新课标下物理图景教学的意义及实施策略

李学智（广东省海丰县彭湃中学，广东 海丰）

《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确提出“高中物理课程在义务教育的基础上，帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，构建关于自然界的物理图景”。物理图景在高中物理教学中的重要性不言而喻。那么什么是物理图景？图景教学的意义何在？怎样开展图景教学？笔者结合实际教学谈一些粗浅的认识。

一、物理图景的概念

关于物理图景的概念，学术界没有统一的界定。邓锡强认为物理图景是物理概念、物理现象、物理状态和物理过程经过人们充分的想象、分析、归纳、判断作出的一种形象化的描述。项华、李永艳认为物理图景是一种“心智图画”，这种“心智图画”可借助草图、图像等形象化的方式加以描述。胡扬洋认为物理图景是物理概念与规律的物理意义在学习者精神中形象的显现。笔者认为物理图景是学习者对物理现象所感知到的形象结果与其已有的物理知识经过抽象思维所形成的一种心理映像，它是形象思维和抽象思维共同作用的结果，它可以是抽象出来的物理模型，也可以以形象化的图示、图象、图形框架、思维导图等形式呈现。

二、开展物理图景教学的理论依据

物理图景教学以学生积累的物理表象为出发点，结合学生已有的物理概念、规律、方法进行分析、综合、分类、比较、归纳、演绎、抽象、概括而最终形成动态变化的心理映像的一种教学模式。该教学模式不仅符合学生的认知规律，而且符合高中生的心理特点。

图景教学基于认知心理学中的图式理论，它是以某一个主题组织的知识表征和贮存方式为基础的理论。该理论认为，记忆会将关于情境的“一般”信息进行编码。然后利用这些信息来理解和记住图式的新的实例。图景教学的过程中引导学生在原有图式的基础上丰富原有图式、认知新的图式，符合人们的认知规律。

高中生观察力显著提高，观察具有深刻性和全面性的特点，可以通过观察事物的表面现象发现事物的本质特征。这使得学生可以积累正确的物理表象，为物理图景的构建提供了必要的条件。初中学生的抽象思维已经有了很大的发展，但还需要具体的形象支撑，其思维属于经验型。高中生由于经常掌握事物发展的规律和重要的科学理论，理论的抽象逻辑思维开始发展起来，其思维由经验型向理论性转变，抽象思维已高度发展。物理图景的建立是形象思维与抽象思维共同作用的结果，高中生抽象思维的高度发展，为物理图景教学的开展提供了保障。

三、物理图景教学的意义及实施策略

教学是科学，也是艺术。在图景教学的过程中学生将一个个冰冷的物理概念、规律等以形象生动的物理图景呈现在脑海中，有利于教师在教学过程中突出重点，克服难点，培养学生思维能力、提高学习效率。

1.克服教学难点，形成物理概念

物理概念是一种思维形式，反映了物理现象和物理过程的基本属性。中学物理教学的核心问题是使学生形成清晰的物理概念，并充分发展其智力和能力。下面以粤教版3-1第二章第三节《研究闭合电路》中电源电动势的教学片段为例：

电源电动势是一个很抽象的概念，教学中从学生熟悉的生活情境和原有的物理图景入手，设置图1所示的图景：A池（高处）中的水在重力作用下流到B池（低处）中，在水渠中就形成了水流，但要使水渠中有持续稳定的水流，就必须使B池中的水回到A池，这时就要用到水泵。

图1

图2

图2在闭合电路中正电荷在电场力作用下从高电势（电源正极）流向低电势（电源负极）从而在电路中形成了电流，为了使电路中的电流持续稳定，就必须使到达电源负极的正电荷通过电源回到电源的正极，那么正电荷如何再次回到电源正极呢？有学生可能会回答“电泵”。这时教师引入非静电力的概念，从功能转化的角度使学生认识到电源的另一个作用——将其他形式的能转化为电能，进而得到电动势的概念及物理意义，最终在学生脑海中形成清晰的物理图景（如图3）。

图3

电动势概念的教学过程，从生活中常见的情境切入，通过水流物理图景与电流物理图景类比，由浅入深、循序渐进、逐步深化，有效克服了教学的难点。

2.消除学生疑惑，理解物理规律

物理规律是物理知识的主干，它反映了若干物理概念之间的逻辑关系，是物质结构及其运动中相关物理要素发展变化的必然趋势的表现。下面以粤教版3-1第一章第二节《探究静电力》的教学片段为例：

静电力又称库仑力，是真空中两个点电荷之间的相互作用力，其大小关系是法国物理学家查尔斯·库仑于1785年发现的。库伦定律的发现开启了电学定量研究的大门，是电学发展史上一个重要的标志。

库仑定律是一个实验定律，教材中设计的实验利用控制变量法只能得到静电力与带电量和距离之间的定性关系。笔者在以往的教学中发现，学生对库伦定律的内容能够熟记于心，但在应用的过程中经常出现问题，究其原因，是学生对库伦定律的适用范围理解不到位，为此笔者设计如下教学，帮助学生理解该定律。

