浅谈物理图景教学的重要性和实施策略——施教《交变电流》有感

张新宇

(江苏省梁丰高级中学 215600)

情境认知理论强调：学习的设计要以学习者为主体，内容与活动的安排要与人类社会的具体实践相联通，最好在真实的情景中，通过类似人类真实实践的方式来组织教学.物理教学就是要让受教育者认识物质运动、相互作用等特征和规律的教学，特别需要情景教学.物理图景教学有效地将物理现象或过程的情景与学生的思维有机的结合起来，在实际课堂教学中有很高的使用价值.

所谓物理图景教学是指人们将复杂的物理现象、物理状态和物理过程，经过充分地想象、分析、判断，转化为具体有效的图示、图像、图表等途径信息，而所做出的一种形象化描述的教学方法.利用物理图景进行课堂教学，对培养学生物理知识认知、提升学科核心素养特别是科学思维和创新能力都是行之有效的一条方法.笔者就在《交变电流》的教学中，对图景教学的重要性和实施策略感受很深.

一、物理图景教学在课堂教学中重要性

1.物理图景教学可以激发学生学习的兴趣，激发课堂思维活力

教师在课堂创设生活场景，展现物理现象，通过学生大脑的思维抽象出合理的物理图景，通过物理图景的再分析，提炼出新的知识，内化到学生的认知结构中.这个过程可以发挥了学生在课堂的主体作用，激发学生学习的兴趣.这个兴趣不是物理现象引发的课堂兴趣，而是由学生积极构建物理图景引起的课堂活力.在《交变电流》教学中，利用变压器将220伏特电压变到30伏特左右，点亮15瓦的白炽灯，将暗红色的灯丝投影到大屏幕.将一个马蹄型磁铁靠近灯丝，发现灯丝在不停的颤动.引导学生通过想象和分析，画出通电灯丝在磁场中受到安培力的图景，学生马上可以知道，灯丝颤动是安培力方向不断改变引起的，推断出灯丝中的电流方向在不断变化.通过这个物理图景初步让学生知道电流方向交替变化的电流称为交变电流，提高学生学习的兴趣，激发求知欲.

2. 物理图景教学利于巩固知识感性认识，促成理性认识形成

根据人的认知规律，一般将生活经验或知识内化到认知结构中，形成感性认识.这种认知可以解释一些物理现象，当然也有可能是片面或错误的，不一定能正确理解物理概念分析物理问题.运用物理图景教学方法，让受教育者通过现有的认知结构，在头脑中对观察过的物理现象形成明了的物理图景，再经过合理优化、忽略次要因素和反复研究，形成新的认知.当现有图景不能解决新问题的时候，就要促进学习者不断发展、构建新的图景，促进新认知结构的形成，通过这种交替过程，不断将感性认识蜕变为理性认识，才能准确把握到物理现象的本质和规律，提升物理科学思维能力.

3. 物理图景教学可以拓宽学生知识层次，促进核心素养提升

物理图景的构建过程就是学生知识拓展的过程，也是核心素养提升的过程.在这个过程中，学生需要认真观察实验现象，促成学生积极观察客观世界的能力；需要合理分析物理过程，掌握一套适合自己归纳、演绎的思维方法，不断培养学生收集信息和处理信息的能力；需要阅读大量包括教材在内的材料，培养良好的阅读习惯，获取更多有用的课外知识.

在交变电流中有个演示实验，两个二极管反向并联，接到发电机上(图1)，随着摇动发电机，两个二极管交替点亮，说明干路中的电流方向是不断地变化的.通过教师引导学生提炼出二极管“正向导通、反向截止”的伏安特性图景(图2)，加深了对二极管性质的了解.为理解此物理图景，鼓励学生加强阅读，让学生了解导通和截止是由于pn结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流抵消或加强引起的物理现象……拓宽了学生的知识视野.

