思維可視化下初中物理教學中科學思維的培養路徑

摘 要：物理是初中階段的重要學科之一，是一門具有較強邏輯性的學科，也是培養學生科學思維的重要路徑。思維可視化則是將抽象的思維過程以直觀、形象的方式呈現出來，能幫助學生更好地理解物理知識，提高科學思維能力。本文從思維可視化視域出發，探討了初中物理教學中科學思維的培養路徑，并從概念教學、實驗教學、自主學習及總結鞏固幾個層面提出了一些建議，以期為初中物理教學提供有益參考。

關鍵詞：思維可視化；初中物理；科學思維；培養路徑

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 2097-2539（2024）15-0150-03

《義務教育物理課程標準（2022年版）》將“科學思維”作為核心素養的組成部分之一，強調“靈活運用多種教學方式”，落實物理學科的核心素養培養目標。而思維可視化作為一種有效的教學方法，不僅能幫助學生更直觀、快速地理解抽象的物理知識，還能幫助學生建立物理知識建構更完備的思維體系，是發展學生科學思維的重要手段。因此，從思維可視化視域出發，探討初中物理教學中科學思維的培養路徑，具有積極的現實意義。

一、思維可視化與科學思維概述

（一）思維可視化

“思維”是一個抽象的概念，本身是隱性的、不可見的，而“思維可視化”指的則是運用一系列圖示技術把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程。比如教學中常用的思維導圖、概念圖、流程圖等，本質上都是對思維的可視化呈現。運用這些思維可視化工具，能幫助學生構建清晰的知識結構和思維脈絡，實現系統化、高效化的學習。在初中物理教學中，思維可視化可以使抽象的物理概念和復雜的物理現象變得更加直觀、易于理解。

（二）科學思維

科學思維是指在認識世界和解決問題的過程中所運用的一系列思維方法和思維習慣。培養學生的科學思維是促進學生物理核心素養發展的重要路徑。在初中物理教學中，科學思維是物理核心素養的重要維度之一，包括以下幾個方面的要素。第一，模型建構。指通過建立物理模型來簡化和描述復雜的物理現象。第二，科學推理。指根據已知的物理事實和規律進行邏輯推理，得出新的結論。第三，科學論證。指運用證據和邏輯推理來支持或反駁某個觀點。第四，質疑創新。指對已有的物理知識和理論提出質疑，并嘗試提出新的觀點和方法。

二、思維可視化在初中物理教學中的作用

（一）提高學生理解能力

對于初中階段的學生而言，物理是一門較為抽象的學科，理解難度較大。而思維可視化則是化抽象為直觀的過程，能將復雜、抽象的知識體系以直觀、清晰的圖形方式呈現出來。它使學生不再通過抽象的文字去理解其背后的內涵，而是能通過圖像、色彩等不同元素的組合，從不同角度深入地理解知識，降低認知負荷和理解難度，提高學習效率。

（二）提高知識整合能力

在初中物理教學中，不同知識點之間是存在關聯性的，這意味著物理學習并不是孤立學習某個知識點的過程，而是需要將零散的知識點整合起來，形成系統的知識結構，這也是遷移和應用所學知識的基礎。而思維可視化為學生進行知識整合提供了有效的工具，能極大地提高學生的知識整合能力。在思維可視化的輔助下，學生不僅能在復習時快速回憶起相關內容，還能在學習新知識時，主動將其與已有的知識體系相連接，實現知識的融會貫通，增強整體學習效果。

（三）培養科學思維能力

思維可視化在初中物理教學中的應用，還能有效地培養學生的科學思維。一方面，思維可視化的過程實質上是學生對知識進行分類、歸納和排序的過程，這一過程鍛煉了他們的邏輯思維能力；另一方面，思維可視化能清晰地呈現學生的思考路徑，鼓勵學生從不同角度思考，提出解決方案，這不僅能發揮學生在學習中的主體性，激發學生的學習興趣，同時，也有助于培養學生的創新思維，挖掘學生的創新潛力，進而促進學生科學思維能力的發展。

