借助過(guò)程圖形化 促思維深度參與

婁華利 李升榮

初中學(xué)生的思維方式正處于由形象思維向抽象思維發(fā)展的過(guò)渡階段，而物理實(shí)驗(yàn)分析對(duì)學(xué)生的抽象思維要求較高，因此部分學(xué)生掌握起來(lái)比較困難。將生動(dòng)、形象的視頻和圖像引入教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。

一、實(shí)驗(yàn)示意圖存在的不足

物理圖像表征是將抽象思維轉(zhuǎn)向形象思維的橋梁，有助于學(xué)生深入認(rèn)識(shí)物理本質(zhì)[1]。但相關(guān)研究主要集中在對(duì)圖像表征的解讀（圖形的含義、坐標(biāo)圖像）等抽象問(wèn)題的數(shù)形結(jié)合應(yīng)用方面，將圖形應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析，旨在促進(jìn)學(xué)生理解、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的研究較少。此外，現(xiàn)有研究也存在一些不足。

一是實(shí)驗(yàn)圖形形式抽象、單一。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)圖形多數(shù)以實(shí)驗(yàn)抽象模型、坐標(biāo)曲線形式出現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維水平要求比較高，與初二學(xué)生認(rèn)知能力之間存在較大差距。

二是實(shí)驗(yàn)圖像環(huán)節(jié)缺失，造成理解障礙。在教材和練習(xí)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象的描述多以文字為主，并輔以幾幅簡(jiǎn)圖。由于簡(jiǎn)圖所描述的內(nèi)容跳躍性較大，文字?jǐn)⑹鲇直容^簡(jiǎn)單，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解出現(xiàn)過(guò)程缺失，造成理解障礙。

三是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象連續(xù)緊密，造成認(rèn)識(shí)模糊。力學(xué)中一些實(shí)驗(yàn)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)淹沒(méi)于連貫緊密的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，造成學(xué)生無(wú)法準(zhǔn)確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖的作用

初中實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖能夠?qū)?shí)驗(yàn)中不易掌握的（抽象）過(guò)程予以圖形化，突出實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，用簡(jiǎn)單圖形方式描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生邏輯思維的發(fā)展起到了橋梁的作用。

一是降低難度。實(shí)驗(yàn)分析比較抽象，而示意圖能將抽象、枯燥的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為形象、生動(dòng)的圖形，有效降低了問(wèn)題難度，有助于學(xué)生理解。

二是促進(jìn)邏輯思維發(fā)展。實(shí)驗(yàn)過(guò)程經(jīng)常很難觀察到位，對(duì)邏輯分析要求也較高。因此，將抽象的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為圖形信息，是將形象、抽象思維整合的重要環(huán)節(jié)，也是促進(jìn)學(xué)生邏輯思維發(fā)展的重要途徑。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖的應(yīng)用

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖的應(yīng)用步驟

（1）現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)，補(bǔ)足缺失。教材中對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的描述時(shí)，多以文字為主，雖然有些會(huì)輔以簡(jiǎn)圖，但未能將實(shí)驗(yàn)過(guò)程完整呈現(xiàn)在教材或?qū)嶒?yàn)資料中，容易造成理解障礙。如在使用特殊法測(cè)量物體密度的實(shí)驗(yàn)中，僅用了圖1所示的兩幅簡(jiǎn)圖，學(xué)生只能完成浮力測(cè)量，并間接測(cè)量質(zhì)量，缺失了體積環(huán)節(jié)，使學(xué)生理解困難。此時(shí)補(bǔ)充將石塊沉入水中的示意圖（見(jiàn)圖2），實(shí)驗(yàn)過(guò)程的內(nèi)在邏輯關(guān)系就清晰了，學(xué)生可通過(guò)現(xiàn)象對(duì)比的直觀方式分析物體體積。這將有利于學(xué)生從整體視角把握實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有效降低問(wèn)題難度。

（2）過(guò)程分解，突出核心。有些力學(xué)實(shí)驗(yàn)本身過(guò)程連貫緊密，很難發(fā)現(xiàn)核心環(huán)節(jié)。此時(shí)就需要將實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分解，找出“隱藏”的核心。如在彈性勢(shì)能實(shí)驗(yàn)中分析動(dòng)能最大位置（見(jiàn)圖3），由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程很連貫，很容易誤認(rèn)為繩子自然伸長(zhǎng)到A點(diǎn)時(shí)速度最大。但由受力分析可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)人受到的重力大于拉力，人仍然要向下加速，此時(shí)可補(bǔ)充位置C（重力與拉力平衡，加速度為零，速度最大）。學(xué)生討論分析，從矛盾中發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的思路，對(duì)整個(gè)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換及狀態(tài)分析的認(rèn)識(shí)明顯提升。在這類實(shí)驗(yàn)中用示意圖提煉核心環(huán)節(jié)，可促進(jìn)學(xué)生分析能力的提高。

（3）形象直觀，突破難點(diǎn)。在分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常遇到過(guò)程抽象、難以理解的情況，采用實(shí)驗(yàn)示意圖與數(shù)學(xué)建模相結(jié)合的思路，能起到降低分析難度的作用。如在利用天平、燒杯和水來(lái)測(cè)量石塊密度的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，圖4可幫助學(xué)生聯(lián)想到此實(shí)驗(yàn)效果與燒杯中盛滿水時(shí)的效果是一致的，那么物體的體積可經(jīng)由浮力進(jìn)行間接測(cè)量。

（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，形象到抽象。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，自主完成實(shí)驗(yàn)步驟的合理設(shè)計(jì)，是能力的重要體現(xiàn)。若要求學(xué)生在起始階段就用文字形式描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程會(huì)比較困難，用過(guò)程示意圖可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)抽象思維向形象思維的轉(zhuǎn)化，有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)由直觀思維到邏輯思維的順利發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的整體把握。

2.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力

實(shí)驗(yàn)過(guò)程轉(zhuǎn)化為示意圖的過(guò)程是學(xué)生不斷深入理解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過(guò)程，也是促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)提升的有效途徑。

（1）加強(qiáng)繪圖訓(xùn)練。應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生繪制簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材圖形的能力，初步建立模型意識(shí)。通過(guò)專題訓(xùn)練，即“課上示范—作業(yè)鞏固—檢測(cè)反饋”，使學(xué)生熟練使用示意圖。

（2）引導(dǎo)習(xí)慣養(yǎng)成。初中學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程的理解還比較淺顯，教師應(yīng)借助典型實(shí)驗(yàn)范例，幫助學(xué)生感受示意圖的重要作用，引導(dǎo)學(xué)生使用示意圖。對(duì)此，可以在重要檢測(cè)中，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)運(yùn)用過(guò)程示意圖輔助實(shí)驗(yàn)程設(shè)計(jì)，推動(dòng)學(xué)生由習(xí)慣到素養(yǎng)的逐步轉(zhuǎn)變。

（3）促進(jìn)合作交流。合作交流是圖形轉(zhuǎn)換的必要保障。因此，借助及時(shí)激勵(lì)、示范引領(lǐng)，為學(xué)生的交流提供平臺(tái)，可加深學(xué)生間的互動(dòng)合作，更好地完善實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖。

綜上所述，物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程示意圖能夠引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行深度理解，促進(jìn)學(xué)生由形象思維順利過(guò)渡到邏輯思維，培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提升學(xué)業(yè)成績(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫芳.高中生應(yīng)用物理圖像解決問(wèn)題研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2010：1-2.

（責(zé)任編輯? 郭向和）