馬拴科

（甘肅省金昌市第二中學(xué)，甘肅金昌 737202）

高中物理學(xué)科中包含著大量的微觀知識(shí)點(diǎn)，如作用力、摩擦現(xiàn)象、內(nèi)能、電磁感應(yīng)、加速度等。這些知識(shí)點(diǎn)不僅抽象、難懂，而且有些遠(yuǎn)離學(xué)生的日常生活，是學(xué)生不容易掌握的重點(diǎn)。在傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)中，師生雙方往往都付出了大量的時(shí)間和精力，卻沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。長(zhǎng)此以往，不僅制約了學(xué)生物理成績(jī)的提升，也導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭煩的情緒?？梢暬虒W(xué)模式是建立在計(jì)算機(jī)軟件、多媒體技術(shù)之上的，能夠?qū)⒃境橄蟮奈锢砦⒂^知識(shí)點(diǎn)，直觀、形象、動(dòng)態(tài)化地呈現(xiàn)出來(lái)。教師將可視化技術(shù)應(yīng)用到物理微觀知識(shí)的教學(xué)中，能夠有效轉(zhuǎn)變當(dāng)前課堂教學(xué)中存在的諸多弊端，從而提升微觀物理知識(shí)的教學(xué)質(zhì)量。

一、高中物理微觀知識(shí)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）高中物理微觀知識(shí)教學(xué)模式單一

雖然新課程改革中明確了高中物理課堂微觀知識(shí)點(diǎn)的多維度教學(xué)目標(biāo)，但是教師在開(kāi)展課堂教學(xué)時(shí)，依然無(wú)法擺脫應(yīng)試教育理念的束縛，往往以“提升學(xué)生的成績(jī)”作為唯一的教學(xué)目標(biāo)，不注重學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的情感。教師往往圍繞微觀知識(shí)的重點(diǎn)規(guī)律展開(kāi)講解，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)背誦等方式進(jìn)行記憶，并借助海量的訓(xùn)練題目幫助學(xué)生對(duì)課本中的知識(shí)進(jìn)行鞏固。這種教學(xué)理念無(wú)法讓學(xué)生深入理解物理微觀規(guī)律，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)僅限于表層，無(wú)法獲得能力提升。

（二）傳統(tǒng)“填鴨式”的教學(xué)方法依然占據(jù)主導(dǎo)地位

高中物理新課程改革背景下，教師在組織課堂教學(xué)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的學(xué)習(xí)需求等，靈活選擇教學(xué)方法，以不斷提升課堂教學(xué)的有效性。從當(dāng)前高中物理課堂教學(xué)的現(xiàn)狀來(lái)看，一些教師依然采用“灌輸式”的模式，結(jié)合教材上的內(nèi)容，通過(guò)口頭講解的模式灌輸給學(xué)生。學(xué)生只能進(jìn)行機(jī)械式地記憶，被動(dòng)地接受知識(shí)，不能夠理解知識(shí)的內(nèi)涵與外延，始終束縛在思維定式之中，這一現(xiàn)狀難以滿(mǎn)足物理學(xué)科素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)。

（三）對(duì)物理實(shí)驗(yàn)重視不夠，甚至忽視物理實(shí)驗(yàn)

物理學(xué)科是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，物理實(shí)驗(yàn)在整個(gè)物理教學(xué)中具有不可估量的價(jià)值，唯有通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生才能真正理解物理概念、掌握物理規(guī)律等，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)展自身的操作能力等學(xué)科素養(yǎng)。但當(dāng)前高中物理微觀知識(shí)的教學(xué)中，常常出現(xiàn)忽視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)象，尤其是一些難以完成的微觀物理實(shí)驗(yàn)，教師基本上采用“講實(shí)驗(yàn)”的模式，僅僅是讓學(xué)生背誦實(shí)驗(yàn)操作步驟，以至于嚴(yán)重制約了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果［1］。

二、高中微觀物理可視化教學(xué)模式探究

（一）高中物理微觀知識(shí)可視化教學(xué)模式應(yīng)用原則

基于物理微觀知識(shí)教學(xué)中面臨的諸多困境，以及物理新課程標(biāo)準(zhǔn)下的教學(xué)要求，教師運(yùn)用可視化教學(xué)理論開(kāi)展物理教學(xué)，已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。在具體教學(xué)實(shí)踐中，要想真正發(fā)揮可視化教學(xué)模式的價(jià)值，教師應(yīng)堅(jiān)持以下三個(gè)應(yīng)用原則。

