借助過程圖形化 促思維深度參與獲獎科研報告

借助過程圖形化促思維深度參與獲獎科研報告

初中學生的思維方式正處于由形象思維向抽象思維發(fā)展的過渡階段，而物理實驗分析對學生的抽象思維要求較高，因此部分學生掌握起來比較困難。將生動、形象的視頻和圖像引入教學，是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的有效途徑。

一、實驗示意圖存在的不足

物理圖像表征是將抽象思維轉(zhuǎn)向形象思維的橋梁，有助于學生深入認識物理本質(zhì)[1]。但相關(guān)研究主要集中在對圖像表征的解讀（圖形的含義、坐標圖像）等抽象問題的數(shù)形結(jié)合應用方面，將圖形應用于實驗過程分析，旨在促進學生理解、獨立設計實驗過程的研究較少。此外，現(xiàn)有研究也存在一些不足。

一是實驗圖形形式抽象、單一?，F(xiàn)有的實驗圖形多數(shù)以實驗抽象模型、坐標曲線形式出現(xiàn)，對學生的邏輯思維水平要求比較高，與初二學生認知能力之間存在較大差距。

二是實驗圖像環(huán)節(jié)缺失，造成理解障礙。在教材和練習中，對實驗過程及現(xiàn)象的描述多以文字為主，并輔以幾幅簡圖。由于簡圖所描述的內(nèi)容跳躍性較大，文字敘述又比較簡單，導致學生對實驗過程的理解出現(xiàn)過程缺失，造成理解障礙。

三是實驗現(xiàn)象連續(xù)緊密，造成認識模糊。力學中一些實驗過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)淹沒于連貫緊密的實驗現(xiàn)象中，造成學生無法準確分析實驗結(jié)論。

二、實驗過程示意圖的作用

初中實驗過程示意圖能夠?qū)嶒炛胁灰渍莆盏模ǔ橄螅┻^程予以圖形化，突出實驗本質(zhì)，用簡單圖形方式描述實驗過程中的重點環(huán)節(jié)，對學生邏輯思維的發(fā)展起到了橋梁的作用。

一是降低難度。實驗分析比較抽象，而示意圖能將抽象、枯燥的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為形象、生動的圖形，有效降低了問題難度，有助于學生理解。

二是促進邏輯思維發(fā)展。實驗過程經(jīng)常很難觀察到位，對邏輯分析要求也較高。因此，將抽象的實驗問題轉(zhuǎn)化為圖形信息，是將形象、抽象思維整合的重要環(huán)節(jié)，也是促進學生邏輯思維發(fā)展的重要途徑。

三、實驗過程示意圖的應用

1.實驗過程示意圖的應用步驟

（1）現(xiàn)象復現(xiàn)，補足缺失。教材中對實驗過程的描述時，多以文字為主，雖然有些會輔以簡圖，但未能將實驗過程完整呈現(xiàn)在教材或?qū)嶒炠Y料中，容易造成理解障礙。如在使用特殊法測量物體密度的實驗中，僅用了圖1所示的兩幅簡圖，學生只能完成浮力測量，并間接測量質(zhì)量，缺失了體積環(huán)節(jié)，使學生理解困難。此時補充將石塊沉入水中的示意圖（見圖2），實驗過程的內(nèi)在邏輯關(guān)系就清晰了，學生可通過現(xiàn)象對比的直觀方式分析物體體積。這將有利于學生從整體視角把握實驗過程，有效降低問題難度。

（2）過程分解，突出核心。有些力學實驗本身過程連貫緊密，很難發(fā)現(xiàn)核心環(huán)節(jié)。此時就需要將實驗過程進行分解，找出“隱藏”的核心。如在彈性勢能實驗中分析動能最大位置（見圖3），由于實驗過程很連貫，很容易誤認為繩子自然伸長到A點時速度最大。但由受力分析可以發(fā)現(xiàn)，此時人受到的重力大于拉力，人仍然要向下加速，此時可補充位置C（重力與拉力平衡，加速度為零，速度最大）。學生討論分析，從矛盾中發(fā)現(xiàn)解決問題的思路，對整個過程的能量轉(zhuǎn)換及狀態(tài)分析的認識明顯提升。在這類實驗中用示意圖提煉核心環(huán)節(jié)，可促進學生分析能力的提高。

（3）形象直觀，突破難點。在分析實驗過程中的問題時，經(jīng)常遇到過程抽象、難以理解的情況，采用實驗示意圖與數(shù)學建模相結(jié)合的思路，能起到降低分析難度的作用。如在利用天平、燒杯和水來測量石塊密度的實驗設計中，圖4可幫助學生聯(lián)想到此實驗效果與燒杯中盛滿水時的效果是一致的，那么物體的體積可經(jīng)由浮力進行間接測量。

（4）設計實驗步驟，形象到抽象。學生根據(jù)任務要求，自主完成實驗步驟的合理設計，是能力的重要體現(xiàn)。若要求學生在起始階段就用文字形式描述實驗過程會比較困難，用過程示意圖可引導學生進行深度學習，促進抽象思維向形象思維的轉(zhuǎn)化，有利于學生實現(xiàn)由直觀思維到邏輯思維的順利發(fā)展，促進學生對實驗過程的整體把握。

2.培養(yǎng)學生應用能力

實驗過程轉(zhuǎn)化為示意圖的過程是學生不斷深入理解實驗的過程，是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的過程，也是促進學生學業(yè)成績提升的有效途徑。

（1）加強繪圖訓練。應有意識地培養(yǎng)學生繪制簡單的實驗器材圖形的能力，初步建立模型意識。通過專題訓練，即“課上示范—作業(yè)鞏固—檢測反饋”，使學生熟練使用示意圖。

（2）引導習慣養(yǎng)成。初中學生對物理實驗過程的理解還比較淺顯，教師應借助典型實驗范例，幫助學生感受示意圖的重要作用，引導學生使用示意圖。對此，可以在重要檢測中，要求學生在實驗設計環(huán)節(jié)運用過程示意圖輔助實驗程設計，推動學生由習慣到素養(yǎng)的逐步轉(zhuǎn)變。

（3）促進合作交流。合作交流是圖形轉(zhuǎn)換的必要保障。因此，借助及時激勵、示范引領，為學生的交流提供平臺，可