以信息技術助力初中物理可視化教學

當前，新課程改革正在如火如荼地進行。如何提升學生的核心素養，成為學術界關注和討論的焦點。物理作為初中階段的重要學科，在培養學生綜合素養以及促進學生全面發展中發揮著重要作用。許多學生在面對抽象的物理知識時容易陷入理解困境，從而喪失物理學習的興趣，而可視化教學模式的出現為初中物理教學提質增效以及激發學生物理學習興趣創造了良好條件。其中，信息技術是開展物理可視化教學的底層技術，如何在初中物理可視化教學中合理運用信息技術是本文研究的重點。

一、可視化教學的內涵

可視化理念源自16世紀的計算機領域。國外學者將可視化定義為利用視覺表征傳播知識，強調利用視覺表征方法在不同個體之間傳遞信息。可視化教學即利用現代化教學工具或創設可視化教學情境，將原本抽象的知識以形象的視覺表征方式呈現出來的教學活動。可視化教學能夠在視覺層面上為學生帶來直觀感受，常用的教學手段有概念圖、思維導圖、flash動畫、實驗操作等。可視化教學具有直觀呈現抽象知識以及將抽象知識具象化的作用，不僅能夠提升教學的趣味性，而且能夠在激發學生學習興趣的同時，幫助學生更深刻地理解知識的含義。

二、可視化教學在初中物理教學中的應用價值

（一）降低知識理解難度

初中生接觸物理學習的時間尚短，在面對抽象性較大的物理知識時，容易陷入理解難的困境。思維可視化教學能夠將抽象的知識轉化為形象的知識點，通過將復雜知識點進行簡單整理，為學生快速理解和記憶知識創造良好條件，有助于提高學生的物理知識記憶水平，幫助學生形成更完整的知識體系。例如，在講解物理規律時，教師可以利用物理圖像直觀反映物理規律，為學生提供較大的想象空間，在可視化工具的幫助下促進學生自主探究。在物理教學中，教師還可以借助思維可視化手段，整合海量的教學資源，幫助學生更好地突破教學重難點，充分建立物理知識與可視化工具之間的聯系，從而降低學生理解物理知識的難度。

（二）培養學生思維能力

學生的思維能力是學好和用好物理知識的關鍵，只有具備較強的思維能力，學生在物理學習中才能獲得更好的發展。在可視化教學中，教師可以運用可視化工具引導學生將新舊知識聯系起來，并建構物理知識與現實生活的聯系，引導學生更深入地探究問題。這有助于提高學生的思維靈活性，培養學生的邏輯性思維和創造性思維，拓展學生思維的深度和廣度，從而促進學生綜合發展。

（三）幫助學生解決問題

在初中物理教學中，教師要想培養學生解決問題的能力，不僅要重視講解物理理論知識，還要通過大量訓練幫助學生掌握相應的解題方法，提高學生的思考能力，只有這樣，才能為學生解決問題奠定堅實的基礎。可視化教學有助于學生更快、更準確地找到問題的突破口，引導學生深入思考，全面總結問題的特征，快速找到問題的正確答案，并幫助學生舉一反三，提高學生理解物理知識和運用物理知識解決難題的能力。

三、以信息技術助力初中物理可視化教學的原則

（一）系統性原則

在組織開展初中物理可視化教學時，要想充分發揮信息技術促進學生學習的作用，教師需要從系統的角度考慮問題，充分考慮物理知識的特點以及不同知識點之間的關系，根據物理知識和學生的認知特點來開展物理可視化教學。此外，教師可以根據物理知識間的邏輯關系合理規劃可視化教學過程，按照系統性原則整理每節課的物理知識點，運用可視化技術幫助學生準確識別各類物理知識的異同點，掌握系統化的物理知識，從而促進學生知識結構的整合與更新。

