李德昭

□福建省南平市邵武市曬口善德中小學(xué)

物理模型教學(xué)是初中物理課程的核心，目的是幫助學(xué)生進(jìn)一步了解物理學(xué)的基本原理，并能進(jìn)行應(yīng)用實驗。新課改背景下初中物理模型教學(xué)存在教學(xué)方法單一、實操缺乏科學(xué)指導(dǎo)等問題，影響了物理模型教學(xué)的效果和質(zhì)量。知識可視化是將所學(xué)知識用圖像、表格等形式展現(xiàn)出來，使學(xué)生通過這些信息進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方式能夠幫助學(xué)生更好地理解知識，尤其是對于初中階段的學(xué)生來說，抽象、復(fù)雜的物理知識會給他們帶來很大的學(xué)習(xí)壓力。而在知識可視化教學(xué)中，教師可以將物理模型直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使其能夠更好地理解所學(xué)知識。基于此，本文分析知識可視化在初中物理模型教學(xué)中的應(yīng)用，并給出實際教學(xué)案例以供參考。

一、研究背景

隨著素質(zhì)教育的不斷推進(jìn)，新課標(biāo)對學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)越來越重視，要求教師要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育教學(xué)理念，在教學(xué)過程中要注重學(xué)生能力、思維的培養(yǎng)。初中物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，而模型教學(xué)是一種常用的物理教學(xué)方法，它可以使抽象的知識具體化、形象化，從而幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識。因此，在初中物理教學(xué)中引入模型教學(xué)，能夠使學(xué)生直觀地觀察到所學(xué)知識的形成過程，從而更加深入地理解所學(xué)知識。

然而在實際教學(xué)過程中，很多教師在進(jìn)行模型教學(xué)時仍然沿用傳統(tǒng)教育教學(xué)理念，導(dǎo)致學(xué)生無法掌握好物理模型中所蘊(yùn)含的知識。知識可視化可謂解決這些問題的一劑良藥。初中階段的學(xué)生思維活躍，喜歡動手操作。采用知識可視化方式開展教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其在模型教學(xué)中主動探索、合作探究，從而培養(yǎng)他們的動手操作能力。同時，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識進(jìn)行有效整合與構(gòu)建，在此過程中運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。

二、知識可視化在初中物理模型教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

初中物理模型主要是通過實驗以及演示來幫助學(xué)生建立物理知識的基礎(chǔ)。初中物理模型更加重視應(yīng)用與實驗，這也是物理模型在初中階段教學(xué)中對學(xué)生能力要求更高的原因。為了讓學(xué)生深入理解并掌握力學(xué)計算和數(shù)學(xué)模型背后的含義及相關(guān)概念，教師需要利用多種手段讓學(xué)生進(jìn)行實際操作，設(shè)計和制作一些簡單結(jié)構(gòu)模型滿足教學(xué)要求，有效提高學(xué)生在課堂中的參與度。

在初中物理教學(xué)中，教師需要分析、掌握學(xué)生的認(rèn)知特點，為其提供有效的學(xué)習(xí)策略。學(xué)生認(rèn)知規(guī)律具有一定的動態(tài)性和靈活性，教師需要充分發(fā)揮學(xué)生這一特點，并利用知識可視化的優(yōu)勢有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

首先，引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行自主探究。在初中物理教學(xué)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生積極參與到對知識的自主探究和發(fā)現(xiàn)中，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。其次，為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)支架。在初中物理教學(xué)中，教師需要結(jié)合知識特點和實際情況為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)支架，使其能夠在對知識進(jìn)行自主探究和發(fā)現(xiàn)中有效應(yīng)用知識解決實際問題。最后，對學(xué)生進(jìn)行全面評價。在初中物理教學(xué)中，教師需要關(guān)注每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和發(fā)展情況，對每一名學(xué)生進(jìn)行評價，為其提供有效的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。因此，在初中物理教學(xué)中，教師需要充分利用知識可視化的優(yōu)勢實現(xiàn)對學(xué)生全面評價。