三、思維可視化下初中物理教學中科學思維的培養路徑

（一）創設概念教學中的可視化情境

在初中物理教學中，概念教學的地位不可忽視，是學生深入學習物理知識的基礎，對培養學生的科學思維具有重要作用。而對學生來說，物理概念是具有一定抽象性的，存在一定的理解難度，如果教師只是用口頭敘述的方式進行講解，不僅會影響學生的理解深度，也會導致學生喪失學習興趣，不利于后續教學的推進。為此，教師可以基于思維可視化理念，利用圖表、動畫、模擬等可視化工具來創建具體的情境，將抽象的物理概念轉化為具體、生動的場景，幫助學生更好地理解這些概念。例如，在“壓強”的教學中，學生需要理解壓強的概念，才能進一步學習后面的“液體的壓強”“氣體的壓強”，而壓強又是一個抽象的概念，為了幫助學生更好地理解，教師可以通過構建可視化情境進行教學。比如，教師可以利用動畫展示不同壓力作用在相同面積上產生的不同效果，以及相同壓力作用在不同面積上的變化情況，通過這一過程，學生能夠直觀地看到壓強與壓力和受力面積之間的關系，從而加深對概念的理解。同時，可視化情境還能激發學生的學習興趣，使他們更主動地參與學習。教師可以引導學生觀察可視化情境，并提出問題，引發學生的思考和討論，培養他們的分析和歸納能力，為科學思維的形成奠定基礎。例如，在“壓強”這一課的教學中，教師可以運用多媒體展示書包的圖片，并提出問題：大家觀察一下自己的書包，有沒有發現書包帶都是扁而寬的，而不是細的，這是什么原因呢？學生通過結合壓強的知識進行分析，就會發現，當書包的重量不變，即壓力固定時，寬的書包帶與肩膀的接觸面積（受力面積）更大，產生的壓強更小，肩膀就不會感到過大的壓迫感，人也會感覺更加舒適。這種與實際生活情境的結合，既能加深學生對“壓強”這一概念的理解，從本質上掌握壓強的計算公式，又能建立物理知識與現實生活的鏈接，促進知識的學以致用。

（二）運用實驗教學中的可視化方法

物理是一門理論性與實踐性并存的學科，實驗教學占據重要地位，是培養學生科學思維、發展實踐能力的重要途徑。在傳統物理實驗教學中，通常由教師進行示范實驗，學生往往缺少實踐操作的機會，即使參與實踐過程，也存在流程不清、操作不規范等問題。而可視化方法的運用能在很大程度上增強實驗教學的效果。在實驗之前，教師可以利用流程圖、示意圖等，使學生清晰了解實驗的目的和步驟，以便在實驗中更規范地操作；在實驗中，教師可以利用視頻記錄實驗過程，以便學生能夠回顧和細致觀察實驗現象；針對一些無法直觀看到的物理現象，教師可以利用模擬軟件進行展示；在對實驗數據進行分析時，教師也可以運用圖表等可視化手段將數據的變化趨勢呈現出來，幫助學生發現規律，挖掘本質。例如，在“靜電現象”的教學中，由于靜電是現實生活中常見的一種物理現象，在課堂教學中，教師可以帶領學生一起通過實驗探究靜電現象。在實驗之前，教師可以出示簡單的流程圖，讓學生知道整體的操作步驟，如用塑料尺吸引紙屑，需要先摩擦塑料尺，再將其靠近紙屑，觀察紙屑被塑料尺吸引的情況。在這個過程中，教師可以利用視頻將學生實驗的整個過程記錄下來，并進行播放。這一方面能使學生觀察到實驗過程中的細節，從而更深刻地認識實驗現象；另一方面，也能幫助學生反思自己在實驗操作中的不足，進而不斷地優化和改進。同時，靜電現象與分子運動息息相關，而分子運動的過程不能通過觀察直接看到，這時教師就可以利用模擬軟件，模擬靜電現象產生時分子的運動過程，從而幫助學生透過實驗現象，了解靜電現象的本質。通過將思維可視化與實驗教學相結合，不僅能使學生深刻地把握實驗流程，提高學生的實踐操作能力，同時，還能培養學生的觀察能力、推理能力和分析能力，使學生從更深層次的角度去探究物理現象，促進學生科學思維的養成。

