动画在初中物理概念教学中的作用

卢艺 秦宇飞 柴万东

摘 要：概念教学是物理教学的重要组成部分。学生在初中阶段首次系统地学习物理，对一些抽象的物理概念难以理解，甚至是产生理解偏差。因此，在初中物理概念教学中需要改进教学手段，攻克此类教学难点。动画有形象直观、趣味生动的特点，能很好地应用到物理教学中。本文以初中物理“电流”概念教学为例，针对学生学习的难点及教学中常见的问题，设计了电流概念教学所需的主要动画，力求利用动画化抽象为形象的特点，帮助学生正确理解电流概念，为初中物理概念教学提供新思路。

关键词：概念教学；动画；电流概念

中图分类号：G633.7  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）06-0064-04

收稿日期：2023-02-26

通讯作者：柴万东（1971-），男，汉族，内蒙古赤峰市人，硕士研究生导师，教授。研究方向：传感器应用，基本教育理论。

基金項目：内蒙古自治区“十四五”教育规划课题（2022JGH455）

物理教学分为物理概念教学、物理规律教学、物理实验教学、物理习题教学和物理复习教学。在物理概念教学中，教师大都采用口头讲述的教学方式，教学效果往往达不到预期，其原因在于教学方法与学生理解能力的不适配。初中学生的抽象思维能力和生活经验不足，不易理解抽象的描述语言，只能机械记忆物理概念，其结果就是容易遗忘，不能活学活用，还可能因为学不会而丧失学习物理的兴趣。改进物理概念教学手段尤为重要。目前中学的信息化软件、硬件教学设施基本都已完善，支持更多信息化技术在教学中应用，且动画资源近年来被逐渐开发并应用到了教学实践中，取得了不错的效果[1]。

1 初中物理概念教学引入动画的必要性

（1）由物理学科自身特点所决定。物理学是一门研究物质基本结构、物体运动及能量变化的科学，是自然科学应用广泛的一门基础学科，具有抽象度高、逻辑缜密的特点。初中阶段所开设的物理课程，向初学者描绘了物理世界的基本规则和整体图景，需要学生在学习中逐步培养归纳概括能力、想象思维能力和逻辑推演能力，学生首次接触比较困难。

动画能够将文字、图像、声音等整合并生动形象地呈现，把抽象、枯燥的物理概念用生动有趣动画表现出来，更容易为学生所接受，有利于提高学生学习的主动性和积极性。

（2）符合初中学生思维特点。初中阶段学生处在身心发展逐步趋于成熟的青少年期，抽象逻辑思维正在慢慢形成，但在很大程度上仍以感性思维为主，需要大量具体形象的事物支持才能理解抽象概念语言，往往需要足够的感性体验才能有效地激发物理学习的兴趣[2]。他们的认识以经验为主，理解知识大都依赖于日常经验[3]。因为经验有限，学生在分析问题时往往较片面，经常凭借自己的感觉分析问题，具有很强的主观性，不利于问题的解决。

在教学中引用动画符合学生思维特点的，动画在设计时经常把日常生活中常见的具体事物作为抽象概念的类比对象，生动且直观，对于学生而言，降低了理解抽象物理知识的难度。教师可以在教学中重复播放动画，让学生通过动画直观地理解物理概念的内涵和外延，帮助学生消化难点、掌握重点。

（3）紧随教育信息化的发展。初中物理新课程标准中明确提出，要重视现代信息技术在物理教学中的运用，积极探索现代信息技术作为教学手段的应用[4]。这意味着教师要注重利用现代化教学手段辅助教学，促进教学的有效性。物理概念教学要求学生准确理解概念的意义，明确概念的适用条件，并在学习过程中体会研究概念的方法，应用概念解决实际的问题。将动画这一信息技术手段应用于物理教学中，符合初中物理新课标和物理概念教学的要求，与教育信息化的时代背景相契合。

2 初中物理电流概念教学问题分析

2.1 电流概念梳理

以人教版教材为例，“电流”的概念最初出现在初中物理“电流和电路”一章中，是学生开始学习物理电学知识最先接触的基本概念。与此同时，“电流”也是物理概念中典型的抽象性概念。在日常的生活中没有具体的实物表象与其相对应，学生作为初学者，理解这一抽象的物理概念存在困难。