三、知識可視化視覺表征工具及其作用

視覺表征是運(yùn)用圖像等視覺語言來傳達(dá)信息，著重于圖像與物體的關(guān)系，以及人們對視覺語言傳播和溝通的看法。主要包括概念圖、思維導(dǎo)圖以及知識動畫等形式。

（一）概念圖

1984 年，諾瓦克博士首先提出了概念圖理念。概念圖是通過連線來描述概念和概念之間的關(guān)系的，用法是將主題概念置于中央，先由連線將主題與相關(guān)概念聯(lián)系起來，再由連線來解釋二者之間的聯(lián)系，并逐步展開，最后構(gòu)成概念網(wǎng)。概念圖表的層次很清楚，能用最快的速度在腦海中重現(xiàn)該概念的層次結(jié)構(gòu)。

（二）思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖與人類的大腦有異曲同工之妙，可以有效地激發(fā)腦部的活動，是一種有效的輔助手段，不但可以改進(jìn)教師的教學(xué)方法，還可以改變學(xué)生的思維模式和認(rèn)知模式。思維導(dǎo)圖在整理知識方面具有無可替代的作用，可以清晰地顯示不同知識之間的關(guān)系。

（三）知識動畫

知識動畫是運(yùn)用電腦技術(shù)，以動態(tài)的、可視的形式展示知識以及知識的生成。在課堂教學(xué)中引入知識動畫，能夠讓課堂教學(xué)更具創(chuàng)意性。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師往往會使用圖像、視頻等輔助材料，對課堂教學(xué)有一定的促進(jìn)作用。知識動畫打破了傳統(tǒng)的影像局限，可隨時選擇暫停、重復(fù)播放，加強(qiáng)教學(xué)互動與溝通，以更好地服務(wù)于學(xué)生，改善其學(xué)習(xí)狀況。

四、初中物理模型教學(xué)中存在的問題

當(dāng)前，我國初中物理學(xué)科的教學(xué)方法和理論水平與新課改理念發(fā)展的要求還有一定的差距。初中物理模型教學(xué)是新課改的一個重要內(nèi)容，目的是為學(xué)生構(gòu)建物理實驗條件，以提升其物理計算能力，讓學(xué)生能夠更好地掌握物理知識，了解物理原理以及理解物理規(guī)律，形成正確的思維模式，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、探究問題能力和創(chuàng)新能力。但目前我國初中物理學(xué)科在教學(xué)過程中還存在諸多問題。

（一）傳統(tǒng)教學(xué)方法相對單一

當(dāng)前，在初中物理教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要以教師講授為主。這種傳統(tǒng)模式不僅不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲，而且會導(dǎo)致教師在傳授基礎(chǔ)知識內(nèi)容時過于枯燥和乏味。具體而言，教師往往需要進(jìn)行大量的手工操作和設(shè)計實驗?zāi)Ｐ?，以此模擬實際生活中產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象，進(jìn)而對所教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和深化。由于這種方法片面且難以讓學(xué)生真正理解透徹所學(xué)知識，難以提高其主動性和積極性，難以培養(yǎng)其自主探索、探究問題和創(chuàng)新等能力。

（二）實驗操作缺乏科學(xué)指導(dǎo)和訓(xùn)練

在初中物理模型教學(xué)過程中，學(xué)生往往難以掌握基本的實驗操作方法和實驗技能，在實驗操作環(huán)節(jié)并沒有進(jìn)行深入探究。因此，教師需要以不同的方式引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用簡單的實驗設(shè)備和工具掌握實驗的操作方法，避免學(xué)生用單一或錯誤的方法進(jìn)行模型學(xué)習(xí)和實驗學(xué)習(xí)。另外，教師需要利用課件幫助學(xué)生理解不同實驗設(shè)備和工具之間的區(qū)別與聯(lián)系，了解和掌握其中的科學(xué)原理和方法以及設(shè)計更好的實驗方案和實驗程序等。

