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思维可视化在高中物理力学教学中的应用研究

发表时间：2021/8/13 来源：《中小学教育》2021年9月3期作者：唐仲羽

[导读] 思维可视化，能够将隐性的思维过程显现出来，在教学过程中应用可视化思维，能够帮助教师更好地把握学生的学习情况、心理动机等，便于优化教学方案。文章以高中物理力学教学为例，基于信息技术背景下，分析思维可视化与高中物理力学教学深度融合的策略。

唐仲羽桂林市逸仙中学
【摘要】思维可视化，能够将隐性的思维过程显现出来，在教学过程中应用可视化思维，能够帮助教师更好地把握学生的学习情况、心理动机等，便于优化教学方案。文章以高中物理力学教学为例，基于信息技术背景下，分析思维可视化与高中物理力学教学深度融合的策略。
【关键词】思维可视化；高中物理；力学教学
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982 （2021）09-175-01

        1思维可视化与高中物理力学教学深度融合的意义
        在高中物理课堂中，有一种非常普遍的现象：学生在课堂中听了就会，一下课就忘记课堂内容，做题时又完全不会。出现这种情况的原因包括以下几个方面，第一，学生的思维并未跟上教师的讲解速度。通常情况下，每节课上课前教师都会备课，因此，课堂教学活动是教师提前设计好的，只需要按照预设的流程完成课程内容即可。由于多数学生未能够进行预习，而且在课堂中没有投入自己的思考，难以深入理解知识。第二，答案的生成过程滞后于答案的公布时刻。高中阶段学习任务比较重，课堂容量比较大。多数学生还处于知识的加工过程中，物理教师就已经公布了问题的答案。在这种情况下，很多学生就停止了思考，将目光放在了答案上边，进而导致答案的生成过程缺失。
        从建构主义学习观来讲，人们习得知识并非通过他人的传授获得的，而是个体充分运用学习资源，在与其他人的相互协调下，通过建构的方式获取的。在这一过程中，学生经历了理解、转化、应用三个环节。在学生建构知识的过程中，利用思维可视化，能够激发学生对物理学习的热情，让学生掌握更多处理物理问题的方法。因此，思维可视化与高中物理力学教学深度融合具有重要的实践意义。
        2信息技术背景下思维可视化与物理力学教学深度融合的策略
        2.1采取思维导图的方式开展物理力学教学
        教师需要教会学生如何画出思维导图，在绘制的过程中，需要从以下几个方面着手：第一，引导学生理清这一章节思维导图的绘制方法，并进行针对性的指导。在讲解“共点力作用下物体的平衡”时，采取思维导图的方式开展教学活动，可以将教学活动分成五个方面的内容，即：平衡态是什么？平衡的特点是什么？怎么不丢力，怎么进行受力分析？典型模型是什么？常用的解题办法有哪些。其中前两个问题是基础的概念，第三个问题中的受力分析，必须要归纳出受力的对象，并判断出受力分析的顺序。根据运动状态，能够为平衡中的模型构建奠定基础。最后，归纳平衡问题的常见解题办法，主要包括两大类，即“三角形法与解析法”
        借助于这种整合方法，能够帮助学生明确物理力学问题的处理思路。针对于一些常见的专题物理课程，都能够借助于思维导图的方式，明确力学课堂教学的重点，并总结出力学问题的解答办法。第二，引导学生对力学章节的脉络进行梳理，并形成知识框架，能够加深学生对本章节内容的认识，让学生能够全面把握力学考察的主要题型等。当然，思维导图的应用方式可以是不一样的，比如：教师可以完成一半，学生完成另一半。常见的包括填空式导图、自主创作导图。信息技术背景下，教师可以让学生借助于计算机完成导图的绘制。

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        采取选择式导图方法，对知识体系完成性的要求相对比较高，能够涵盖更多的知识点。填空式导图是在制作好的导图上留空白，让学生补充其中的关键词，学生可以结合自己掌握的力学知识进行补充。自主创造导图法，是一种开放式的制作方法，不会限制学生的思维，让学生能够自主归纳力学的相关知识点。
        2.2采取概念图的方式开展物理力学教学
        以“重力相互作用”教学为例，在学习这一章节内容之前，学生已经掌握了力的基础知识，包括什么是力，力的三要素等，学生的思维中已经形成了重力知识的相关概念，这为本节课的学习奠定了基础。在新课导入环节中，教师可以充分借助于信息技术手段，播放一个段视频“在一个足球比赛中，运动员用教练射门”，要求学生能够结合视频，分析足球运动员在这一过程中的运动状态。然后，教师可以布置实验任务“用力压悬空的直尺”，提出问题“请思考足球的运动状态为什么会产生变化？直尺为什么会产生形变呢？”学生完成实验后，提出“足球的运动状态产生了变化，是因为受到了力的作用，同时，直尺产生形变的原因也是受到了力的作用”。教师总结“结合实验可以看出，力能够改变物体的运动状态，还能够让物体产生形变。”最后，教师布置课后巩固作业，结合本节课的学习内容，绘制出概念图。
        2.3采取图符显化的方式开展物理力学教学
        高中生的思维方式虽然已经完成了具体到抽象的转变，但是在初步了解一些概念的情况下，采取合适的符号或者图示，可以降低学生思维的难度，加深学生对物理问题的理解。以“研究摩擦力的特征”教学为例，教师可以利用多媒体展示一个实验，“把一个木块放在一个水平的长木板上（如甲图），然后水平向右拉动木块移动，拉力F逐步加大。利用力传感器测量拉力与摩擦力的大小f，得到图乙。 ”
        已知条件：木块的质量等于0.78㎏（g=10m/s2），那么木块与木板之间的最大摩擦力是多少？如果拉力F是恒定的，木块的加速度是2m/s2，那么拉力F怎么计算？
        这个例题在物理中非常常见，很多学生在看到这种题目时，往往不进行分析便开始解答，导致最后的结果与正确答案存在偏差。在实际的教学过程中，教师可以以这个题目为基础，设计以下几个方面的问题，在图乙中，所描述的两个物理量之间存在什么样的关系？如何利用示意图展示物体实际的运动过程呢？通过这种问题，可以帮助学生加深对物理力学图像的认知，并让学生积极利用兔兔转化的方式，将思维的过程展示出来。
        结束语
        综上所述，在高中物理力学教学中，应用思维可视化，能够把学生的思维过程显现出来，可以让教师更好地把握学生的学习情况，并在课堂中结合学生的学习情况适当放慢教学节奏，提升力学课堂教学效果，促进学生的关注点逐步从知识层面到思维层面进行拓展。在信息技术快速发展背景下，教师需要进一步基于信息技术，探索思维可视化与物理学教学有机整合的对策，提升物理的教学质量。
参考文献：
[1]耿腊香,吕朝阳.用几何画板实现思维可视化——以“带电粒子在匀强磁场中的运动”的教学为例[J].物理之友,2021,37(03):4-7.
[2]陈丽华,张金良.基于概念图的高中物理可视化教学初探——以“曲线运动”一章为例[J].教育教学论坛,2020(13):285-287.