库仑定律教学结束后对学生提出如下问题：

①真空中两个点电荷A、B，带电量分别为Q和q，其间距为3r，求AB之间的静电力大小F。该问题提出后，学生很快可以根据库伦定律得到

紧接着又提出第二个问题：

②真空中两个半径均为r的带电小球A、B，带电量分别为Q和q，两球心间距为3r，求AB之间的静电力大小F。

图4

很多学生根据第一问所获得的成功的经验，迅速给出了答案——然而有些学生开始质疑这个答案。出示图4，提问：比较①②两题的示意图，②中的小球能视为点电荷吗？这时给出答案的同学开始意识到自己忽视了库仑定律适用的范围。由于②中小球已不能视为点电荷，故库伦定律不适用，其静电力大小无法确定。再提出第三个问题：

引导学生绘制示意图，结合电荷之间“同斥异吸”的作用规律，得出结论：若带同种电荷，则静电力小于若带异种电荷，则静电力大于

爱因斯坦曾说过：发现问题比解决问题更重要。上述教学过程中，通过问题设置和物理图景的展现引导学生发现、分析并解决学习过程中存在的问题，最终形成库仑定律的物理图景。这样的过程不仅是学生正确理解物理规律的过程，也是培养学生思维能力的过程。

3.体验实验探究，掌握物理方法

物理教学的最终目标是教会学生如何去学习。因此，教师必须在教学过程中渗透科学方法的教育。学生构建物理图景的过程本身就是一个体验物理学思维方法和科学研究方法的过程。下面以粤教版必修1第二章第一节《探究自由落体运动》的教学片段为例：

实验一：一手拿纸，一手拿书，双手举到同一高度后同时由静止释放，学生看到重的书比轻的纸下落快。（该结论与亚里士多德的观点相同，同时也与学生的生活经验相符，有利于和学生的思想达成共鸣，为后续实验做好铺垫。）

实验二：将实验一中的纸揉成纸团，一手拿书，一手拿纸团，重复实验一中的操作，学生看到书和纸团同时落地。（与学生生活经验相悖，开始质疑并提出猜测——可能是因为空气阻力）

实验三：两张相同的纸（质量相同），一张揉成纸团，一手拿纸，一手拿纸团，再次重复实验一中的操作，学生看到纸团先落地。（学生猜测得到肯定，但又会产生新的疑惑——如果没有空气阻力，不同质量的物体真的会同时下落吗?）

实验四：（牛顿管演示）真空中的羽毛和金属片同时从同一高度落下，并同时到达牛顿管底部。（消除了学生的疑惑，并成功构建了自由落体运动的物理图景。）

四个生动的演示实验使学生经历了发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程，在该过程中学生从实验中获得物理表象，去粗取精，去伪存真，最终形成自由落体运动这一运动模型的物理图景。这个过程既是物理学思维方法和研究方法的完美呈现，也是物理学科素养的核心——学科探究的过程。

由于知觉的选择性和注意的指向性、集中性以及图式和记忆的选择理论，在进行物理演示实验时，教师要通过语言引导使学生观察特定的实验现象，以使学生获取正确的物理表象。

4.提高解题能力，感悟物理之美

在物理教学的过程中经常听学生说“物理太难！”上课听得“懂”，课后不会“做”，这些都是在学习过程中不善于构建物理图景引起的必然结果。

例如2018年全国高考理科综合Ⅰ卷15题。

如图5，轻弹簧下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是：

该题考查学生对受力图景和运动图景的理解，若学生构建图6所示的物理图景，结合牛顿第二定律及胡可定律，很容易得出正确答案A。

图5

图6

又如2018年全国高考理科综合Ⅰ卷18题。

图7

如图7，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R，bc是半径为R的四分之一的圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球。始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点从静止开始向右运动，重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为：

图8

该题考查动能定理、机械能等基本规律，对学生的逻辑推理能力有较高的要求。若学生构建如图8所示的物理图景，从a到c的过程利用动能定理求出c点速度，从c到d的过程利用等效替代的思想将其分解到竖直方向（竖直上抛运动）和水平方向（初速度为0的匀加速直线运动），竖直方向求出时间，水平方向求出位移，再结合功能关系即可得到正确答案C。

物理概念和物理规律是物理知识体系的基础，但解决实际物理问题的基础是物理图景，物理图景的有效构建为学生的解题提供保障，使其解题能力得以提高。也只有这样，才能使学生对物理的学习跳出题海战术的怪圈——不再惧怕物理，有兴趣学物理，感悟物理之美。

5.适应课改要求，培养核心素养

新课标下学校的教育应从“知识传递”转向“知识构建”。构建物理图景的过程就是构建物理知识的过程，在这个过程当中学生体验物理探究的乐趣，领悟物理学科思想方法和科学研究方法，培养学生的思维能力，养成良好的学习习惯。若干年后学生所做的习题可能已经遗忘，但他们在物理学习过程中所掌握的分析问题解决问题的方法、思维品质、良好习惯不但不会忘记，还会在工作实践中加以应用，使之得到进一步提高，而这正是物理学科核心素养的具体体现。

物理图景是动态变化的心理映像，物理图景的构建需要一个过程。在高一、高二的教学中教师应有意识地引导学生构建基本物理图景，在高三复习的过程中应更多地引导学生寻找不同物理图景之间的联系，不断丰富最初的基本物理图景，促使学生形成完整的知识结构。在常规训练时命题者可有意识地将物理情景以纯文本的形式呈现，以激发学生想象力，促使其养成构建物理图景的习惯。同时针对不同的教学内容，教师也应有不同的图景教学重点。