（二）主體性原則

初中物理可視化教學的根本目的是“立德樹人”，促進學生全面發展。在初中物理教學中，教師在采用可視化教學手段時，要考慮通過恰當的手段來激發學生的學習熱情，激活學生的思維，引導學生建構思維路徑、歸納總結、整合體系，通過情境創設、設置問題、開展活動、遷移表達等方式來促進學生物理高階思維能力的發展，從而不斷提高學生的認知水平。在整個物理可視化教學中，教師要始終將學生當作課堂教學的主體，指導學生運用可視化的方法進行思考和探索，與學生在思維上進行交流。此外，在物理可視化教學中，教師還可以利用可視化的工具幫助學生自發地建立新舊知識間的聯系，在師生互動的基礎上，通過可視化的手段制造認知沖突，從而培養學生獨立思考的能力和自主探究能力，建立以學生為中心的課堂教學模式，促進初中物理高效課堂的建構。

（三）交互性原則

物理可視化教學的主要作用之一是讓隱性的思維可見。信息技術能夠通過更實用、更靈活的方式表征知識，為師生在課堂上的交流創造更好的條件。因此，在初中物理可視化教學中，教師可以將教學重點集中在重要信息的呈現上，采用可視化手段呈現物理關鍵內容，主動適應學生的思維特征，引導學生高效地組織和處理物理知識。此外，為了促進不同信息間的實時互動，教師在物理可視化教學中還要關注學生在交流后的反映，分析可視化教學的開展效果，通過觀察學生的學習表現來了解他們的學習狀況，為及時調整可視化教學策略提供可靠依據。

（四）適用性原則

初中物理可視化教學的核心任務是將隱性思維變得可見，關注學生高階思維能力的培養。心理學研究認為，思維水平較低的學生可能只從橫向排列或縱向聯系兩個方向思考問題，導致學生掌握的知識可能是孤立或零散的。物理高階思維能力較強的學生具有系統性特征，隨著思維水平的提升，其掌握的知識的條理性越強，知識體系更加完善。因此，在初中物理可視化教學中，教師要密切關注學生的思維發展，選擇恰當的可視化教學手段，在全面梳理物理知識的基礎上，運用有效的可視化教學策略提高學生的學習效果，以更好地促進學生高階思維能力的發展。

四、以信息技術助力初中物理可視化教學的策略

（一）挖掘教學資源，靈活運用可視化工具

在初中物理可視化教學中，教師要想促進學生知識理解，幫助學生攻克學習中面臨的困難，需要在了解學生思維特征和認知特征的基礎上，靈活采用可視化的教學工具，多角度引導學生理解知識，幫助學生建構完善的物理知識體系。在教學實踐中，教師要考慮如何開發可視化教學資源，提高各類物理資源的直觀性，結合教材內容和學生特點提前明確物理可視化教學中的重難點，從而挖掘合適的可視化教學資源，以便在課堂上采用直觀的方式展現各類物理知識。

首先，教師可以采用互聯網技術，在網絡上挖掘現有的可視化教學資源，利用名師資源提升可視化教學效果。比如，在“光的反射”中，為了幫助學生了解光的反射路徑，教師可以登錄互聯網平臺搜索關鍵詞“光的反射”，從中搜尋可視化的教學資源，重點挖掘光的反射實驗視頻和光的反射定律動畫視頻，也可以根據學生的興趣偏好和學習需求選擇合適的視頻，將這些視頻資源作為可視化教學資源，為學生在課堂上直觀理解“光的反射”現象做好鋪墊。

其次，教師可以利用PR、愛剪輯等短視頻剪輯軟件制作教學視頻。例如，在“壓強”的教學設計中，教師可以使用橡皮泥和砝碼開展“受力面積”實驗，用攝像機將實驗全過程拍攝下來，引導學生在課堂上觀看視頻，通過觀察橡皮泥的凹陷程度，直觀認識壓強和受力面積之間的關系。

最后，教師還可以利用幾何畫板等計算機軟件設計可視化教學資源，如為了讓學生理解重力的概念，并明確重力與質量的關系，教師可以圍繞重力計算公式“ G= mg”在幾何畫板上繪制函數圖像，通過引導學生觀察函數圖像認識重力的特性：重力大小與物體質量、物體所在位置的重力加速度有關。

