可視化教學在初中物理概念教學中的應用

梁利享

初中物理概念教學在整個物理學的教學中起關鍵性、決定性的作用，決定了學生能否很好地學習和理解物理知識，能否準確掌握物理規律和應用物理原理。運用可視化教學，通過富有視覺沖擊性的圖片、圖形、視頻、神奇的小實驗等可視化素材，不僅可以激發學生的學習興趣和潛在的學習動力，而且有利于學生對抽象概念的理解，從而提升物理核心素養。

一、運用可視化教學引入物理概念，激發學生對概念的興趣

運用趣味實驗、物理現象、物理故事等可視化素材的呈現來刺激學生的求知欲望，提出問題，引入物理概念，可以吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。把抽象的物理概念賦予鮮活的物理事物，容易讓學生產生共鳴。

（一）生活化的趣味實驗引入概念

生活化實驗是指教師在導入新課的過程中針對新課的教學內容，利用日常生活中隨處可見的各種生活材料，經過教師的精心設計，能夠模擬某種物理現象或揭示某種物理規律的物理小實驗。借助生活化的趣味物理實驗引入概念，更容易刺激學生的視覺神經，激發學生的學習興趣。

（二）生活中的物理現象引入概念

細心觀察生活的人都會發現，在我們的生活中存在著各種各樣的物理現象，而這些物理現象傳達了豐富的物理知識。將學生熟悉的物理現象引入物理概念，不僅能夠激發學生的學習興趣和動機，使抽象的物理概念更加生活化、形象化、具體化，還能夠讓學生明白物理來源于生活，并且應用于生活，為生活服務。

（三）可視化的物理故事引入概念

物理故事與物理學科知識緊密相關，集趣味性與知識性于一體，有著獨特的魅力。利用可視化的物理故事引入概念，兼具視覺和聽覺的雙重刺激，能夠吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。教師引導學生思考物理故事背后的物理原理，能夠使物理課堂變得更生動有趣。

例如，在“浮力”概念的教學中，我向學生講述“曹沖稱象”的故事，并展示“曹沖稱象”的圖片，然后拋出問題：這故事中蘊含了什么樣的物理原理？這樣引入“浮力”概念，富有趣味性和知識性，流暢而不牽強，激發了學生的探究欲望。

二、運用可視化教學建構物理概念，促進學生對概念的理解

思維地圖、物理實驗等可視化工具的運用讓學生在觀察的基礎上進行思考，合理地說明事物變化的原因，建立事物之間的聯系，或者是事物的發展規律，能夠幫助學生厘清物理概念的本質屬性，更好地理解物理概念，建構物理知識體系，利用物理思維解決問題。

（一）運用思維地圖生成概念

思維地圖是繼概念圖和思維導圖后出現的又一種可視化學習輔助工具。運用思維地圖建構物理概念既可以幫助學生更好地理解掌握物理概念，又可以培養學生的思維和習慣。

1.圓圈圖指向概念鑒別性生成

圓圈圖用來描述相關定義，圓圈中心寫下被理解或定義的事物，圓圈外面寫下與事物相關的信息。在物理概念教學過程中，可以通過圓圈圖把物理概念的核心要素和外圍要素分離開來，讓學生提取概念的本質特征，準確地鑒別出相似的、容易混淆的物理概念。

2.氣泡圖指向概念完整性生成

氣泡圖用來描述特征、屬性，在中心圓圈內寫下被描述的事物，外面圓圈內寫下被描述主題的形容詞。物理概念往往是由定義、公式、物理意義、單位及換算等眾多要素構成的一個完整結構，遺漏其中某一要素便無法完整生成。在物理概念教學過程中，可以通過氣泡圖把物理概念眾多要素顯示出來，有助于直觀地掌握概念的完整性。

例如，在“功”的概念教學中，功的要素較多而且抽象性較強，需要充分調動學生的記憶力和思維，片段性教學使學生很難把握功的整體性。筆者利用氣泡圖把功的要素——定義、單位、公式、做功兩要素完整地呈現出來（如圖1所示），使“功”的概念的整體性一目了然。學生通過氣泡圖能快速掌握概念的完整性，學習效果事半功倍。

3.括號圖指向概念結構性生成

括號圖用來呈現整體與部分之間的關系，括號左邊寫事物的名字或圖像，括號右邊寫事物的主要組成部分。在物理概念教學過程中，通過括號圖呈現概念的基本結構與層次，把概念之間的知識聯系貫穿起來，實現概念結構的整體化，形成聯系緊密、邏輯性強、結構整體化的概念體系。

