思維可視化在初中物理教學中的應用與實踐

黎代林

【摘 ? ?要】可視化教學是基礎教育階段理工科教學的一個重要手段，通過該教學手段引導學生在思維構建上實現可視化，對于學生理解相關的抽象知識理論體系和模型有著明顯的促進和提升作用。初中物理主要是對宏觀世界中一些常見的物理現象和規律的基礎性知識開展教學，需要學生具備一定的邏輯、抽象和聯系思維，教師可通過數據可視化、圖形符號可視化和課堂總結評價可視化等方式逐步幫助學生建立可視化的思維意識，將物理中抽象性內容具體形象化，從而提升學習效能。

【關鍵詞】思維可視化 ?初中物理 ?實踐應用

中圖分類號：G4 ? ? 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.11.014

思維可視化概念最早來源于國家的思維可視化實驗中心，它的主要目標是解決在傳統理工科教學中注重結果導向而忽略學生在學習和解決問題過程中的思維構建培養的突出問題。與人文社科教學相比，思維體系的形成是包括物理在內的理科學習的關鍵前提，推動思維的可視化，就是為學生進行探究和思考增添了更有利的方法技巧，更好地破解重難點知識，解決實際問題。在教學實踐中，教師應從教材的核心知識體系出發，強化數形結合，增強學生思維可視化能力。

一、理念形成的現實背景和應用價值

在包括物理課堂教學在內的初中理科教學實踐中，教師常常會發現對于知識點的講解學生只存在“瞬間記憶”，當時聽懂了，下節課又交還給教師，復習回顧時又馬上學會，之后做題時又錯誤百出，這樣循環往復，令人不解。這種問題出現的一個重要原因在于教師的講課節奏和學生的思考速度不匹配。從根本上來說，教師的講解過于追求結果的達成，而對于學生如何思考探究的過程沒有進行細致、耐心和深入的引導，學生的思路無法及時跟上教師講解的速度，教與學出現了脫離現象。這種情況也集中表現在教師的講課內容如行云流水般內容充實、豐富多彩，但是與學生的認知水平和知識儲備相比已經過度拔高，學生不理解其中的具體過程，只是對結論進行了機械化的記憶，囫圇吞棗。這種教學形式就會造成學生的理解不到位，記憶不深刻，應用易出錯。加之物理教學是從八年級開始，學時短、內容多，有些教師為了實現教學進度而過度地擴充物理課堂的知識內容，學生很難在有限的時間內利用原有的思考模式和路徑進行消化，有些問題學生還沒有來得及去運用已有知識進行整合加工進而思索探究，教師卻直接說出了答案[1]。這種引導方式就會造成學生把更多的精力放到答案本身，而沒有關注背后的關鍵內容。這與構建主義的學習理念是背道而馳的。該理論認為知識的獲取并不是依托直接的講授和信息傳達被動實現，而是要以學習主體的主動作為，再結合相關的資源，在教師、同伴、社會等多主體的協同配合下，通過對知識和思維的構建形成認知、理念、行為和思路。

二、思維可視化在初中物理教學中的應用與實踐策略

（一）數量關系的可視化

物理學習在掌握基本的物理規律和定理后，還有大量的數理計算，這些與數學內容有著緊密的聯系，因此可以與數學中的數形結合思想相互借鑒，形成思維可視化在物理學科中的數量關系記錄、處理、分析應用路徑。比如在進行人教版物理教材中關于光學知識的教學時，凸透鏡成像就要考慮焦點、焦距、折射率等相關數據。教師在講解這一實驗時，調整儀器的位置后使實物能夠通過凸透鏡在背后的白板上呈現出清晰的實像，這時可以根據該距離來確定焦距，對光在經過曲面透鏡時的傳播規律有更加清晰的理解。教師應當讓其中的實驗數據可視化，比如可以讓學生把不同位置下的實驗數據以Excel表格形式記錄下來，而后通過軟件以表格和圖形的方式呈現給學生，有利于學生直觀地觀察和判斷數據關系，提升可視化程度。

（二）將圖形符號顯性呈現

物理主要培養學生的抽象和邏輯思維，但是初中生因為能力水平有限，思維方式上還是主要以形象感知和感性認知為主，特別是對于新概念和知識的理解，直接以理論化的形式導入對于初中生而言還是有一定的困難。而這時如果轉化概念的表達形式，以圖形、符號、箭頭等視圖方式顯性化呈現，就可以簡化復雜的抽象程度，有利于學生更快捷和順暢地理解相關內容。

以八年級物理教材中的“機械能守恒定律”教學為例，學生主要對機械能包含的動能和勢能的轉變關系不能深入理解，為了加深學生對機械能、守恒和能量轉換的認知，教師可以畫出一個關系圖，如下圖所示，來解決這一問題。該圖中外層圓圈表示總能量（機械能），內層的兩個小圈分別表示動能和勢能，a箭頭代表二者之間可以相互轉化，而b箭頭則代表系統外部與內部之間的能量傳遞，系統內外之間也可以實現能量的轉換[2]。此圖能夠將機械能守恒的相對條件清晰地表述出來，讓學生一目了然，在今后的應用當中可以快速地聯想到該圖，一些問題就能夠迎刃而解。

運用圖文并茂的可視化教學方法，可以讓學生接受的信息變得多元化，讓學生更容易實現對知識資源的加工、分析、理解和記憶。

（三）鞏固探究的可視化

教師可以打造情景化和探究式課堂，以頭腦風暴、小組合作的形式讓學生把學到的物理知識以思維導圖的形式表示出來，或者把實驗結果和理論規律進行比對思考，運用評價導向鍛煉學生的逆向、正向思維，提升物理探究能力。

三、結束語

思維可視化在初中物理教學中的應用對于師生雙方都有良好的促進意義，一方面可以幫助教師優化課堂效率，讓物理課堂更加豐富多彩，另一方面助力學生的思維認知能力增強，實現教學相長，構建更富有活力、更加高效的物理課堂。

參考文獻

[1]尹愷.思維可視化在中學物理教學中的探索實踐小結——此文為“思維可視化技術在探究式課堂中的有效應用”成果[J].百科論壇電子雜志，2020，000（004）：532-533.

[2]呂傳生.思維可視化在初中物理教學中的實踐與應用[J].新智慧，2019，000（016）：9.