（三）缺乏整體性研究規(guī)劃及指導(dǎo)意見

由于部分教師未對初中物理課程內(nèi)容進(jìn)行深入分析，沒有形成科學(xué)有效的整體規(guī)劃和指導(dǎo)性意見，導(dǎo)致學(xué)生對物理知識的理解不夠透徹，未能全面地理解知識內(nèi)涵和物理規(guī)律。同時，當(dāng)前部分教師忽視了教材中的學(xué)習(xí)內(nèi)容對整體知識內(nèi)容的指導(dǎo)作用，未能針對新課改提出的內(nèi)容創(chuàng)新教學(xué)方法和形式。

例如，在初中物理教學(xué)過程中，教師常常將傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡單加工或轉(zhuǎn)化為三維動畫形式后直接在課堂教學(xué)中播放，并沒有將其中某一具體操作細(xì)節(jié)融入初中物理學(xué)中。而且傳統(tǒng)實驗教學(xué)和三維動畫技術(shù)之間不能很好地結(jié)合成為物理學(xué)整體規(guī)劃及指導(dǎo)意見的重要部分，原因之一是受限于教師的科學(xué)研究、探索能力以及專業(yè)理論發(fā)展水平等。

（四）新課改下部分教師理論素養(yǎng)有待提升

教師對新課程改革的要求往往停留在抽象層面或理解層面，難以促使學(xué)生形成有效的思維方式。教師是初中物理教學(xué)的直接參與者，在模型教學(xué)中起著主導(dǎo)作用。一些初中生由于缺乏基本的理論素養(yǎng)，常常表現(xiàn)出對物理現(xiàn)象不感興趣，缺乏對物理規(guī)律以及科學(xué)實驗的認(rèn)識。同時，學(xué)生自身存在個體差異，對所學(xué)知識也缺乏深層次理解。

五、初中物理模型教學(xué)存在問題的解決方法

初中物理教師需要根據(jù)學(xué)生的具體情況，設(shè)計科學(xué)、易懂的問題，并能及時做出回應(yīng)。在教學(xué)中要注重調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使其在模型教學(xué)中充分發(fā)揮思維與實踐的作用，并能及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。教師還需要對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)有效指導(dǎo)，避免學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒、自卑心理等問題。

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

知識可視化是目前初中階段運(yùn)用比較廣泛的一種方法，能夠快速地抓取學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題，能夠利用現(xiàn)有技術(shù)解決實際問題。但是要想把初中物理知識轉(zhuǎn)化為可利用的圖像，還需要進(jìn)行一些技術(shù)處理，如通過圖片展示、多媒體演示等形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

例如，在“勻速直線運(yùn)動”教學(xué)時，教師可以用不同圖像演示不同物體的運(yùn)動速度，通過這種方式提高學(xué)生對運(yùn)動速度的感知能力，同時使其在視覺上加深對物體運(yùn)動的印象。在初中物理模型教學(xué)中采用知識可視化教學(xué)方法，能充分利用多媒體設(shè)備、圖形符號以及其他信息傳播手段，以圖文結(jié)合的方式為學(xué)生提供直觀的實物模型，幫助學(xué)生更好地理解并掌握初中物理知識。

（二）科學(xué)有效地講解知識內(nèi)容

在初中物理模型教學(xué)過程中，要保證學(xué)生學(xué)習(xí)到知識內(nèi)容后能夠迅速理解，并掌握知識內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，教師需要分層次講解知識內(nèi)容。首先，對主要內(nèi)容進(jìn)行梳理總結(jié)，包括實驗現(xiàn)象及原因、實驗原理與過程、實驗結(jié)果以及方法等方面。其次，對學(xué)生能夠理解的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解，并且把需要運(yùn)用到模型中的知識點用圖示方式展示出來。在圖示方式展示完后，要及時給予學(xué)生相應(yīng)的評價和反饋，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固和理解知識點。最后，當(dāng)學(xué)生有疑問時，應(yīng)及時向?qū)W生提問、輔導(dǎo)和解答。

