光影視角下提升物理視覺意象的策略

張春暉

【摘要】物理思維過程離不開視覺意象的加工，因此視覺意象的儲備與構繪對物理學習起到一定的作用。通過介紹物理視覺意象的本原，探源物理學習中存在的視覺意象缺陷，試圖在光影視角下挖掘資源來儲備與構繪物理視覺意象，設計了利用視覺沖擊效果彌補視覺觀察的生理缺陷、強化視覺體驗多角度豐富意象庫的儲備和提取光影資源來提升物理視覺意象構繪能力的三個策略來促進物理視覺意象的應用。

【關鍵詞】光影視角 視覺意象 物理思維

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）05-0160-02

隨著科技的發展，大手筆的電影制作帶來了超強的視覺沖擊波，跌宕起伏的故事情節展現出一幕幕視覺情景，科學元素的融入激發了物理視覺思維的探秘。由此可見這個光影世界中蘊含著豐富的物理視覺意象，如果能挖掘出光影中這些潛在的視覺意象資源，將其作為提升學生的物理視覺思維活動的主題工具，將對物理課堂的教學起到有益補充。

1.物理視覺意象的本原

心理學家阿恩海姆指出外部刺激通過視覺感官形成“視覺意象”，這些視覺意象不僅僅是純生理層面上類似照相式的物象，而且更是一種理性層面上具有關聯性特征的效象。另一個美國心理學家從思維的進行過程中對視覺意象進行分類：一種是我們看到的意象，即觀看形成的視覺意象；一種是進行心里想像所得的意象；另一種是通過視覺加工構建出的意象。因此視覺意象形成思維的過程是一個觀看、想像和構繪的視覺活動相互作用的過程。

物理思維過程也離不開視覺活動的相互作用。作圖、實驗數據圖像處理需要通過學生的視覺觀察，最終內化為物理圖形視覺意象；學習物理概念和規律需要建立一些簡化模型，如質點、勻速運動模型，這些想象形成物理模型視覺意象；物理現象的發生過程中涉及到不同時刻和位置，同時物理過程也是一段連續的，動態變化的過程，這需要體驗時空變化構繪出物理時空視覺意象。物理習題依托一定的情景，如天體運動習題有一定航天背景，又比如物體的運動會分階段在水平面、豎直平面和斜面上運動，這樣的情景遷移和定格階段形成了物理情景視覺意象。因此物理視覺意象是物理思維運作的要素。

2.物理視覺意象缺陷的探源

物理的學習過程是一個不斷進行思維的過程，這需要學生儲備一定量的物理視覺意象，當遇到物理問題時能從物理視覺意象庫中進行調配組合，從而找到解決問題的方法。然而由于視覺觀察，視覺儲備庫的存儲和視覺意象構繪能力等因素影響，往往使得學生出現物理視覺意象缺失。

2.1 視覺素材觀察中造成的視覺意象獲取失誤

生理學家研究發現：通常情況下人的視覺有時有一定的方向性，視覺的重心在圖片的上側和右側，這樣就容易使得成像于視野上側和右側物體視像更清晰穩定。這樣一個生理性的原因容易造成視覺的負效應，如下圖的圖像學生容易把兩個運動都認為是勻減速直線運動，我們往往將其歸因于學生的看圖不仔細，其實這在一定程度上與視覺素材觀察的視覺負效應有一定關系。

由于視覺的方向性，學生在觀察圖1時會不自覺的將對素材的觀察注意力放在圖片的上側和右側，左下方形成了視覺漠視區，這樣導致左圖視覺意象獲取失誤。

2.2 物理視覺意象庫儲備不完善

物理視覺意象是物理思維的基本要素，只有擁有豐富的物理視覺意象庫，遇到物理問題時才能快速匹配出與問題相關到物理視覺意象。當遇到的問題與儲存的意象類似，問題迎刃而解，當兩者出現區別時則思維受阻。例如在受力分析中如果學生沒有儲存一定量的物體受力圖，接下去的共點力的平衡和正交分解就無處下手；同時由于觀察條件的限制，學生儲存的視覺意象有時會是錯覺和不全的意象，如講加速度時，教師往往從不同類型的汽車啟動時速度增加快慢入手，學生生活中雖然接觸到汽車，但真正能體驗到這種加速快慢還是有限，因此學生頭腦中形成的是加速度就是增加的速度，甚至學完后有學生會問既然有加速度，那是否有減速度，這說明學生在意象的儲備加工中儲存的是加速度就是增加的速度這一錯覺，還有一部分學生僅進行的是加速情況的儲存，而缺失減速情況，最終導致物理視覺意象庫的不完善。

2.3 物理視覺意象構繪能力不足

物理視覺構繪是將諸如圖形、情景等視覺對象通過觀察想象作用于心理和實踐操作形成問題解決的物理視覺意象。構繪能力不足一方面體現在學生很難將接觸到的物理意象進行生成，缺乏生成的基礎。另一方面表現在物理視覺意象轉換時不能得心應手。物理視覺意象有四種類型，有時要閱讀文字和觀察圖像，提取有用的物理情景，有時要對動態的物理過程想象出變化的過程，有時又要具備將物理情景生成示意圖的能力，這需要在四種物理視覺意象中進行轉換，這種高頻的切換讓學生有時會力不從心。

