思维可视化视域下物理教学中图的应用研究

展云飞

【内容摘要】图是和物理语言的表现形式之一，它能准确、清晰、生动的表述物理概念与规律。将图用于物理教学可以“画”无形为有形、“画”难为易、图抵千言，发展视觉-空间智能，实现教学的思维可视化。

【关键词】思维可视  物理教学  图

学会阅读、分析和绘图是提高物理课教学效果的重要工具，在物理教学中，学生的抽象思维占据了学习物理的主要地位。由于学生的抽象思维不够成熟，教师应该通过视觉思维来激发学生的抽象思维。图可以引导学生发现物理规律的内涵和处延，清晰直观地呈现抽象情景。本文从思维可视化的角度探讨了图在物理教学中应用价值、培养能力的意义。

一、研究背景

随着社会的发展、科技的进步，我们已经进入一个“图像时代”，人们也越来越习惯于“图像”传递信息的方式。基于这一时代背景的《普通高中物理课程标准》明确指出，在课程内容上体现时代性，加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系，本质上体现了物理新课程对图的重视。另一方面，现在我们正面临着新一代的00后学生。他们在电视和电脑旁长大，习惯于接受“可视的图片文化”。因此，如果我们能够适应学生的认知习惯，在教学中使用更多的图形工具，一定会取得更好的效果和效率。为了降阶物理学习的难度，把抽象的科学思维转化为形象的图形呈现，实现物理思维的“绘声绘影”，有效的提高教学质量，我们需要加强图的应用研究，以适应时代发展与教学实践的需要。

二、图用于概念教学，“画”无形为有形

清晰、准确的理解并建立物理概念是学生高中阶段学好物理的基础，教育学、心理学研究表明，接触并记住概念的定义不等同于知识的内化。要想使物理概念在头脑中生根需要大量直观的认识作为基础，而且要经历一个“实物直观——模型直观——图形直观——语言直观”的渐进式发展过程，在提供直观认知时充分利用图像，能够促使抽象概念形象化。例如，“力”这个概念，引入了力的图示和力的示意图之后，让学生在理解“力是物体间的相互作用”这个概念的基础上，对力的本质有了更深入的理解，同时“力”也因此变得形象化，可操作化了。再例如，为学习电场、磁场这几个概念，引入了电场线、磁感线、等势面等图像化的概念后，一系列概念的理解就更容易了。

三、图用于规律教学，“画”难为易

首先，物理规律和过程可以借助草图实现思维的跃变，这种可视化过程不但促进了学生物理思维的发展，而且提高了学生的抽象概括能力，极大的缓解了物理思维的难度。例如，在学习“力与运动的关系”时，在黑板上画出伽利略理想斜面的实验草图，可以有效地消除源于实际生活经验的物理错觉。再如，“竖直上抛运动”不仅是匀变速直线运动，也是重要的运动模型。教学中通过视图呈现，画出速度-时间图像可以有效揭示这一运动模型中所蕴含的动态特性与物理规律，使抽象思维形象可视有迹可循，有效地缩短了学生对物理原理的学习时间，使他们对垂直向上运动规律和运动的对称性理解更加深入。

四、图用于实验教学，千言“画”为一图

物理是实验科学，图在实验数的采集与分析中起着重要的作用。

1.用图分析数据，一图抵千言

用利图像进行数据分析，可以节约教学语言。例如，在探究加速度和质量的关系时，控制F一定，通过数据的观察，学生很难直接看出a与m之间的关系。引导学生建立直角坐标系描点画a-m关系图像，图像看起来像双曲线，可以猜测汽车的加速度和质量m是成反比的，为进一步验证这些假设，可以启发学生进行图像变换画出a-1/m图，就可以直观的得出结论，可谓一图抵千言。

2.借助函数图像，测量直观化

借助图像的隐含的信息，可以直观化测量。例如，在测定电源的电动势和内电阻的实验中，利用U=E-Ir通过解方程的方法处理数据，会很繁琐且不利于误差的揭示。以输出电压为纵轴、输出電流为横轴，画出的U-I图像的截距与斜率将直观的反映所要测量的电源电动势和内电阻，以图像为基础通过点的平移可方便快捷的得出实验偏差的情况，实验测量因图而直观可视。

五、发展学生的“视觉-空间”智能

根据霍华德·加德纳（Howard Gardner）的说法，视觉-空间智能是指感受、辨别、记忆和改变物体的空间关系并借此表达思想和感情的能力，表现为对线条、形状、结构、色彩和空间关系的敏感以及通过平面图形和立体造型将它们表现出来的能力。如果学生的智力是一个动态的“视觉空间”，绘制图像是将物理场景或物理问题与大脑中的记忆图像相关联的过程，并将物理场景暴露于物理图像中。学生通过绘图可以实现物理问题的“可视化”，长久的训练可以使得学生有强大解释图形信息的能力。