初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)實(shí)踐

摘 要：新課程標(biāo)準(zhǔn)要求物理教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。可視化理論與技術(shù)的出現(xiàn)，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了新契機(jī)。利用可視化的方式實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使學(xué)生發(fā)揮思維作用，借助直觀的現(xiàn)象，建構(gòu)良好的認(rèn)知，同時(shí)掌握學(xué)習(xí)方法，積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，鍛煉多樣能力。鑒于此，文章指出，初中物理教師應(yīng)著力實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，助力學(xué)生獲得良好發(fā)展。

關(guān)鍵詞：初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；可視化教學(xué)；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2097-1737（2023）24-0061-03

物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生觀察現(xiàn)象，建立物理概念、規(guī)律的重要支撐，也是學(xué)生檢驗(yàn)物理概念、規(guī)律的重要手段。對(duì)于初中生而言，物理實(shí)驗(yàn)不僅是重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，還是必不可少的學(xué)習(xí)方法。物理實(shí)驗(yàn)過程中往往存在著不明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、繁雜的實(shí)驗(yàn)方法、抽象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律等，這些內(nèi)容與學(xué)生的認(rèn)知和思維的發(fā)展情況存在一定的差距，大部分學(xué)生難以掌握這些內(nèi)容。與之相比，學(xué)生能輕松地接受直觀、簡單的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。基于此，教師要應(yīng)用可視化的方式實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，確保教學(xué)契合學(xué)生認(rèn)知、思維發(fā)展情況，助力學(xué)生掌握物理概念、規(guī)律和學(xué)習(xí)方法。可視化教學(xué)是指在教學(xué)過程中，運(yùn)用各種可視化的工具或方法，如圖片、視頻、手繪圖、思維導(dǎo)圖等，直觀、清晰、具體地展現(xiàn)抽象、復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容或形式的可視化，促使學(xué)生理清思路，建立認(rèn)知的教學(xué)活動(dòng)[1]。初中物理教師要善用不同的可視化方式實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、利用卡通人物畫實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

卡通人物畫是一種夸張、形象、趣味的藝術(shù)形式，對(duì)初中生有極強(qiáng)的吸引力，常常被應(yīng)用于情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)[2]。

物理教師可以依據(jù)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，繪制相關(guān)的卡通人物畫，直觀再現(xiàn)物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生興趣，促使學(xué)生觀察、探究。

以“平面鏡成像”為例，課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)是創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)，教師可利用電子白板呈現(xiàn)卡通人物畫（如圖1），創(chuàng)設(shè)出生活情境——擦玻璃，讓學(xué)生進(jìn)入熟悉的生活場景中。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察卡通人物畫，試著提取有價(jià)值的信息。

在生活經(jīng)驗(yàn)的助力下，學(xué)生從圖中獲取了各種各樣的信息，如“畫中的兩個(gè)人物到平面鏡的距離相等”“畫中兩個(gè)人物的大小一樣”等。基于此，教師初步概述平面鏡成像的概念，并引導(dǎo)學(xué)生思考：“針對(duì)平面鏡成像的特點(diǎn)，你想到了什么？”學(xué)生興致高昂地進(jìn)行探究。

通過呈現(xiàn)卡通人物畫，教師順其自然地創(chuàng)設(shè)了生活情境。在生活情境中，學(xué)生能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的興趣，遷移已有認(rèn)知，獲取信息，深入分析，真正進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)課堂。

二、利用“圖”說方式實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“圖”包括圖形、圖表、圖片、圖像等，可以直觀、清晰地展現(xiàn)抽象的知識(shí)和知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，便于學(xué)生發(fā)揮形象思維的作用，歸納出知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，建立深刻的認(rèn)知[3]。在物理實(shí)驗(yàn)課堂上，教師要依據(jù)教學(xué)需要，善用“圖”說的方式助力學(xué)生建立認(rèn)知。

