 動畫演示原理

演示呈現整個電路的電荷運動情況及電流方向，也可以分別呈現電源外部及電源內部的電荷運動情況及電流方向。

通過電流形成的動畫設計，清楚地向學生展示金屬導體中電流形成的原因及微觀本質，并形象直觀地呈現在金屬導體中，電流方向與負電荷電荷定向移動的方向相反，幫助學生解決難點一。至于學生疑問為什么不把自由電子定向移動方向規定為電流方向，則可根據科學史上電子的發現遲于電流概念的提出時間進行解釋。“NaCl溶液導電動畫”向學生清楚地展示了在鹽的水溶液中正、負電荷（正、負離子）都可以發生定向移動而導電，電流方向與正電荷定向移動的方向相同。通過此動畫，學生可以區別金屬導體導電和酸、堿、鹽水溶液導電原理的不同，解決難點二。

“工作電源內部動畫”的設計，向學生生動地呈現了電源內部的電流方向。教師可以在演示時向學生解釋，是因為“電源小精靈”一直在忙著“搬運”電荷到相同的電極，它們在此過程消耗了自身的能量，電源才能夠源源不斷地提供電流。也能使學生初步明白電源的能量轉化過程，為后面的學習做好鋪墊。

4 結論

動畫作為一種重要的現代技術手段，對提升教師的信息化教學素養和促進課堂教學效果都具有重要價值。目前動畫制作平臺的多樣，制作技術的便利，使得動畫在教學中獨特的應用價值被不斷開發，在教育領域的運用正處于上升階段。

學生正確理解物理概念是學好物理的第一步。教師在物理電流概念教學中引入動畫，促進學生的理解，學生在學習中發展科學思維，提升思辨智慧，生動直觀的動畫吸引學生的注意，強化學生記憶，提高教學效果。除此之外，教師要充分發揮動畫資源的作用，離不開大膽創新和積極開發，在制作動畫時要多方考慮，盡量精簡元素，突出重點，要符合物理教學的規律，合理地在物理教學中滲透動畫，才能促進物理教學的發展。

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參考文獻：

〔1〕馬虎奎.動畫資源在高中物理教學中的應用[J].數理化解題研究，2020，24（12）：44-45.

〔2〕黃東梅.初中生物理學習心理思維特點調研與實踐建議[J].中學物理（初中版），2016，34（07）：3-4.

〔3〕沈志亮.基于學生思維和心理特點的物理學習習慣養成初探[J].中學物理，2016，34（16）：4-5.

〔4〕教育部.義務教育物理課程標準（2021版）[S].北京：人民教育出版社，2021.

〔5〕胡亞云.基于變易圖式的初中物理概念教學策略研究[D].重慶：西南大學，2022.