（三）自主學習中的可視化思維過程

學生的學習是一個動態變化的過程，并且基于學生的差異性，在這個過程中，學生的思維發展也是存在差異的。在自主學習中，教師可以引導學生運用可視化思維工具記錄自己的思考過程，梳理知識點，構建屬于自己的知識體系。這一過程能將學生的思考過程以直觀的方式呈現出來，幫助學生梳理復雜的知識點，理清思路，還有助于培養學生的創造性思維。在講解存在一定復雜性的物理問題時，教師也可以引導學生繪制解決問題的流程圖，幫助學生更清晰地看到解決問題的步驟，實現思維的可視化，以提高學生解決問題的效率。例如，在“光現象”的教學中，由于這部分內容涉及“光的色彩”“光的直線傳播”“平面鏡”“光的反射”幾個模塊，每個模塊下又細分了許多小的知識點，如“光的色彩”這部分內容就涉及光源的分類、光的色散現象、光的三原色及光的能量等知識點，相對比較繁雜，學生容易陷入誤區。再加上后面還會學習“光的折射、透鏡”的內容，學生在理解不夠深刻的情況下，容易產生混淆。對此，教師可以引導學生運用思維可視化工具來整理知識點，尤其是針對自己存在困惑的地方，可以將其專門標識出來。比如，有的學生會混淆“反射”與“折射”的一些知識點，教師就可以引導學生專門整理這兩塊的內容，用可視化工具直觀呈現兩者的對比，包括定義、分類、現象、規律等，幫助學生直觀地區分反射與折射現象。這個過程既是對思維過程的可視化呈現，又能使學生通過知識整理、分類和關聯的過程，建構完整的知識體系，培養學生的邏輯思維能力。同時，通過對困惑點的特別標注，也能促使學生查漏補缺，以促進學生自主學習能力的發展。由此可見，思維可視化的過程為學生的自我評價與反思提供了支持，使學生能夠形成良好的學習習慣，發現自己的不足并及時進行改進，進而不斷提高科學思維水平。

（四）應用總結鞏固中的可視化工具

在學完一個階段的知識點后，或者在復習階段，可視化工具的應用可以幫助學生系統整理所學知識，以加深記憶，達到理解和鞏固知識的目的。初中物理中涉及的知識點比較繁雜，隨著時間的推移，學生對某些知識點的記憶會逐漸模糊，或者與其他知識點混淆。為了避免這一情況的出現，教師在完成一個階段的知識教學后，可以指導學生制作思維導圖，將這一階段學習的主要概念、原理及它們之間的關系用圖形表示出來。這個過程能促使學生回顧已經學過的內容，構建系統的知識框架，還能促進長期記憶的形成。同時，思維可視化的過程還能促進學生對知識的遷移和應用，提高他們解決實際問題的能力。例如，在“物態變化”的教學中，由于這部分內容涉及多個物態變化的知識點，在總結鞏固環節，教師可以引導學生制作思維導圖，將相關知識點加以整合。比如，可以先將物態變化按照吸熱和放熱進行分類，吸熱包括汽化、熔化、升華，放熱包括液化、凝固、凝華，再分別整理每個物態變化的知識點，如概念、方式、舉例等。在這個過程中，學生能將物態變化的知識點進行整合，形成系統的框架，以便在需要時快速地定位相應的知識點。同時，在實際生活中遇到物態變化現象時，學生也能自然地回憶起相關的知識點，達到學以致用的目的。在總復習時，這些思維導圖也能發揮重要作用，學生可以通過回顧思維導圖來回憶相關的知識點，以“液化”為例，學生通過思維導圖，可以明確液化是放熱反應，是物質從氣態變為液態的過程，需要通過壓縮體積或降低溫度來實現，夏天自來管外的水珠、打開冰箱時看到的白煙，都屬于液化反應。如果學生發現對某個知識點存在困惑，也可以快速定位，找到相應的內容進行復習，提高復習效率。通過在總結鞏固環節運用可視化工具，實現思維可視化，能幫助學生更好地掌握物理知識，形成系統的知識框架，進而促進學生科學思維的發展。

四、結語

綜上所述，在初中物理教學中，思維可視化能增強學生科學思維的培養效果，為學生核心素養的發展提供有力支持。在實際教學環節中，教師可以靈活運用不同的可視化工具和方法，使思維可視化融入概念教學、實驗教學、自主學習及總結鞏固各個環節，將抽象、不可見的思維以直觀、可視化的方式呈現出來，化抽象為具體，化復雜為簡單，促進學生對物理知識的深度理解，使學生的學習從知識掌握拓展到思維發展，從而增強初中物理課堂教學的效果。

參 考 文 獻

[1]徐新建.思維可視化下初中生物理邏輯思維能力的培養路徑[J].百科知識，2023（15）.

[2]田友志.思維可視化在初中物理教學中的設計與應用策略[J].數理化學習（教研版），2023（05）.

[3]黃星高.思維可視化：搭建高效初中物理課堂的“扶梯”[J].中學理科園地，2023（01）.

（責任編輯：朱一涵）