以“水的沸騰特點(diǎn)”為例，教師引導(dǎo)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，教師提出任務(wù)：“觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，繪畫沸騰時(shí)液體表面和液體內(nèi)部的氣泡。思考問題：在沸騰前、沸騰中，液體內(nèi)部和表面的氣泡有什么不同？液體在沸騰前、沸騰后，溫度發(fā)生了怎樣的變化？”在任務(wù)的推動(dòng)下，學(xué)生有目的地觀察沸騰前、沸騰時(shí)的氣泡變化情況，并就此繪制圖像（如圖2）。在繪制后，學(xué)生分析圖像，直觀地判斷沸騰前、沸騰時(shí)的氣泡變化情況。

在此過程中，有學(xué)生提出疑問：“為什么沸騰之前，氣泡從容器底部到液體表面由大變小？為什么沸騰時(shí)，氣泡由小變大？”其他學(xué)生因此產(chǎn)生探究興趣。于是，教師鼓勵(lì)學(xué)生合作交流。大部分學(xué)生遷移物理認(rèn)知和生活經(jīng)驗(yàn)，分析原因，建立一定的認(rèn)知。

學(xué)生利用“圖說”方式直觀地展現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并由此提出了問題，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)走向深入。學(xué)生在直觀圖像的助力下深入探究，做到知其然知其所以然，同時(shí)鍛煉了形象思維能力、物理表征能力。

三、利用教學(xué)動(dòng)畫實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

教學(xué)動(dòng)畫是在有關(guān)教育理論的指引下，圍繞某一教學(xué)內(nèi)容，利用動(dòng)畫軟件制作出的動(dòng)畫，具有直觀性、動(dòng)態(tài)性、交互性，助力人機(jī)互動(dòng)[4]。在教學(xué)動(dòng)畫的輔助下，學(xué)生會(huì)發(fā)揮思維作用，觀察、分析直觀現(xiàn)象，抽象出結(jié)論，由此輕松地建立良好認(rèn)知。對(duì)此，教師應(yīng)緊抓實(shí)驗(yàn)過程，利用教學(xué)動(dòng)畫展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。以“凸透鏡成像”為例，教師在電子白板上呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生思考：“凸透鏡的成像的虛實(shí)、大小、正倒與物距之間有什么關(guān)系？”學(xué)生代表登臺(tái)操作電子白板，安裝實(shí)驗(yàn)裝置。之后，學(xué)生代表移動(dòng)蠟燭，改變蠟燭與凸透鏡之間的距離，得到不同的像，并由此收集、整理數(shù)據(jù)。其他學(xué)生認(rèn)真觀看，分析現(xiàn)象，整理數(shù)據(jù)，建立一定的直觀認(rèn)知。

在學(xué)生代表操作結(jié)束后，教師用動(dòng)畫演示“凸透鏡成像規(guī)律的特點(diǎn)”的截圖，直觀展現(xiàn)蠟燭火焰的虛實(shí)、大小、正倒變化情況。同時(shí)，教師提出任務(wù)：“觀察截圖，聯(lián)想實(shí)驗(yàn)過程，整理物像距離和成像大小情況，建立表格。”學(xué)生邊觀察截圖，邊回想實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)真分析，借助直觀現(xiàn)象了解物距、像距、像的大小、像的性質(zhì)，形成表格，形成較為全面的認(rèn)知。之后，學(xué)生毛遂自薦，利用電子白板展現(xiàn)自己繪制的表格（見表1）。

教師就此引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)“像”的變化與聚焦的關(guān)系。在各種教學(xué)動(dòng)畫（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫截圖）的助力下，學(xué)生發(fā)揮形象思維作用，細(xì)心觀察蠟燭的虛實(shí)、大小、正倒變化情況，結(jié)合具體數(shù)據(jù)，一步步地總結(jié)出“像”的變化與焦距之間的關(guān)系，建立深刻的認(rèn)知。同時(shí)，在整個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生順其自然地鍛煉了觀察分析能力、歸納總結(jié)能力，便于提升實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)水平。