例如，在“串、并聯(lián)電路的比較”教學(xué)時，教師可以構(gòu)建與串聯(lián)、并聯(lián)電路相關(guān)的知識實驗?zāi)Ｐ?。首先，教師可以利用這個模型對這部分知識進(jìn)行講解，讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識到串、并聯(lián)電路中電流的流向，引導(dǎo)學(xué)生更好地理解這部分知識。其次，在進(jìn)行相關(guān)實驗的時候，教師可以用模型呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象及原因、實驗原理與過程、實驗結(jié)果以及方法。最后，教師可以讓學(xué)生在觀察和分析知識模型之后進(jìn)行溝通與學(xué)習(xí)，一起討論實驗的目的和實驗過程的注意事項，并將總結(jié)出的理論與班級中其他同學(xué)一起分享。

（三）提升知識應(yīng)用能力

在初中物理模型教學(xué)中，實驗操作是學(xué)生接觸到物理知識的最主要方式。初中物理模型教學(xué)的目標(biāo)是要求學(xué)生熟練地操作與學(xué)習(xí)物理知識，培養(yǎng)他們的動手能力和創(chuàng)造能力，從而提升其知識應(yīng)用能力。通過教師的講解和演示，學(xué)生能夠更加全面地理解知識內(nèi)容，掌握理論知識和實驗方法技巧。目前一些初中物理實驗課程已經(jīng)將學(xué)生對物理模型的操作技能融入其中，利用圖像等形式展示物理實驗與數(shù)學(xué)計算在實際生活中的應(yīng)用效果。

在實際教學(xué)過程中，教師還需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計課堂練習(xí)題、課后作業(yè)等練習(xí)，以提升學(xué)生的知識運(yùn)用能力。此外，通過課后作業(yè)中出現(xiàn)的應(yīng)用問題引發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論與反思，使學(xué)生更好地理解所學(xué)物理概念及原理的應(yīng)用。下文以“光的折射”教學(xué)為例進(jìn)行分析。

首先，教師可以利用水杯、水、鉛筆等簡單的物品設(shè)計“折斷的鉛筆”實驗，向?qū)W生展示光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時發(fā)生的折射現(xiàn)象。教師可以先讓學(xué)生觀察水杯中沒有水時鉛筆的形狀，再向水杯中倒入水，讓學(xué)生觀察鉛筆的形狀是否發(fā)生變化。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考為什么鉛筆會看起來像折斷了一樣以及如何用物理知識解釋這一現(xiàn)象。之后教師可以鼓勵學(xué)生自己動手做這個實驗，并記錄實驗過程和結(jié)果。

其次，教師可以提出一些問題，幫助學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，如：鉛筆在水中看起來比在空氣中短了多少？鉛筆在水中的折射角是多少？鉛筆在空氣和水之間的界面上的入射角是多少？讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下積極思考，用所學(xué)數(shù)學(xué)公式計算出這些數(shù)據(jù)，并與實驗結(jié)果進(jìn)行比較。

最后，教師可以讓學(xué)生將這個實驗與日常生活中的其他光的折射現(xiàn)象聯(lián)系起來，如：為什么池塘里的魚看起來比實際的位置更淺？為什么我們在游泳池里看到的人會有變形？為什么我們戴眼鏡時會感覺視野變大或變?。拷處熆梢宰寣W(xué)生用自己的話解釋這些現(xiàn)象，并用圖像或視頻展示給其他同學(xué)。此外，教師應(yīng)該給予學(xué)生及時、客觀的評價和反饋，鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力探究物理現(xiàn)象。

六、結(jié)語

總而言之，初中物理模型教學(xué)是學(xué)生了解物理基本知識的基礎(chǔ)上開展物理實驗活動，對學(xué)生的能力培養(yǎng)具有重要作用。知識可視化教學(xué)能夠為物理模型教學(xué)提供助力。因此，為了提高物理模型教學(xué)質(zhì)效，教師可以采用知識可視化教學(xué)法開展模型教學(xué)，讓學(xué)生掌握一定的模型操作技能，提升其物理素養(yǎng)。