多元联系表征视角下高中物理可视化教学的实践

□福建省泉州第十七中学 黄晖

一、可视化教学的涵义

可视化又指思维可视化，是借助各种手段、信息技术等将看不见的思考方式、思维路径完整呈现出来，使其一目了然、清晰可见。在物理教学中，实现可视化教学包括各种思维导图、流程图和概念图等图形绘制工具，还包括各种实验、动画演示等探究工具，借助可视化工具开展的教学统称为“可视化教学”。

二、多元联系表征视角下可视化教学的优势

基于物理知识抽象、复杂的学科特征，很难通过感官直接认知和理解，更谈不上吸收和消化，学生不懂怎样才能“意会”，教师也抓不住“言传”的要领，言传、意会之间缺乏一条无障碍通道，而可视化教学恰好就是突破这个障碍的有效路径。教师需要通过物理知识点的直观表征方式——情境、图形、实验等，构建起物理对象的公式、基本特征、本质属性及知识之间的多种关系网络，将外部信息以最直观、最形象的方式印在学生脑海之中，在新旧知识、网络系统之间构建一条无障碍“通道”，以促进学生物理学习能力、物理探究能力、物理创新能力的提升。当然，单一表征下的可视化教学也很难充分体现物理的本质，由此，多元联系表征视角下进行物理可视化教学研究的意义，可以弥补单一表征可视化教学的短板，拓宽学生的物理视阈和理性境界，使他们真正掌握物理的规律及本质，以多元联系表征形式的整合，实现多样化表征形式的转换以及各个表征系统之间的转译。

三、多元联系表征视角下高中物理可视化教学的实践路径

（一）以形象、直观的情境帮助学生认知和理解

实践教学表明，知识的表达讲授过于形式化，反而失去了揭示物理学科本质的效果，学生对物理课程中抽象、复杂的知识，应学会透过外部信息了解到内部信息表征的广泛性和丰富性。世界著名教育家斯蒂恩说过：若抽象的知识点或问题转换为直观的图形，那么学生便形成更深刻的认知和思维，自主进入思考和探究的学习状态中。由此，多元联系表征下可视化教学中，应以图形进行物理对象和知识点的表征，使抽象、复杂的问题变得更加形象、简单，学生才能掌握更多多元联系表征形式下的物理内容。比如，在学习《牛顿第三定律》的相关知识时，为有效引领学生建构牛顿第三定律知识结构的体系，教师可应用思维可视化导图的模式，牵引学生充分融入多元联系表征的学习状态，并全面联系已知的旧内容，将相关内容全部集中在可视化导图之中，以强化学生提炼、归纳和整理的能力。

（二）通过演示实验和多媒体技术强化多元联系表征的作用

多元联系表征下物理教学的开展，可通过演示实验和多媒体技术以达到提高物理教学效率、强化多元联系表征的作用。真实情境将抽象的物理知识与真实生活有机联系起来，强化了学生知识结构体系的构建及多元联系表征能力的提升；问题式的情境能培养学生的自主探究能力、拓宽他们思维的广度、深度，推进学生多元联系表征能力的更高发展。通过演示实验、多媒体技术，学生将复杂的新知识点联系到真实生活中产生认知，利于错误概念的纠正，建构起正确的、系统的物理知识模型，形成全面的表链接体系。可以将课本中实验进行现场演示，也可依据习题中或课外书实验自制简单装置进行演示，无法演示的可通过视频动画的多媒体形式进行展示，都能获得较好的效果。

（三）通过切身实验强化多元联系表征的应用性

物理这门课程的学习和掌握与实验活动是密不可分的，教师应特别专注学生通过动手实践，达到深化知识掌握和强化多元联系表征的应用性。只是简单意义的形式化进行知识的讲授，不仅不能突破教学难点，反而会产生物理知识死记硬背的学习观念。由此，通过学生自身动手实验以体现可视化实验的教育价值，对物理现象的细微反应和变化进行认真描绘，在现象捕捉中逐渐抓住本质，强化多元联系表征应用的可能性。

例如，在学习《弹力》一节内容时，要掌握相关知识点首先要求学生自己动手实践操作实验，自主体验弹力的概念及公式：把课本置于水平桌面上，课本和桌面所受弹力的方向；将课本置于倾斜桌面上，课本和桌面所受弹力的方向。这两个实验的内容作为学生可视化导图和探究的核心主题，两个主题学生自主选择，确定主题之后，教师引导学生进行本次实验多元联系表征几个关键点：物体确认、受力记录、收集结果、形成结论，学生在教师指引下经历了别具个性的可视化思维的冲击，在视觉感官的支持下推动了思维的深化。加之导图知识点的直观呈现，教师随时掌握可视化操作落实的效果及学生建构多元联系表征认知的效果，实现了抽象向具象的有效过渡，促进了课堂教学效果的提升。

（四）归纳总结物理现象促进学生掌握物理规律

高中物理学习的过程，学生知识的获得和积累是一个循序渐进的过程，将物理现象的变化、知识的转化以可视化导图形式呈现给学生，要求学生以多元联系表征的角度进行归纳、分析和总结，有利于学生在动态的物理现象和变化中探寻出物理学科的规律。

例如，在探究电阻与长度之间的关系时，教师引导学生选择哪种实验方案：用一根还是多根铜丝完成实验？直接测量还是伏安法测电阻值？长度如何测量？要求学生绘制出实验的表格，将获取的实验数据及现象记录于实验表格中，学生在选择实验方式、记录实验数据和现象、绘制图像过程中，教师须随时关注他们的操作和思维变化，及时进行评议和指导，组织学生进行讨论交流。在实验方案选择上，教师更加认同用一根铜丝做实验的方案，在测电阻方法选择上，教师肯定了伏安法更为高效，并拿出万用表进行电阻的测量，学生记录的数据、归纳的现象变化、绘制的物理图像和得出的结论等，都以投影形式展现在学生眼前。这样多元联系表征下进行物理实验现象的归纳、分析和总结，一些疑难知识点都以可视化的路径得到了解决，学生不但深刻认知了每个物理知识的内涵，也更加明晰地掌握了物理学习的正确思路，在日积月累中发现和总结出物理学科的规律和本质。

（五）培养学生多元联系表征习惯，提升学生多元联系表征能力

多元联系表征包括多种形式，其中有图形表征、多媒体技术表征等，无论是图形表征抑或是多媒体技术表征，都能正确反映各数量关系及物理变化的状况，多元联系表征的多种方式，能使抽象的物理知识变得形象化、直观化，具有统一性、概括性的特征，能直观反映物理客体的现象及本质，教师应注重对学生多元联系表征形式的掌握，养成建立多元联系表征思维的习惯。

四、结语

多元联系表征视角下的高中物理可视化教学具有无法超越的优势，它能很快地将学生的思维聚焦于课堂内容的学习中，促进自身物理学习潜能的充分挖掘。教师要充分掌握多元联系表征与高中物理可视化教学整合的重要性，采取丰富的多元联系表征手段推进学生物理学习素养的提升。