四、利用改進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)器材是師生操作物理實(shí)驗(yàn)的支撐。在實(shí)驗(yàn)器材不當(dāng)?shù)那闆r下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以顯現(xiàn)。教師要善于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化。

以“壓力的作用效果”為例，當(dāng)教師按照教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作時(shí)，學(xué)生無法清晰地觀察到一些微小的形變。針對(duì)此情況，教師改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，用白紙、木架替代海綿、沙子，確保顯現(xiàn)微小形變。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，將一張白紙固定在木架上，使白紙保持水平、懸空狀態(tài)。接著，學(xué)生在白紙上擺放一個(gè)實(shí)驗(yàn)小桌（四腿朝下），細(xì)心觀察白紙的變化。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)小桌上放置一盒鉤碼，再觀察白紙的變化。然后，學(xué)生將小桌反扣在白紙上，繼續(xù)觀察白紙的變化。

通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生獲得了觀察細(xì)微變化的機(jī)會(huì)。在觀察過程中，學(xué)生對(duì)比、思考，借助直觀的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了與壓力作用效果有關(guān)的因素。同時(shí)，部分學(xué)生因此汲取實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，拓展思維，自主改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，操作實(shí)驗(yàn)，利用可視化的方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)，切實(shí)提高了物理學(xué)習(xí)水平。

（二）使用非常規(guī)實(shí)驗(yàn)

非常規(guī)實(shí)驗(yàn)是指生活化的實(shí)驗(yàn)，即依據(jù)教學(xué)需要，利用生活中常見的物品自創(chuàng)的有趣、簡單的實(shí)驗(yàn)。與教材中的物理實(shí)驗(yàn)相比，非常規(guī)實(shí)驗(yàn)簡單、易操作。學(xué)生可以獲得實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，利用可視化的方式學(xué)習(xí)物理知識(shí)。因此，教師可以依據(jù)物理教學(xué)的需要，引入非常規(guī)實(shí)驗(yàn)。

以“浮力的方向”為例，在講到該知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師為各組發(fā)放實(shí)驗(yàn)器材——乒乓球、紅色細(xì)線、小石塊、圓形透明水槽、適量水，引導(dǎo)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)。在操作時(shí)，各組在乒乓球的上下兩端固定紅色細(xì)線，并在下端的細(xì)線綁上一塊小石塊。小組成員拉起乒乓球上端的細(xì)線，確保乒乓球上下兩端的細(xì)線處于同一直線上。此時(shí)，小組成員手持上端的細(xì)線，慢慢地將乒乓球移動(dòng)到圓形水槽中。隨著小石塊慢慢地沉入水底，小組成員發(fā)現(xiàn)乒乓球上下兩端的紅色細(xì)線仍在同一條直線上。

在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的助力下，學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)浮力的方向和重力的反向是相反的，從而建立深刻的認(rèn)知。同時(shí)，學(xué)生順其自然地掌握了“浮力產(chǎn)生的原因”這一重點(diǎn)內(nèi)容，增強(qiáng)了課堂學(xué)習(xí)效果。

五、利用手繪圖實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

手繪圖是利用清晰、簡潔的線條，通俗易懂的語言符號(hào)，快速、形象地展現(xiàn)自己的所看所想的“工具”。一般來說，手繪圖呈現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察、思考的結(jié)果，

便于學(xué)生了解自身的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況。同時(shí)，學(xué)生可以借助手繪圖，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的記憶和理解，鍛煉想象能力、動(dòng)手能力等。基于此，物理教師可以在實(shí)驗(yàn)之后，引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，繪制手繪圖。

以“串聯(lián)和并聯(lián)電路的電流”為例，在實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生與小組成員合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)器材，觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出物理規(guī)律。在課堂總結(jié)環(huán)節(jié)，教師依據(jù)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生回想實(shí)驗(yàn)過程，并手繪串聯(lián)、并聯(lián)電路的電流實(shí)驗(yàn)圖。