常見的思維地圖除了上述外，還有雙氣泡圖、樹型圖、流程圖、復流程圖和橋型圖等類型。

（二）運用物理實驗生成概念

物理實驗是學生生成物理概念的重要途徑，也是學生檢驗物理概念的重要手段。運用可視化方式實施物理概念教學，借助直觀的物理現象，增強學生的認知，可以促進概念生成，加深學生對概念的理解，培養學生的概括思維。

1.課堂演示實驗生成概念

優秀的物理演示實驗把相對晦澀難懂的抽象物理概念直觀清楚地展現出來，讓學生親身感受物理知識的生成過程，能夠很好地調動學生學習物理的積極性，引發思考，使他們靈活掌握理解概念，培養觀察能力和辨別能力。

2.動畫演示實驗生成概念

動畫演示實驗是對物理實驗的重要補充。Flash動畫可以演示光學、電學、力學等各種實驗，效果逼真，深受學生喜愛。Flash動畫解決了部分物理實驗操作難、再現難的問題，也解決了一些演示實驗由于受實驗設備、課時影響無法順利進行，導致學生無法根據實驗現象生成概念的問題。

例如，在“電壓”的概念教學中，“電壓”很抽象，看不見摸不著，學生很難生成概念。筆者把學生熟悉的“水壓”和抽象難以理解的“電壓”通過Flash動畫演示進行類比，“電壓”得到了視覺上的呈現，直觀形象，學生把視覺上的沖擊轉化為認知上的理解，輕松生成概念。

三、運用可視化教學應用物理概念，促進學生對概念的遷移

學生生成物理概念后就應該嘗試遷移應用，運用物理概念解釋生活現象，運用物理概念解決物理問題，使概念不再是枯燥無味的書本知識，而是學以致用的有用知識，充分發揮學生的主觀能動性。

（一）物理概念融入生活情境

物理發現來源于生活，生活也是物理知識應用的主要平臺。學生把物理概念與生活情境融合，建構書本知識與實際問題的紐帶，利用物理概念解釋生活現象，讓物理概念還原于生活，應用于生活，為生活服務，可以有效激發學生的學習動力，引導學生探究物理知識的本質。

（二）物理概念融入解題過程

物理解題的一般過程為審題、建構、求解、驗證、反饋。建構過程就是確定解題方向的過程，這是解題的關鍵環節。這個過程要求解題者再現與問題相關的概念、規律、表象等有機結合的知識。明確解題方向之后，根據解題依據（如公式、命題、原理等）確定解題思路、構思解題步驟、實施數學運算，這就是“求解”過程。在物理解題的建構和求解過程中，采用可視化圖示呈現解題思路，靈活運用概念，將問題層層遞進，環環相扣，最終將求解的問題化為若干個子問題，從而順利解決問題。

例如：一個質量60kg的人，從山腳勻速爬到200 m高的山頂，大約需要20min，這個人做功的功率大約是多少？

分析：“審題”即是確定本題考查的內容包括二力平衡、重力、功、功率，所涉及的知識較多，且各知識之間彼此相互聯系。“建構”即是明確從未知量功入手，功等于力乘以距離，找出力和距離，先求功，再逆向分析求功率。“求解”即是運用功率、功、二力平衡、重力公式確定解題思路、構思解題步驟、實施數學運算。將“建構”“求解”的過程畫出可視化圖示（如圖2所示），問題即可迎刃而解。

四、運用可視化教學聯系物理概念，促進學生對概念的重組

建立物理概念間的聯系，把已學概念體系中相關的概念或同一概念相關的知識進行重組，建構相關概念或同一概念相關知識間體系，有利于理清概念體系間的聯系和區別。思維導圖符合大腦的思維習慣，利用思維導圖對物理概念進行設計重組，更加直觀、清晰地展示相關概念體系，掌握物理概念知識間的共性和區別，形成知識結構之間的邏輯關系，養成良好的思維習慣。

例如，在“電流和電路”的概念聯系中，主要包括電荷、電流、電路三部分內容，三者存在著不可分割的實質性聯系，也有各自的學習內容。筆者通過思維導圖建構“電流和電路”的概念體系，重組概念，先建構相關概念，然后再建構每部分內容。這既有利于學生重組和聯系概念，也有利于學生厘清思路，鞏固知識，發展思維。

綜上所述，可視化教學在初中物理概念教學中的應用，可以幫助學生更好地掌握、理解、應用物理概念，建構物理知識體系，提高學生的系統思考能力和發散思維能力。因此，教師在教學過程中，要依據學生認知特點，遵循物理概念規律，運用可視化教學，提高課堂教學質量。

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