浅析苏科版物理教材的图像教学

(江苏凤凰科学技术出版社，江苏 南京 210009)

图像能直观地反映某两个物理量之间的关系，形象地描述物理过程和物理规律．它是形象思维和抽象思维之间联系的纽带．对于初中学生来说，图像法的运用对理解物理问题的本质特征具有十分重要的意义．图像法不仅仅是一种数学方法，而且是一种重要的科学研究方法，被广泛应用于实验和理论研究中．初中阶段，应当使学生了解图像法的意义和作用，会用图像法描述、分析和解决简单的物理问题．

图1

关于图像问题，传统教学一般都是先介绍什么是图像，然后介绍图像对于学习物理知识、分析实验数据、解决物理问题有什么重要意义等．例如，老人教版初中物理教材在首次出现图像时采用了如图1所示的“小贴士”的形式指出：“‘图像’，我们并不生疏．地理课本中常见的‘全年气温变化曲线图’就是图像．由于图像表示一个量(如温度)随另一个量(如时间)变化的情况，很直观、很形象，所以各门科学都经常利用它．”紧接着就在正文中直接给出海波的熔化图像，并通过文字告诉学生某一段图像的含义．在学生刚刚接触用图像描述规律时，就上升到如此的高度，学生理解起来难度较大．

2011年教育部颁布了《义务教育物理课程标准(2011年版)》，提出以提高全体学生科学素养为目标，提倡教学方式多样化，注重科学探究．在课程标准所提出的基本理念指导下，各个版本的物理教材在这方面都做了较大改进，各有特色．以苏科版初中物理教材为例，教材围绕图像教学的总体目标，采用了循序渐进、螺旋上升的方式呈现．大致经历以下过程：初识图像→体验图像建立的过程和图像的意义→学习画简单的图像，并利用图像分析物理问题．

1 初识图像

教材从第一章第二节“乐音的特性”就开始为物理图像知识的学习做铺垫：在谈到决定音色的因素时，指出：“借助仪器可以观察到音色不同的声音，其图像是不同的”．然后，给出了几种乐器发出声音的波形图(如图2)．这样处理，不仅避免了在教材中出现音色的概念，降低了难度，而且将图像教学的起步难度降到最低，学生很容易从这些变换的曲线中看出不同乐器发出声音的波形不同，在不知不觉中初识了图像，学生甚至没有意识到这是在讨论图像问题．

在经过一章的学习后，学生已经对物理学科有了一定认识，教材对学生的要求开始提升，在第二章第一节的“生活·物理·社会”中，给出了海平面的上升曲线，如图3所示，曲线反映了海平面的高度随着年份的变化而上升的趋势，这与学生的生活密切相关，学生也容易理解．

图2

图3 中国沿海近十几年的海平面变化曲线

2 体验图像建立的过程

在初识图像之后，教材让学生采用课后活动的方式体验图像的建立过程：在烧杯中倒入适量的热水，每隔2min用温度计测量一次热水的温度，并将温度值标在如图4所示的一组温度计图上(温度计下方已标明第几分钟)；然后“用平滑的曲线把各温度计上的标记连接起来．看看从中能发现什么．”

图4

上述活动中，学生很自然地在教材的帮助下测量、记录数据，并根据所测数据画出了热水温度随时间变化的图像．这既是对本节课的重要内容——温度计的使用的实际操练，又克服了图像教学的难点，学生在教材的启发下观察图像，发现规律，从较深层次领悟了图像的意义．

这一过程，体现了图像是形象思维和抽象思维之间的桥梁，学生在实物图上描点、画曲线的过程，实际就是从形象思维向抽象思维转化的过程．在这一“数形”结合的过程之后，教材指出：如果将温度计除去，留下的就是热水冷却时温度随时间变化的图像．此时，学生对图像的意义建构已经实现，为下一节研究水的沸腾和第三节“熔化和凝固”中用图像法分析温度变化的规律做好了充分的准备．因此，在“研究水的沸腾”活动中，教材直接给出了实验数据表，让学生通过实验测量数据，并在给定的坐标系中描点、连线．此时，学生还不能完全理解用“平滑曲线”进行“曲线拟合”的技巧，为了降低学习的难度，帮助学生尽快掌握作图方法，需要老师从回顾图4的作图过程开始，举例讲解并进行作图示范．可以两个坐标点为例说明“曲线拟合”的几种情形，再过渡到三个点……根据数据点的整体走向画出平滑曲线，使数据点落在拟合曲线上，或均匀分布在曲线两侧．在绘出图像后，教材采用填空的形式，引导学生观察图像，发现水在沸腾前、沸腾时温度的变化规律．

3 用图像分析物理问题

第二章第三节的“探究冰、烛蜡的熔化特点”活动中，教材要求学生在教师的引导下自行设计出完整的实验方案，进行分组实验、绘制熔化图像．经过前面的一系列教学之后，学生已经完全能够独立绘制烛蜡和冰的熔化图像，也能够从图像中分析出一些信息．但是他们还没有采用图像对比发现规律的经验，通过这部分教学，学生的图像能力得到全面提升，进一步体会了图像法在问题研究中的意义和作用．

八年级上册涉及图像教学的还有“第五章 物体的运动”.在研究直线运动规律时，教材设计了探究活动——“研究气泡的运动规律”，如图5所示．活动要求学生根据实验目的，设计方案并进行实验测量，根据数据绘制气泡运动的s-t图像，这是通过实际应用进一步强化学生对图像的理解，此时，教师甚至可推荐学有余力的学生学习运用计算机软件绘图．

图5

从上面的分析，我们不难看出，苏科版物理教材的宏观结构是经过精心设计的．教材中对于物理科学方法的教学，在学生刚开始接触时，并不是急于告诉学生科学方法的名称和概念，而是让学生先进行简单的体验和运用，建立感性认识，并在后面的教学中对学生的感性认识不断地提升，等学生充分领悟到这种方法如何使用，以及其方法论意义之后，再水到渠成地将方法显性化、规范化．这样的设计充分体现了“循序渐进、螺旋上升”的原则，符合学生的认知规律．

参考文献：

[1]刘炳昇，李容．义务教育教科书 物理(8～9年级)[M].南京：江苏科学技术出版社，2012．

[2]刘炳昇．李容．义务教育教科书 物理 八年级上册 教师教学用书[M].南京：江苏科学技术出版社，2012.