电流概念教学中主要有几个知识点需要学生掌握：（1）电流的定义。电荷的定向移动形成电流，这里的“电荷”有3种情况，可能是“正电荷”，也可能是“负电荷”，还可能是“正、负电荷”。（2）学生需要明白“正电荷定向移动的方向为电流方向”的规律。在电源外部，电流的方向是从电源正极流向负极的，在电源内部则相反。（3）产生电流的条件。回路中必须有电源，且回路要闭合。

从学习电流部分开始，学生逐步地学习了一系列的电学知识。以电流为主线，学生从对电路的认识，到对欧姆定律等电路基本规律的探索，再到对电与磁知识的初探等，电学的大厦在学生的头脑中开始逐步建立。学生在此过程中发展抽象和逻辑思维能力，其物质观、能量观、相互作用观也会随之逐步清晰完善，可谓电流“一线”贯穿始终。

该部分知识具有一定的抽象性，学生在学习中经常会出现难点问题，即（1）不能很好地理解并分析电流形成中的两种电荷的运动情况。（2）容易混淆金属导体中电流方向与电荷移动方向。（3）不理解电源内部的电流方向及电荷运动情况。不能理解电源为什么源源不断地提供电流。

2.2 电流概念教学问题分析

（1）照本宣科式的教学依然存在。日常生活的方方面面都离不开“电”，学生在学习“电流”概念之前，一定对“电”有所了解，具备关于“电流”的前概念。无论他们有着怎样的前概念，都表明学生不是空白进入课堂的，他们有自己的认知基础，需要教师精心引导才能形成正确、科学的电流概念。

但在实际的电流概念教学中，常常忽略学生的认知水平，只让学生机械地“记住”电流概念，而不注重分析讲解电流的形成过程和本质，使得概念教学流于表面，其结果就是学生对电流概念的模糊不清，产生错误的理解[5]。学生不理解导体中发生定向移动的电荷情况，不清楚电流方向与电荷定向移动二者间的关系，虽然可以靠机械记忆“记住”，但不会活学活用，一旦应用情境发生变化就会出错，时间一长，学生会认为物理难学，对物理学习产生抵触情绪，不利于学生长期发展。

（2）教学方法单一。多数教师在教学中使用了尽可能详细的话语和大量的例子帮助学生理解电流概念，但教学效果往往达不到预期。原因之一就是教学方法的单一性，只采用口头讲授的形式，学生根据教师的语言描述想象“电流”，或者根据静态的图片推测动态的“电流”，学生无法真正理解教师的描述，使得教学的有效性大打折扣。可见，在面对“电流”这类抽象的物理概念时，教师若是仅仅采用语言讲述的教学方式，效果很难达到预期。在抽象概念面前，尤其是对于初中阶段的学生而言，文字讲述总显得苍白无力。

（3）缺乏有效的理论模型。在电流概念的教学中，教师最常引用的就是水流模型，即把“电流”类比成“水流”一样的东西，水流动的方向便是电流的方向。水流模型用类比的办法帮助学生体会电流的特点，感受电流的方向，学生易于理解。但水流模型也存在着不足之处，即模型本身不够完善，描述表达的重点不够突出，难以解释清楚电流产生的本质。

虽然考虑了水流模型的不足，但在重新设计电流模型时，为了描述的方便，把金属中“产生电流”的模型解释设定为“正电荷的定向移动”，认为电流模型的重点是向学生表明电路中电流的方向，可以暂时忽略电荷的电性，只需在演示时向学生强调“其实在金属导体中移动的是自由电子”即可。其结果是学生很可能忽视教师的强调，反而加深头脑中“金属导体中是正电荷的定向移动而形成电流”的错误认知。

3 构建初中物理电流概念的动画

对于电流概念教学，可以通过设计“电流”的动画辅助抽象的文字描述，通过动画这一形象的表现方式帮助学生想象，促进学生理解电流概念。研究发现，电流的理论模型都是力求从本质出发，站在更高的知识角度对初中电流概念进行更细致的描述，可以借此进行动画设计，从微观角度展示“导体中有电流通过”的状态，并展示“电源工作”时的动画，帮助学生突破难点。目前能在计算机上制作动画的软件有很多，如Flash、AE、RETAS等，都可以做出不错的动画效果。

3.1 动画设计思路分析

在初中阶段，学生常接触金属和酸、碱、盐水溶液两类导体，不同导体连接在电路中产生电流时，电荷发生定向移動的情况不同。金属原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成，可认为原子核不能移动，核外电子可以移动。通电时，金属导体（导线）中的负电荷（自由电子）定向移动形成电流；在盐的水溶液如NaCl溶液，电离出的钠离子Na+和氯离子Cl-，由于电荷“同性相吸、异性相斥”的原理，正电荷移向靠近电源负极一侧，负电荷移向靠近电源正极一侧，正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成电流。