二、物理图景教学在实际课堂中的实施策略

1.通过课堂实验，构建物理图景

物理学是建立在实验基础上的学科，实验可以直观、形象地反应物理过程及规律，因为直观真实，给学生带来强烈的视觉冲击，可以在思维上形成清晰完整的物理图景，很大程度上提高学生对知识的认知效果.

在讨论发电机发出的电流有怎样的特点这个环节中，让学生观察小灯泡亮暗的变化，说明电流大小在不断变化；通过电流计指针的变化说明方向在变化，而且在发电机转子转动的一周内，电流有两次回到数值为零，可以引导学生定性画出电流随时间的变化关系(i-t图像)，不仅有电流大小的变化、还有方向的变化，即，规律线两次穿越i-t图像的时间轴.从而引出交变电流随时间变化规律的雏形.该过程将生动的物理过程抽象化为物理图景，有助于学生物理思维的提升，为进一步研究交变电流提供了可能.

在本节课中，笔者设计了一个实施，东西方向各站一个学生，用长导线进行“甩长绳”，利用微电流传感器(TS2103-10μA～10μA)测量导线中的电流，通过计算机向学生展示电流随时间变化的图景，能更好理解了导线切割地磁感线，形成了大小、方向随时间周期性变化的电流，提升学生认知水平.

2.结合课本插图，创建物理知识图景

教师在课堂教学中，要合理的利用教材中的典型插图，归纳成学生容易理解的物理图景.即：要求学生了解插图描述的物理现象或过程，用已有的认知创建物理图景——运用科学的形象语言描述物理插图，将生活图景转化为物理图景，有利于学生建立起正确的物理形象，提高学生的形象思维能力.在《交变电流》教学中，理解交变电流产生过程是比较困难的，人教版的教材中，给出了交变电流产生过程的示意图.笔者通过如下方式建立物理图景：首先给每个学习小组一套交流发电机的模型装置(如图3)，用来直观展现闭合线圈在匀强磁场中旋转的电磁感应现象；其次，带领学生抽象出理想化模型：水平向右的磁场、矩形线框AB棒长为L1，BC棒长为L2，线框绕轴OO′转动的角速度大小为ω，导线框总电阻为R，通过给出线框转动五个特殊位置，简化出示意图，这样一个交流发电机就变成了一个闭合线圈在匀强磁场中的物理图景了；然后逐步呈现问题：导线框在什么位置磁通量最大，什么位置为零？在导线框转动过程中，四个边框哪些在切割磁感线？什么位置四个边框都不切割？什么位置垂直切割？引导学生根据问题绘制出表格见列表，将物理问题和回答用表格和文字等图景将闭合线框的转动的五个特殊位置的信息呈现出来.最后，通过表格中内容的比较，学生利用合作探究做出正确的回答：两个导体棒AB、CD才能切割磁感线.当导线框平面和磁场垂直时，即磁通量最大时，都不切割；当闭合线框平面和磁场平行时，即磁通量最小时，导体棒垂直切割，电动势最大.

在判断感应电流大小方向随时间变化的关系的研究中，依然采用列表的方式进行.取电流方为ADCBA为正方向，在i-t图像中描出五个位置电流大小.猜想其它时间的电流有怎样的规律，并试着描绘i-t图像.当然在实际教学中，学生往往会给出错误的三角波，但是已经向最终的正弦式交变电流跨出了一大步.物理图景教学再一次得到了体现.

列表

物理量甲图乙图丙图丁图戊图磁通量Φ(填“最大”或“0”)电动势大小电流大小电流方向填“ABCDA”或“ADCBA”

建立物理图景不仅仅是物理思维的一种能力，更是一种重要的物理思想.有的学生学习物理轻松简单，就是物理图景运用得当，在物理知识认知中更胜一筹.更多的学生则需要通过教师课堂的引导下，积极启动思维创设的物理图景，甚至打破原有的物理思维，建立正确的物理图景，重塑新的认知结构，提升物理学科核心素养.

[1]衡炳锋.物理图景教学法探索[J]．生活教育, 2012(20):56-58，

[2]王文静.情境认知与学习[M].重庆：西南师范大学出版社，2005.