1.教師主導(dǎo)與學(xué)生主體相結(jié)合

教師必須樹(shù)立正確的師生觀，明確學(xué)生在課堂上的主體地位，以及自身在教學(xué)中的主導(dǎo)地位，以保證教學(xué)效果。教師在實(shí)施可視化教學(xué)之前，應(yīng)精心做好課前準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)好整個(gè)教學(xué)過(guò)程。同時(shí)教師還應(yīng)將更多的課堂時(shí)間留給學(xué)生，關(guān)注并照顧所有層次的學(xué)生，確保所有學(xué)生都能參與其中。

2.民主性

在高中物理可視化教學(xué)模式下，教師應(yīng)給學(xué)生營(yíng)造民主和諧的課堂氛圍，引導(dǎo)學(xué)生敢于提出問(wèn)題、敢于發(fā)表觀點(diǎn)，最終促使學(xué)生在參與中激發(fā)自身的潛能，發(fā)散自身的思維。同時(shí)，在這一過(guò)程中，教師還應(yīng)理性看待學(xué)生之間的層次性，運(yùn)用不同的標(biāo)準(zhǔn)要求不同的學(xué)生。

3.直觀性

在教學(xué)過(guò)程中，教師必須堅(jiān)持直觀性的原則，借助實(shí)物、信息技術(shù)等，將抽象、復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生的視覺(jué)范圍之內(nèi)，使學(xué)生在直觀感知中理解和掌握知識(shí)。

（二）依托可視化技術(shù)，直觀展示教學(xué)內(nèi)容

高中物理微觀知識(shí)比較抽象、復(fù)雜，學(xué)生的學(xué)習(xí)難度比較大，通過(guò)直接講解或是文字?jǐn)⑹?，學(xué)生往往無(wú)法形成深層次的感知，不能夠透徹地理解知識(shí)本質(zhì)。面對(duì)這一現(xiàn)狀，在可視化教育理論的指導(dǎo)下，高中物理教師在優(yōu)化微觀知識(shí)教學(xué)時(shí)，就可以借助教學(xué)視頻進(jìn)行可視化輔助教學(xué)，將抽象、難以理解的微觀知識(shí)點(diǎn)直觀、形象地展示出來(lái)，以便于學(xué)生構(gòu)建微觀與直觀的知識(shí)體系，從而有效完成微觀物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。

例如，在“電勢(shì)”這一微觀知識(shí)的教學(xué)中，由于概念抽象，學(xué)生不好理解，為了幫助學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)形成直觀的感知，教師可以采用可視化的教學(xué)模式對(duì)“電勢(shì)”進(jìn)行模擬演示。教師可以在網(wǎng)絡(luò)上搜集與“電勢(shì)”相關(guān)的動(dòng)畫(huà)視頻，借助視頻的方式，將本章節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容全部呈現(xiàn)在學(xué)生面前，以便于學(xué)生直觀感知抽象的微觀知識(shí)，從而形成形象化的感知，深入理解“電勢(shì)”的概念。接著教師可以給學(xué)生展示“閉合電路電勢(shì)升降動(dòng)畫(huà)”的視頻，通過(guò)改變閉合電路的各項(xiàng)條件，諸如電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻、外電阻、電路結(jié)構(gòu)等，讓學(xué)生感受“電勢(shì)”的變化。在視頻輔助下，學(xué)生能夠激發(fā)出探究微觀物理知識(shí)的欲望，并在探索過(guò)程中逐漸完成物理知識(shí)的高效學(xué)習(xí)。

（三）基于可視化技術(shù)，開(kāi)展物理微觀實(shí)驗(yàn)

物理研究往往建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，無(wú)論是伽利略的動(dòng)力學(xué)研究，還是托里拆利的大氣壓強(qiáng)，抑或法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都是建立在物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上?？梢哉f(shuō)，物理實(shí)驗(yàn)不僅是物理學(xué)習(xí)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生物理綜合素養(yǎng)、科學(xué)探究精神的關(guān)鍵。然而，一些物理微觀實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)條件、環(huán)境和操作等方面的原因，往往不容易輕松開(kāi)展。對(duì)此，教師就可以借助可視化技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展微觀仿真實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)獲得知識(shí)，深入理解物理規(guī)律，發(fā)揮高中物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值。

