運用可視化突破初中浮力教學難點

張鈞南 熊華

【內容摘要】本文通過理論分析得出可視化教學符合中學生認知發展客觀規律，有利于突破浮力難點。作者用可視化教學示例進行展示如何通過各種可視化工具和手段轉變錯誤的前概念，建構科學圖式（認知結構），從而突破難點，促進教與學。

【關鍵詞】可視化浮力教學難點前概念建構主義

掌握浮力這一節內容，要求學生具有較高的想象能力和抽象思維能力，對于思維基本處在具體運算階段和前運算階段的八年級學生而言仍會存在難度。可視化教學的特點是將抽象內容以直觀的圖形、圖像等方式呈現出來。同時可視化教學以學生為中心，為學生創設形象直觀的可視化情境，使思維過程、教學過程可視化、清晰化。讓他們從中主動去探究、分析、獲取直接經驗和轉變錯誤前概念，完善科學認知結構，從而有效突破教學難點。

一、可視化在突破浮力難點中的價值

1.浮力教學難點分析

浮力相關問題要求學生具有較高的想象能力和抽象思維能力。同時，對學生的重力、二力合成、二力平衡、液體壓強等知識的綜合運用能力要求較高。因此，學生有很多思維障礙。此外，學生對浮力有不少前概念，而其中有一些錯誤的前概念會被用以解釋新學知識和現象，造成知識干擾，產生負遷移。比如，有學生根據物體放入水中就變輕了這一生活經歷，對浮力產生的原因形成前概念：只要浸在液體中，物體就有浮力。

2.可視化有利于建構科學圖式

按照皮亞杰的認知發展階段，他們的思維大多處在具體運算階段和前運算階段。即對物理知識的分析、判斷、理解需要依靠實物。可視化教學將抽象知識表征為圖形圖像等，將復雜的現象、過程、成因等直觀地呈現出來，符合中學生的思維發展特點。同時，學生利用可視化工具將自己的思維可視化，有利于學習和學習思維評價。

皮亞杰的建構主義理論認為最重要概念是圖式，圖式是指個體對世界的知覺理解和思考的方式。圖式的形成和變化是認知發展的實質，認知發展受三個過程的影響：同化、順化和平衡。18世紀波斯納等人提出概念轉變首要條件就是學習者由于對當前概念產生不滿，從而引發沖突。可視化教學通過具體、形象、生動的圖像、情境最能激發學生認知沖突，勾起求知欲和好奇心，產生疑問。最后，通過評價及點撥實現前概念到科學概念的轉變，打破原有的認知平衡，建立科學圖式。

二、可視化教學突破教學難點的教學流程示例

1.可視化教學突破浮力基本概念

浮力的方向

[教師]演示自制可視化裝置如圖1。

[教師]請同學們完成小組任務：

（1）請對學案圖中靜止在水中的小球進行受力分析。

（2）受力分析圖上能找出平衡力嗎，這一對平衡力的方向分別是？

（3）通過圖像對比和受力分析，你認為浮力的方向是？

[學生]通過對小球受力分析，發現其重力和浮力是一對平衡力。由二力平衡條件方向相反可知浮力的方向與重力相反。之前已學重力的方向總是豎直向下。結合觀察到的現象，可以肯定浮力的方向總是豎直向上。

[設計意圖]古語云：以其所知，喻其不知，使其知之。本節課前，學生已知重力的方向總是豎直向上。通過新舊知識對比，利用知識可視化、思維可視化及知識的正遷移，讓學生很直觀并明確地知道浮力的方向總是豎直向上。

2.可視化教學突破浮力產生的原因

[環節一]浮力產生的原因

[教師]將學生課前錄制的微課分享給學生，部分內容如圖2：

[學生]學生通過板貼的形式板書如圖3。講解如下：因為同種液體同一深度壓強相等，所以前后左右四個側面所受壓力F合=0N。因為深度h2大于深度h1，所以向上的壓強P向上大于向下的壓強P向下。受力面積相同，也就有向上的壓力F向上大于向下的壓力F向下。而浮力就是這兩個壓力的差值，即F浮=F向上-F向下（壓力差法）。浮力產生原因是液體對物體向上和向下的壓力存在差值。

[設計意圖]通過學生的微課，用學生的視角去解釋和理解浮力產生的原因。同時，利用可視化板貼，進行思維可視化。其中，板貼的形式多樣，有分不同的顏色，大小等。這能讓其他的學生能夠清楚地體會其中的思維演繹過程，并得出正確的理解和結論。根據學生板貼的選擇和擺放對學生的思維進行評價，利于老師快速找出盲點，及時點撥。

[環節二]深化理解浮力產生的原因，轉變錯誤前概念。

[教師]演示如圖4。通過實驗我們發現，將乒乓球放入瓶內，向瓶里倒水，乒乓球不浮起。但將瓶下口堵住，乒乓球浮起來了。請思考：為什么乒乓球在水中浮不起來，蓋上蓋子后又浮起來了？

[教師]拓展提問：橋墩有沒有受到浮力呢？

[設計意圖]調查發現，很多學生都有“只要物體浸在液體中就有浮力”這一錯誤前概念。原因是對浮力的產生原因理解不夠深刻，認知不夠完善。這一環節通過創設一個神奇卻又看似矛盾的可視化情境，讓學生原有認知產生激烈的沖突，激發學生的好奇心和求知欲。再通過兩幅圖像的對比，引導學生思考緣由。以此打破學生原有平衡，使原認知結構（圖式）經歷順化和再平衡，達到突破難點的目標。最后，通過拓展提問，再次深化理解，鞏固新建立的認知平衡。

三、關于可視化教學的幾點反思

1.可視化教學有利于學生構建科學的認知結構（圖式）

布魯納提出了知識通過動作表征、映像表征、符號表征三種認知表征能讓學生更好地接受。而可視化教學中正是使用其中多種表征方法，對學生的認知習慣和模式是極其吻合的。在可視化教學中，學生通過可視化工具或手段進行分享就是對認知結構的一種評價和完善的過程。

2.需要多創設物理教學可視化情境

建構主義理論的內容很豐富，但其核心只用一句話就可以概括：以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識意義的主動建構。知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情景中，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式得到。而獲得知識的多少取決于學習者根據自身經驗去建構有關知識的意義的能力。所以，在可視化教學中，教師不能直接將知識拋給學生，而是多創設可視化情境，讓學習者主動發現和探索，獲取直接經驗，建構完善的認知結構。這樣才能將主動權交還給學生，發揮學生的主觀能動性，達到良好的教學效果。

3.需注重及時對學生的思維可視化進行評價

在可視化教學中，要想達到良好的教學效果，需要注重思維可視化的評價。教學活動中通過可視化工具（實物、視頻、板貼等），將學生的思考方法和路徑呈現出來，教師需及時點撥，幫助學生完善思維，構建科學圖式。如“浮力產生原因”的教學過程示例中，板貼對箭頭的大小和顏色都進行了區分。如果學生沒有重視“上下表面壓力差”，就不懂得用不同大小的箭頭符號去表示。這時，教師可及時評價和反饋，引起學生重視。與此同時，也要鼓勵學生多運用聯想創新的思維評價工具（思維導圖等）進行自我評價，不斷提高思維水平，完善圖式。

【參考文獻】

[1]胡炳元.物理課程與教學論[M].浙江教育出版社，2003.

[2]侯新杰.科學教學的建構主義方法[J].全球教育展望，2001（10）：25-31.

（作者單位：1.深圳市龍崗區仙田外國語學校;2.深圳市龍崗區教研室）