淺析蘇科版物理教材的圖像教學

(江蘇鳳凰科學技術出版社，江蘇 南京 210009)

圖像能直觀地反映某兩個物理量之間的關系，形象地描述物理過程和物理規(guī)律．它是形象思維和抽象思維之間聯(lián)系的紐帶．對于初中學生來說，圖像法的運用對理解物理問題的本質特征具有十分重要的意義．圖像法不僅僅是一種數(shù)學方法，而且是一種重要的科學研究方法，被廣泛應用于實驗和理論研究中．初中階段，應當使學生了解圖像法的意義和作用，會用圖像法描述、分析和解決簡單的物理問題．

圖1

關于圖像問題，傳統(tǒng)教學一般都是先介紹什么是圖像，然后介紹圖像對于學習物理知識、分析實驗數(shù)據(jù)、解決物理問題有什么重要意義等．例如，老人教版初中物理教材在首次出現(xiàn)圖像時采用了如圖1所示的“小貼士”的形式指出：“‘圖像’，我們并不生疏．地理課本中常見的‘全年氣溫變化曲線圖’就是圖像．由于圖像表示一個量(如溫度)隨另一個量(如時間)變化的情況，很直觀、很形象，所以各門科學都經(jīng)常利用它．”緊接著就在正文中直接給出海波的熔化圖像，并通過文字告訴學生某一段圖像的含義．在學生剛剛接觸用圖像描述規(guī)律時，就上升到如此的高度，學生理解起來難度較大．

2011年教育部頒布了《義務教育物理課程標準(2011年版)》，提出以提高全體學生科學素養(yǎng)為目標，提倡教學方式多樣化，注重科學探究．在課程標準所提出的基本理念指導下，各個版本的物理教材在這方面都做了較大改進，各有特色．以蘇科版初中物理教材為例，教材圍繞圖像教學的總體目標，采用了循序漸進、螺旋上升的方式呈現(xiàn)．大致經(jīng)歷以下過程：初識圖像→體驗圖像建立的過程和圖像的意義→學習畫簡單的圖像，并利用圖像分析物理問題．

1 初識圖像

教材從第一章第二節(jié)“樂音的特性”就開始為物理圖像知識的學習做鋪墊：在談到?jīng)Q定音色的因素時，指出：“借助儀器可以觀察到音色不同的聲音，其圖像是不同的”．然后，給出了幾種樂器發(fā)出聲音的波形圖(如圖2)．這樣處理，不僅避免了在教材中出現(xiàn)音色的概念，降低了難度，而且將圖像教學的起步難度降到最低，學生很容易從這些變換的曲線中看出不同樂器發(fā)出聲音的波形不同，在不知不覺中初識了圖像，學生甚至沒有意識到這是在討論圖像問題．

在經(jīng)過一章的學習后，學生已經(jīng)對物理學科有了一定認識，教材對學生的要求開始提升，在第二章第一節(jié)的“生活·物理·社會”中，給出了海平面的上升曲線，如圖3所示，曲線反映了海平面的高度隨著年份的變化而上升的趨勢，這與學生的生活密切相關，學生也容易理解．

圖2

圖3 中國沿海近十幾年的海平面變化曲線

2 體驗圖像建立的過程

在初識圖像之后，教材讓學生采用課后活動的方式體驗圖像的建立過程：在燒杯中倒入適量的熱水，每隔2min用溫度計測量一次熱水的溫度，并將溫度值標在如圖4所示的一組溫度計圖上(溫度計下方已標明第幾分鐘)；然后“用平滑的曲線把各溫度計上的標記連接起來．看看從中能發(fā)現(xiàn)什么．”

圖4

上述活動中，學生很自然地在教材的幫助下測量、記錄數(shù)據(jù)，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)畫出了熱水溫度隨時間變化的圖像．這既是對本節(jié)課的重要內容——溫度計的使用的實際操練，又克服了圖像教學的難點，學生在教材的啟發(fā)下觀察圖像，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從較深層次領悟了圖像的意義．

這一過程，體現(xiàn)了圖像是形象思維和抽象思維之間的橋梁，學生在實物圖上描點、畫曲線的過程，實際就是從形象思維向抽象思維轉化的過程．在這一“數(shù)形”結合的過程之后，教材指出：如果將溫度計除去，留下的就是熱水冷卻時溫度隨時間變化的圖像．此時，學生對圖像的意義建構已經(jīng)實現(xiàn)，為下一節(jié)研究水的沸騰和第三節(jié)“熔化和凝固”中用圖像法分析溫度變化的規(guī)律做好了充分的準備．因此，在“研究水的沸騰”活動中，教材直接給出了實驗數(shù)據(jù)表，讓學生通過實驗測量數(shù)據(jù)，并在給定的坐標系中描點、連線．此時，學生還不能完全理解用“平滑曲線”進行“曲線擬合”的技巧，為了降低學習的難度，幫助學生盡快掌握作圖方法，需要老師從回顧圖4的作圖過程開始，舉例講解并進行作圖示范．可以兩個坐標點為例說明“曲線擬合”的幾種情形，再過渡到三個點……根據(jù)數(shù)據(jù)點的整體走向畫出平滑曲線，使數(shù)據(jù)點落在擬合曲線上，或均勻分布在曲線兩側．在繪出圖像后，教材采用填空的形式，引導學生觀察圖像，發(fā)現(xiàn)水在沸騰前、沸騰時溫度的變化規(guī)律．

3 用圖像分析物理問題

第二章第三節(jié)的“探究冰、燭蠟的熔化特點”活動中，教材要求學生在教師的引導下自行設計出完整的實驗方案，進行分組實驗、繪制熔化圖像．經(jīng)過前面的一系列教學之后，學生已經(jīng)完全能夠獨立繪制燭蠟和冰的熔化圖像，也能夠從圖像中分析出一些信息．但是他們還沒有采用圖像對比發(fā)現(xiàn)規(guī)律的經(jīng)驗，通過這部分教學，學生的圖像能力得到全面提升，進一步體會了圖像法在問題研究中的意義和作用．

八年級上冊涉及圖像教學的還有“第五章 物體的運動”.在研究直線運動規(guī)律時，教材設計了探究活動——“研究氣泡的運動規(guī)律”，如圖5所示．活動要求學生根據(jù)實驗目的，設計方案并進行實驗測量，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制氣泡運動的s-t圖像，這是通過實際應用進一步強化學生對圖像的理解，此時，教師甚至可推薦學有余力的學生學習運用計算機軟件繪圖．

圖5

從上面的分析，我們不難看出，蘇科版物理教材的宏觀結構是經(jīng)過精心設計的．教材中對于物理科學方法的教學，在學生剛開始接觸時，并不是急于告訴學生科學方法的名稱和概念，而是讓學生先進行簡單的體驗和運用，建立感性認識，并在后面的教學中對學生的感性認識不斷地提升，等學生充分領悟到這種方法如何使用，以及其方法論意義之后，再水到渠成地將方法顯性化、規(guī)范化．這樣的設計充分體現(xiàn)了“循序漸進、螺旋上升”的原則，符合學生的認知規(guī)律．

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容．義務教育教科書 物理(8～9年級)[M].南京：江蘇科學技術出版社，2012．

[2]劉炳昇．李容．義務教育教科書 物理 八年級上冊 教師教學用書[M].南京：江蘇科學技術出版社，2012.