例如，在“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”這一知識(shí)的教學(xué)中，教師就可以運(yùn)用可視化技術(shù)開(kāi)展“平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的仿真實(shí)驗(yàn)。首先，教師可以展示一個(gè)物體在光滑的平面上以速度v 勻速運(yùn)動(dòng)，記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡；其次，教師可以將一個(gè)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡；最后，教師可以將平面運(yùn)動(dòng)的物體和自由落體運(yùn)動(dòng)的物體軌跡進(jìn)行合成，展現(xiàn)出以速度v 平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。在可視化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以依據(jù)自己的理解或方案改變實(shí)驗(yàn)的條件，觀察不同實(shí)驗(yàn)方法和思路的差異，分析平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，構(gòu)建平拋物體的運(yùn)動(dòng)模型，使得學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的輔助下，對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)形成深層次的感知，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，在可視化仿真物理實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等提出質(zhì)疑，并嘗試自主解決疑問(wèn)，在實(shí)驗(yàn)中逐漸形成科學(xué)探究素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度［2］。

（四）構(gòu)建可視化情景，強(qiáng)化微觀概念學(xué)習(xí)

現(xiàn)代教育學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，人的學(xué)習(xí)活動(dòng)總是和某種情景聯(lián)系在一起。教師唯有將學(xué)生置于特定的學(xué)習(xí)情景中，才能喚醒學(xué)生的思維，喚醒學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并使學(xué)生在原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，完成新知識(shí)的學(xué)習(xí)。物理微觀知識(shí)中存在大量難以理解的物理概念和知識(shí)點(diǎn)，教師如果單純地按照教材上的文字進(jìn)行描述，學(xué)生往往難以理解。面對(duì)這一現(xiàn)狀，基于可視化教學(xué)理論，教師就可以運(yùn)用可視化技術(shù)，圍繞抽象的微觀知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)可視化的教學(xué)情景，充分借助教學(xué)情景幫助學(xué)生完成抽象物理概念的有效學(xué)習(xí)。

例如，在“超重和失重”這兩個(gè)物理概念的教學(xué)中，教材中只是通過(guò)例題的方式對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中面臨著較大的困難。而教師通過(guò)可視化技術(shù)展示生活中的“超重和失重”現(xiàn)象，能夠給學(xué)生營(yíng)造一個(gè)可視化的學(xué)習(xí)情景：利用一個(gè)兩米高的支架，將兩個(gè)定滑輪進(jìn)行固定，自制一個(gè)勁度系數(shù)比較小的套筒式彈簧秤，并將彈簧秤的上端和細(xì)繩連接起來(lái)，在彈簧秤的下端掛一個(gè)比較重的物，用不同的力道拉細(xì)繩，觀察彈簧秤示數(shù)的變化。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可結(jié)合拉力的實(shí)際情況，使重物在滑輪上分別做向上、向下兩種運(yùn)動(dòng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，向上做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，物體會(huì)處于超重的狀態(tài)，而彈簧秤上的示數(shù)就會(huì)出現(xiàn)變大的現(xiàn)象；當(dāng)其向下做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，物體就會(huì)處于失重的狀態(tài)，彈簧秤上的示數(shù)就會(huì)出現(xiàn)變小的現(xiàn)象。在可視化的物理情景中，學(xué)生就可以快速掌握這兩個(gè)物理概念，理解“超重和失重”的本質(zhì)特征，從而提高學(xué)習(xí)效果［3］。

（五）基于可視化技術(shù)，豐富教學(xué)形式

高中微觀物理教學(xué)中，教師需要充分發(fā)揮可視化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將物理微觀知識(shí)通過(guò)直觀形式顯示出來(lái)，確定可視化教學(xué)的具體類(lèi)型，積極增強(qiáng)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)。當(dāng)前，高中微觀物理的教學(xué)當(dāng)中，可視化的教學(xué)形式最為常見(jiàn)的是思維導(dǎo)圖、概念圖、魚(yú)骨圖等。

首先，思維導(dǎo)圖，主要是將主題關(guān)鍵詞作為中心，立足于主干逐漸向四周發(fā)散，使各個(gè)分支構(gòu)成互相連接的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。思維導(dǎo)圖具備邏輯性以及發(fā)散性，其主干和各個(gè)分支之間是互相聯(lián)系的，且內(nèi)部有著明確的層級(jí)關(guān)系［4］。繪制思維導(dǎo)圖的具體步驟為：第一步，按照高中物理的具體教學(xué)目標(biāo)，把中心主題即關(guān)鍵詞置于中心位置；第二步，把中心主題及其一級(jí)、二級(jí)主題進(jìn)行任務(wù)分解，并繪制相應(yīng)的分支，構(gòu)成思維導(dǎo)圖的框架；第三步，主要通過(guò)色彩或者粗細(xì)不同的線條區(qū)分重難點(diǎn)；第四步，明確各個(gè)分支的關(guān)鍵詞，并融入相應(yīng)的圖像與圖形，并對(duì)思維導(dǎo)圖的具體內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。

