挖掘教材插图功能落实物理核心素养<br/>——以粤教版教材《物理》必修第1册插图的分析为例

挖掘教材插图功能落实物理核心素养
——以粤教版教材《物理》必修第1册插图的分析为例

2021-03-29李敏怡

物理教师 2021年1期

蔡钳李敏怡

(1. 广东仲元中学，广州广东 511400； 2. 广东教育出版社，广州广东 511000)

随着教学改革的不断推进,高中物理教材也一直在更新、变化．为了满足不同时代、不同成长背景的学生的认知需要,物理教材中的插图越来越丰富多彩．从最初的黑白、简笔画插图,到现在色彩鲜明、形象生动的实物照片和电脑制图,教材插图越来越真实,越来越赏心悦目．

当然,物理教材的插图不仅仅是好看,更重要的是它在教学内容组织和教学过程中发挥的作用．图像的形象和生动不仅为抽象的物理知识提供了认知便利,也能够引起学生的关注,激发学生求知的热情．教材插图在日常教学中的地位日益趋增,有人称“读图时代”已到,现代社会需要学生有一定的“读图”能力,教师在教学过程中带领学生学会“读图”,培养学生的“读图”能力对教学目标的实现有积极的作用．[1]因此,在教材使用过程中,要尽可能挖掘插图在一节课中的功能,为更好地落实核心素养目标添砖加瓦．

那么,在课堂教学设计中,教材中的插图能够发挥怎样的作用呢?如何基于教材插图开展教学活动,才能够更好地发挥插图的作用,培养学生的核心素养呢?

下面,以粤教版教材《物理》必修第1册(以下简称“必修1”)中的插图为例,分析插图在教学中的功能．

1 挖掘教材插图在培养学生物理观念方面的作用

图片吸引人的地方就是指向性非常明确,并且对人的感官有直接“冲击”的作用．在教学中,图片往往能够引起学生的注意,如果图片能够恰当与教学内容融合,那么对激发学生的学习兴趣,引导学生提出与教学内容相关的问题,有积极的作用．

图1 塔克拉玛干沙漠

在教材必修1中,几乎每节课的开头都精心设计了相关的插图,这些插图为引入新课的教学有重要作用,例如“第二节位置位移”中的图1,呈现的是塔克拉玛干沙漠,用这个图像讲解引入“位移”概念的重要性,非常自然．这种图像所呈现的信息,往往不是用简单的语言能替代的．基于该图,可以展开这样的教学活动.

让学生想象置身于沙漠中,确定自己的位置、寻找前进的路线．

教师提出问题:如图1,如果置身于塔克拉玛干沙漠中,你应该怎样确定自己的位置?

引导学生回答:选一个参照点,以进入沙漠的地方为起点,量出此时所处的位置到起点的距离便可．

教师:到一个点距离相等的点的集合是一个圆,有无数个点，你怎么确定你在哪里?

学生:如果知道所处位置相对起点的方位,就能确定．

教师:由此可见,在平面中要确定位置,不仅需要距离,还需要知道方向,这就是我们今天要讲的“位移”.

这个简单的引入过程,完全基于教材插图开展教学．让学生“进入”图像的情境,并在想象的情境中尝试从物理视角建立物理概念解决问题,这样的教学过程,能够自然启发学生思考，培养学生的物理观念．

图2

又如图2,用手提着上面的书,下面的书没有掉下来,这种生活化的插图让学生迫不及待拿起手中的书进行模仿,再结合生活中的经验便可知道这是“摩擦力”搞的鬼．有了这样形象的铺垫,可以开展这样的教学活动.

教师提问:下面的书受到重力将要掉下去,但为什么没有掉下去?

学生:受到摩擦力的作用.

教师:但这两本书没有相对运动,这和我们之前讲的滑动摩擦力定义不同．

学生:这个叫静摩擦力.

教师:对了,下面的书没有掉下去,但有相对上面的书有掉下去的趋势,因此受到上面的书的摩擦力叫静摩擦力．

诸如这样的插图,在必修1的每节概念、规律课的开头都有类似的设计,这些插图的共同特点是:较容易引起学生进入图像所呈现的情境,引发学生将思绪置身于情境当中,学生根据自己的经验、感官刺激以及知识迁移本身的需求,潜意识里往往“先一步”找到了该节课要讲授的概念,而教师只需要根据需要,对概念进行规范化表达,对概念生成的思维过程进行恰当的设计和处理,并由此抽象图景提出与教学相关的问题,让教学过程顺利、自然发生,这往往不是简单的语言和文字能够做到的．因此,要充分的挖掘这类插图的作用,培养学生从物理学视角抽象现象、解释、解决问题的习惯,形成物理观念．

2 利用实验情境插图展开探究性教学活动,培养科学探究素养

得益于信息技术的发展,教材中实验情境的插图仿真度越来越高,这种高仿真度的插图,往往能够将学生的思考、探究过程“导入”实验情境中,仿佛将实验原理通过图像“告知”学生．

必修1教材中的实验插图主要有两类,一类是将实验装置清晰地呈现出来,如图3、图4和图5．这类清晰的插图给教学带来很大便利,教师可以基于插图和学生一起探究实验过程和原理．例如基于图4,教师可以基于此开展教学活动.