（二）優化課堂導人，激發學生的學習興趣

教師可以采用信息技術優化課堂導人方式，利用信息技術將抽象的知識具象化和生動化，以有效降低學習難度，激發學生的物理學習興趣。以人教版“光的反射”為例，本課的教學任務是了解光的反射現象，掌握光的反射定理，明確人射光線、反射光線和法線處于同一平面內，且入射角與反射角相等關鍵知識點。在初中物理可視化教學中，教師可以通過網絡收集“光的反射”相關資料，通過視頻的方式導入可視化教學資源，幫助學生直觀了解光的反射現象：在桌面上放置一塊傾斜的平面鏡，幾名學生從不同的角度使用激光筆照射平面鏡，天花板上出現幾個不斷晃動的光點。當學生觀察并了解到光的反射現象后，教師可以在黑板上羅列引導性的問題，將各種問題貫穿整個可視化教學過程，讓學生結合光的反射現象和教學問題參與到學習過程中，如：激光筆上的光為何會出現在天花板上？視瀕中哪些是入射光？哪些是反射光？能否分清天花板上的光點是哪位學生的激光筆照出的？

教師利用信息技術直觀展示光的反射現象并提問，鼓勵學生帶著問題學習課本知識，讓學生在學習物理知識的同時嘗試運用所學知識解決各種問題，從而牢固地掌握物理知識，在可視化教學的助力下將各類知識點內化于心。

（三）巧用思維導圖，培養學生的建模能力

在初中物理教學中，教師可以利用信息技術展現思維導圖，培養學生的觀察能力、理解能力和建模能力，在解題過程中培養學生的邏輯思維能力和問題分析能力。同時，利用思維導圖幫助學生理清不同物理知識間的關系，形成具有個人特點的思維模式，從而提高學生的自主建模能力。在初中階段的物理教學中，學生需要學習的知識主要包括力學、電學、光學、聲學等，每個部分的知識點都有一定的規律，要想利用所學知識解決問題，學生應具備建立思維模型的能力。以“電功率”一課為例，本課的教學重點是幫助學生理解和區分額定功率和實際功率，培養學生運用電功率計算公式的能力，幫助他們形成科學的態度。在課堂教學中，教師可以圍繞電能，從定義、計算、單位、計量工具、參數、來源等方面來設定思維導圖的分值，將思維導圖圍繞本課主題進行拓展，引導學生全面理解“電功率”相關知識，建立完整的知識結構，如圖1所示。

圖1電功率思維導圖

在“電功率”一課的教學中，教師還需要利用多媒體向學生展示電能電功、測量小燈泡電功率、焦耳定律等知識點的思維導圖，幫助學生掌握電能電功和電功率的概念，讓學生認識到電功、電熱和電功率的計算原理，以及測量小燈泡電功率的實驗原理，從而在腦海中建構相關的物理概念。為了培養學生的建模能力，在展示電功率思維導圖后，教師可以鼓勵他們自行繪制不同物理知識點的思維導圖，在培養學生建模能力的基礎上，提高學生運用可視化工具分析問題和解決問題的能力。

（四）聯系現實生活，展示物理實驗現象

在初中物理可視化教學中，教師可以采用信息技術展示生活中的物理現象，立足于現實生活直觀展示物理實驗，讓學生在可視化學習中深入探究、實踐操作，以培養學生的科學態度與責任素養。在物理可視化教學中，教師可以組織學生開展物理實驗活動，利用多媒體展示物理現象，讓學生在觀察物理實驗現象的基礎上探究知識，從而逐步提高物理實驗能力。以“汽化和液化”的相關知識點為例，學生在生活中經常會看到液化和汽化現象，教師可以利用多媒體進行展示，并引導學生利用水、水壺、常溫玻璃等材料開展生活實驗，在實驗中理解汽化、液化、沸騰等物理概念，從而提高理解能力，有效發展物理學科核心素養。

五、結語

綜上所述，本文結合初中生的特點，探索了基于信息技術的初中物理可視化教學開展路徑。教師應靈活采用可視化的工具，直觀、形象地展示物理知識，以激發學生的學習興趣，降低學生理解物理知識的難度，從而幫助學生理解和內化知識。可視化教學方式在初中物理教學中具有多元化的作用，是一種科學有效的方式，教師應深挖可視化教學資源，通過可視化教學賦能初中物理教學提質增效。

（劉蕓）