趣味的活動(dòng)很容易激發(fā)學(xué)生興趣。學(xué)生在腦海中描繪串聯(lián)、并聯(lián)電路的電流實(shí)驗(yàn)過程，就此繪制流程圖。在繪制的過程中，學(xué)生認(rèn)真思考、分析，發(fā)現(xiàn)自己的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)漏洞。基于此，學(xué)生主動(dòng)向他人請教，彌補(bǔ)學(xué)習(xí)漏洞。

在學(xué)生完成手繪圖后，教師隨機(jī)選擇一幅作品，利用電子白板進(jìn)行展示，并鼓勵(lì)作者化身為“小先生”，描述實(shí)驗(yàn)過程、現(xiàn)象和結(jié)論。其他學(xué)生看、聽、想，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)提出并進(jìn)行集體討論。在集體討論的過程中，大部分學(xué)生通過自主反思，確定自己的學(xué)習(xí)漏洞，主動(dòng)彌補(bǔ)。

學(xué)生通過繪制實(shí)驗(yàn)手繪圖，順其自然地進(jìn)行了自主反思，彌補(bǔ)了學(xué)習(xí)漏洞。

六、利用思維導(dǎo)圖實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)

思維導(dǎo)圖是一種思維工具，展現(xiàn)了全腦分工的理論精髓，實(shí)現(xiàn)了左右腦的完美融合。學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖的過程中，可以發(fā)揮全腦潛能，使用簡潔的線條、色彩、圖畫表示復(fù)雜、抽象的信息，突出重點(diǎn)，建立清晰的邏輯認(rèn)知。部分學(xué)生可以獲取可視化的記憶方法、理解方法，便于展開自主學(xué)習(xí)。在參與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生獲取了相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)收束階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，梳理、歸納知識(shí)點(diǎn)，建立系統(tǒng)認(rèn)知。

以“歐姆定律”為例，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束之際，教師提出任務(wù)：“請大家回想實(shí)驗(yàn)探究過程，建立思維導(dǎo)圖，總結(jié)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。”在此任務(wù)的推動(dòng)下，學(xué)生邊回想邊分析，自覺用文字內(nèi)容描述物理實(shí)驗(yàn)及相關(guān)結(jié)論，由此梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容。在此過程中，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)漏洞，或利用手繪圖，或利用教學(xué)動(dòng)畫，或向教師請教，運(yùn)用多種方式彌補(bǔ)了知識(shí)漏洞。同時(shí)，學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖的過程中，始終發(fā)揮邏輯思維作用，切實(shí)提升了邏輯思維水平。

七、結(jié)束語

總而言之，可視化的教學(xué)方式是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的助力，便于學(xué)生在獲得實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)的同時(shí)，直觀、清晰地建立物理認(rèn)知，掌握實(shí)驗(yàn)方法，鍛煉多種能力，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。對(duì)此，初中物理教師要依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，善用卡通概念、“圖”說方式、教學(xué)動(dòng)畫、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、手繪圖、思維導(dǎo)圖等可視化地實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，助力學(xué)生操作、觀察實(shí)驗(yàn)，透過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出物理結(jié)論，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

熊艷，章麗璟.思維可視化教學(xué)策略在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理，2022，40（20）：46-47.

潘恒運(yùn)，于玉和.可視化：初中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新的策略[J].中學(xué)物理，2022，40（12）：53-55.

楊鵬俊.基于實(shí)驗(yàn)可視化的初中物理教學(xué)創(chuàng)新優(yōu)化分析[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（教研版），2021（7）：33-34.

任巧英.基于信息技術(shù)的初中物理實(shí)驗(yàn)可視化教學(xué)策略[J].中學(xué)物理，2021，39（12）：55-57.

作者簡介：吳偉（1986.8-），男，福建南靖人，任教于漳州市南靖縣教師進(jìn)修學(xué)校，二級(jí)教師，專科學(xué)歷。