图3 用打点计时器记录小车的运动信息

图4 由数字计时器和光电门组成的计时测量装置

图5 探究小球沿倾斜直槽运动的速度变化特点

教师提问:“小球经过光电门的时间可以从数字计时器读出来,那么要知道小球经过光电门时的速度,还需要测量什么?”

学生:需要测量小球的直径．

教师:“算出了小球经过两个光电门的速度后,要求出小球的加速度,还需要从数字计时器中读出什么物理量?”

学生:需要读出小球在两个光电门间运动的时间．

教师:“要完成上述测量过程,还需要什么工具?”

学生:刻度尺.

不难看出,上述教学过程有效地培养了学生提出问题、合理猜测、制定和实施科学探究方案等素养．类似这样的插图,都可以基于插图进行引导式提问,让学生从图像和教师的问题中逐渐发现该装置所表达的实验的原理和探究过程,这对培养学生科学探究方面的素养有重大意义．

另一类关于实验情境的插图如图6、图7所示,这类插图将实验原理和过程直接在图中表达了出来．例如,学生看到图7,便知道怎样进行测量反应时间;学生看到图6,就知道该实验要探究“相邻相等时间内的位移差相关的问题”．

图6 探究小球沿倾斜直槽运动的位移变化特点

图7

图8 牛顿管内物体的下落运动

基于这类插图,教师不需要急着告诉学生“要干什么”,而是提问学生“能干什么，怎么干”．例如,基于图8,可以开展这样的教学活动.

教师:由图像结合生活经验,我们可以猜想影响落体快慢的因素是什么?

学生:空气.(在师生进行探究活动之前,学生已经从图像中获得信息)

教师:若逐渐将管中的空气抽出,试猜想羽毛和铜钱下落快慢谁受影响更大一些? 当抽成真空时,羽毛和铜钱下落的快慢一样吗?

从上述教学活动中,培养学生基于图景思考、猜想假设、收集证据、验证猜想的科学探究素养．在逐渐减少空气过程中,探索物体下落快慢,渗透科学外推的思想方法．

3 洞悉插图内在的思维逻辑,引发深层次思考,培养科学思维

教材中有些插图通常用来展示物体变化前后的过程,或者具有先后的时间关系、或者类比的操作过程,展示物理现象发生的实际情境．这类插图蕴含递进的思维过程,具有明显的逻辑关系．这类插图,对培养学生基于图像对研究问题进行描述、解释和预测的思维习惯有积极的作用．

例如图9,先把绳子系在A点悬挂起来,再把绳子系在D点悬挂,图像本身将操作的先后顺序展示了出来,基于这个的插图,教师可以进行这样的教学活动.

图9 确定薄板的重心图10 手机导航软件界面

提问:图9反映了薄板的重心在哪里?

学生:系在A点时,重心在AB上;系在D点时,重心在DE上;所以重心在AB和DE的交点上．

学生顺着图像的线索进行思考,培养了基于图景进行科学推理、寻找规律的思维习惯,既能够掌握方法,又能够提升思维的品质．图10的导航情境,清晰地展示从“广州国际白云机场”到“祖庙”有3条时间不同的路径,但结果都是从一个位置到另一个相同位置．对于这个插图教学,可以引导学生发现“路程不同,但位置变化相同”这一认知冲突,引发学生寻找正确的思维方法解决实际问题的欲望,这样教学的目的就达到了．

又如图11,非常明确地显示了汽车司机从意识到需要刹车、到采取刹车、最后刹车的这个过程,图片本身包含了整个物理思维过程．图12则明显提示以对面的人为参照物和以窗外的树为参照物运动过程不同;图13、图14都把“放大”形变的思想形象的展示了出来．

针对这类插图的教学,教师可以不必从每个细节都按顺序的向学生讲解,而应该基于这些插图适当的通过问题引导学生观察、思考．例如图13,教师可以提出这样的问题:放上重物后,会发生什么现象?图14可以提出这样的问题:为什么用力按压瓶子液面会上升?什么情况下液面会下降?通过这样的问题,让学生反思插图本身的内在逻辑,帮助学生找到逻辑线索,从而进行深度思考．

图11 汽车行驶的安全距离示意图

图12 在行驶的动车上的两名旅客

图13 形变通过光线“放大”

图14 形变通过液柱高度变化“放大”

教材中除了有真实情境的插图,还有抽象逻辑示意图．如图15、图16和图17,都是将物理量的变化过程用“图示”的形式展示出来,这些示意图本身有复杂内在逻辑,教学的过程既需要引导学生掌握这种“示意图”的方法,也需要引导学生基于这类插图进行深度思考,这样才能真正发挥插图的功能,培养学生科学推理、分析论证等素养．

图15 无人机的运动轨迹

图16 3个物体从点A到点B的运动轨迹

图17 加速度的方向

4 重视插图对知识视野拓展的积极作用,培养学生科学态度与责任

教材中的一些插图对拓展学生的知识视野、培养学生积极的学习态度有一定的作用．这类插图除了在正文中出现,在“资料活页”、“课后习题”中也能看到．例如粤教版教材必修1中图18所示,这是航天员进行太空授课的插图,基于这个插图可以进行相关的物理知识授课,也可以讲述该物理情境的历史背景以及背后的故事,这不仅能够拓展学生所学的物理知识,还能够培养学生积极探索的科学精神和自豪感．