如下題：小明同學參加一個冰上項目游戲，在長L1=7m的水平冰面AC上畫出一個長度為L2=1m規定區域BC，游戲規則是參賽者用恒定水平推力作用在質量為m=50kg的木箱，（箱視為質點）從起點A推動一段時間后，再放手讓箱向前滑動，若箱最終能停在規定區域BC內，則獲得勝利，否則視為失敗。若小明用F=200N的水平推力使木箱沿AC做直線運動，試問他推力作用在箱上的時間滿足什么條件才能獲得成功？

這道題首先需要將閱讀的文字，構繪圖2中的圖形意象，然后加工成一個勻變速直線運動的模型意象，再針對AC段和BC段不同過程形成相應的時空意象，最后依托勻變速運動和牛頓定律中的平面情景進行情景意象的分析，這對一般的學生來講，一下子很難跟上視覺意象的轉換。

3.借助光影世界提升物理視覺意象的策略

光影世界將視聽、聲畫有機融為一體，對人的視覺產生不少的影響。同時不少電影情景中都包含著大量的物理學知識，蘊含豐富的資源，如果能很好的找到切入點，在這種視角下對提升物理視覺思維將有很大裨益。

3.1 利用視覺沖擊效果彌補視覺觀察的生理缺陷

光影科技從黑白到彩色，從球幕到3D，里面的視覺變革沖擊著人們的視覺感應。同時電影特技為追求精彩的視聽效果，制作越來越精美，采用一些電子動畫學、影像合成和特殊攝影，如影片顯現的地裂山崩、災難肆虐等都影響著人們的視知覺。因此在物理課外選修課上通過下載一些視覺效果明顯的片段播放給學生觀看，借助電影中的這些視覺效果的沖擊，不斷影響學生的視知覺，達到對此做出應激反應。同時還可以讓學生了解它們的幕后制作，從視覺的生理角度認識拍攝和放映過程中視覺的反應，從而不斷降低觀察中的視覺負效應。

3.2 強化視覺體驗多角度豐富意象庫的儲備

心理學家研究表明，人們遇到問題時會不自覺在頭腦中快速找到與之匹配的視覺意象進行加工，從而解決問題，因此從多角度豐富學生的視覺意象庫很重要。

教師可以通過不同的形式來豐富物理視覺意象庫。如電影中的科教片，這類影片內容針對性比較強，教師可以有的放矢的選擇相關影片直接播放，生動的演示一些用圖片文字難以說明的物理過程，例如核反應過程等。同時教師也可以按照教學內容進行影片剪輯，整合到課件里面，呈現知識結構。教師不僅可以借助電影中的片段豐富意象庫，同時也可以尋找電影中的謬誤進行辨別，如對影片《福爾摩斯探案》中的慣性問題得辨析，對電影《飛天法寶》中能自動來回彈跳，自己就能產生能量的橡膠球的分析，這樣可以讓學生對儲存在意象庫中的一些錯覺進行修正，同時也可以達到意象庫的完善。

3.3 提取光影資源提升物理視覺意象構繪能力

光影世界中潛藏著大量的物理元素與場景，這些情景如果能夠合理利用，對提升學生的物理視覺意象構繪能力將有很大幫助。

首先我們可以借助電影中的情景幫助學生生成物理視覺意象，如電影《功夫》中的如來神掌，高處落下的人一掌將地打了一個大坑，雖然電影表現的過于夸張，但結合這個片段可以讓學生認識到重力勢能。又如《地心引力》中太空飛船繞地運行，可以幫學生生成出一個天體運動的物理視覺模型意象，有了這樣的視覺認識，學生生成物理視覺意象的能力可以從中得到鍛煉。

其次當多種物理意象相互轉化時，學生由于構繪能力不足，轉化過程中往往顯得力不從心，鑒于此，教師可以定格一些電影場景或借助電影生動豐富的視聽場景將物理問題直觀展示給學生，先從視覺上讓學生能有體驗，奠定構繪的基礎，然后將情景轉變為物理情境，一方面提高學生的轉化能力，另一方面幫助學生潛移默化進行構繪。例如電影《鋼鐵俠》托尼穿上他的鋼鐵衣爬墻的情景，可以借用來畫受力分析的示意圖。這樣完成物理情景視覺意象到物理圖形視覺意象的構繪。又比如在電影《激戰》中男主角跳躍的片段，從一幢樓頂成功躍入對面另一棟樓的陽臺上，這個跳樓片段和物理課本上的一道飛躍壕溝的習題類似，這樣學生通過觀察片段將電影情景和課本習題情景相結合，由于有視覺感官在前，從而很容易轉化到一個平拋的物理情景視覺意象，并由此構繪出一個平拋運動的示意圖，完成情景視覺意象到圖形視覺意象的轉化，然后對其中的運動過程中的定格，進行時空視覺意象的分析，最后通過物理規律進行這些視覺意象的加工，這樣訓練后，學生的物理視覺意象構繪能力無形中得到提升，遇到物理問題就不會茫然無措。

4.結束語

要能更好的發揮出光影世界對物理視覺思維的提升作用，我們教師必須合理利用和挖掘出光影資源來克服學生視覺觀察時的生理障礙、有效的的豐富學生物理視覺意象庫和提升物理視覺意象構繪能力。

參考文獻：

[1]李耀俊.光影世界-電影中的物理學[M].北京：機械工業出版社，2015：41～52.

[2]李耀俊，何桂明.電影資源引入高中物理課程的探索[J].中學物理，2013（12）.