（1）金属导体导电动画。先呈现整个电路在开关断开时的整体图，包括电源、开关、用电器（小灯泡）和导线等电路组成部分，动画呈现闭合开关前后，导体中的自由电子运动情况，方便帮助学生理解电流的产生及电荷的运动情况以及电流方向与电荷定向移动的关系，如图1所示。

（2）NaCl溶液导电动画。延续上述方法，先呈现没有通电时盐的水溶液（NaCl溶液）的微观状态，溶液中存在大量的正电荷和负电荷（正离子和负离子），它们都在做无规则运动，然后呈现闭合开关的电路图，NaCl溶液的正电荷和负电荷同时向相反的方向定向移动，正电荷向靠近电源负极的一侧移动，负电荷向靠近电源正极的一侧移动，并标出NaCl溶液中电流的方向与正电荷定向移动的方向相同。以此帮助学生理解正负电荷同时定向移动形成电流的难点问题，如图2所示。

（3）工作电源内部动画。电源（化学电池）处在工作状态时，其内部同时存在着正、负电荷的定向移动。因为电源的负极比正极性质活跃，往往容易失去电子，这些电子通过导线积聚到电源正极，电源内部的正电荷为了得到电子便会流向电源正极，即电源内部的电流方向是从负极到正极。针对学生不易理解电源内部的电流方向的难点，采用拟人的方法，设计“电源小精灵”充当电源内部电荷的“搬运工”，它们克服同种电极和电荷间的斥力，分别把正、负电荷依类“搬到”电源的正、负极，从而电源可以源源不断地提供电流，如图3所示。

3.2 动画演示原理

演示呈现整个电路的电荷运动情况及电流方向，也可以分别呈现电源外部及电源内部的电荷运动情况及电流方向。

通过电流形成的动画设计，清楚地向学生展示金属导体中电流形成的原因及微观本质，并形象直观地呈现在金属导体中，电流方向与负电荷电荷定向移动的方向相反，帮助学生解决难点一。至于学生疑问为什么不把自由电子定向移动方向规定为电流方向，则可根据科学史上电子的发现迟于电流概念的提出时间进行解释。“NaCl溶液导电动画”向学生清楚地展示了在盐的水溶液中正、负电荷（正、负离子）都可以发生定向移动而导电，电流方向与正电荷定向移动的方向相同。通过此动画，学生可以区别金属导体导电和酸、碱、盐水溶液导电原理的不同，解决难点二。

“工作电源内部动画”的设计，向学生生动地呈现了电源内部的电流方向。教师可以在演示时向学生解释，是因为“电源小精灵”一直在忙着“搬运”电荷到相同的电极，它们在此过程消耗了自身的能量，电源才能够源源不断地提供电流。也能使学生初步明白电源的能量转化过程，为后面的学习做好铺垫。

4 结论

动画作为一种重要的现代技术手段，对提升教师的信息化教学素养和促进课堂教学效果都具有重要价值。目前动画制作平台的多样，制作技术的便利，使得动画在教学中独特的应用价值被不断开发，在教育领域的运用正处于上升阶段。

学生正确理解物理概念是学好物理的第一步。教师在物理电流概念教学中引入动画，促进学生的理解，学生在学习中发展科学思维，提升思辨智慧，生动直观的动画吸引学生的注意，强化学生记忆，提高教学效果。除此之外，教师要充分发挥动画资源的作用，离不开大胆创新和积极开发，在制作动画时要多方考虑，尽量精简元素，突出重点，要符合物理教学的规律，合理地在物理教学中渗透动画，才能促进物理教学的发展。

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参考文献：

〔1〕马虎奎.动画资源在高中物理教学中的应用[J].数理化解题研究，2020，24（12）：44-45.

〔2〕黄东梅.初中生物理学习心理思维特点调研与实践建议[J].中学物理（初中版），2016，34（07）：3-4.

〔3〕沈志亮.基于学生思维和心理特点的物理学习习惯养成初探[J].中学物理，2016，34（16）：4-5.

〔4〕教育部.义务教育物理课程标准（2021版）[S].北京：人民教育出版社，2021.

〔5〕胡亚云.基于变易图式的初中物理概念教学策略研究[D].重庆：西南大学，2022.