其次，概念圖，主要是通過(guò)節(jié)點(diǎn)對(duì)概念進(jìn)行代表，通過(guò)線條進(jìn)行連接，并通過(guò)文字加以標(biāo)注與展示。概念圖有著顯著的層級(jí)結(jié)構(gòu)，其交叉連接形式可以充分呈現(xiàn)出知識(shí)之間的連貫性以及創(chuàng)造性。在對(duì)概念圖進(jìn)行繪制時(shí)，主要方式是通過(guò)計(jì)算機(jī)繪制概念的內(nèi)涵和外延。如對(duì)“磁場(chǎng)”進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師就可以通過(guò)信息技術(shù)展示磁場(chǎng)的概念圖，包括磁場(chǎng)產(chǎn)生的本質(zhì)、磁場(chǎng)的描述、磁場(chǎng)力、應(yīng)用等方面的內(nèi)容，以更好地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)，并將其可視化。

最后，魚(yú)骨圖，主要模仿魚(yú)的骨架繪制出相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，魚(yú)骨圖的架構(gòu)主要立足于問(wèn)題的導(dǎo)引以及解決，魚(yú)頭代表著問(wèn)題；“魚(yú)脊椎”代表著問(wèn)題出現(xiàn)的根源；“魚(yú)的大骨”代表著問(wèn)題有效解決的核心要素；“魚(yú)小骨”代表著其他的相關(guān)細(xì)節(jié)要素。通過(guò)“魚(yú)骨圖”的運(yùn)用，教師能夠形象、直觀地呈現(xiàn)出相關(guān)物理問(wèn)題及其生成原因、解決措施等。由此可知，高中物理教學(xué)中，教師可以通過(guò)三種可視化的方式，增強(qiáng)課堂整體的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（六）運(yùn)用可視化技術(shù)，構(gòu)建完整知識(shí)體系

高中物理中包含著非常多的微觀知識(shí)點(diǎn)、公式，多數(shù)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中都面臨著非常大的困難，如知識(shí)點(diǎn)繁雜、難以記憶、知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系混亂。在這種背景下，學(xué)生如果只是機(jī)械式地背誦、孤立地學(xué)習(xí)，很難達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。而各物理知識(shí)點(diǎn)之間又是緊密相連的，知識(shí)點(diǎn)縱橫交錯(cuò)、環(huán)環(huán)相扣，其中有主干知識(shí)，也有分支知識(shí)，更有細(xì)枝末節(jié)。

例如，在“力和運(yùn)動(dòng)”的知識(shí)體系中，“力和運(yùn)動(dòng)”是核心，牛頓運(yùn)動(dòng)定律以及動(dòng)能定理是方法，動(dòng)能定理就是在牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的。此時(shí)，為了強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師就可以借助可視化技術(shù)幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，將繁雜的物理知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，使其成為可視化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，或者知識(shí)圖像。另外，在具體的教學(xué)過(guò)程中，教師還可以充分借助各種圖形軟件，借助結(jié)構(gòu)圖、邏輯關(guān)系圖等將物理知識(shí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來(lái)，最終使學(xué)生在可視化的學(xué)習(xí)工具引導(dǎo)下，完成物理各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的高效學(xué)習(xí)。

綜上所述，物理學(xué)科教學(xué)中包含著大量的微觀知識(shí)點(diǎn)，不僅是課堂教學(xué)的重點(diǎn)，也是教學(xué)難點(diǎn)。然而當(dāng)前高中物理微觀知識(shí)課堂教學(xué)中，受多種因素的制約，教學(xué)效果不盡如人意，依然存在諸多問(wèn)題，嚴(yán)重制約了學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展。基于此，高中物理教師必須立足于物理微觀知識(shí)的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合可視化教學(xué)理念的內(nèi)涵，借助信息技術(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)物情景、思維導(dǎo)圖等，將微觀物理知識(shí)呈現(xiàn)在學(xué)生的視覺(jué)范圍之內(nèi)，以真正提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。