图示法在初中物理教学中的应用研究

李明星

摘   要：本文阐述了笔者设计的三个物理图示，分别用来消除光的三原色的错误前概念，构建伯努利定律的微观模型和解析一个相关的物理实验的内部成因。

关键词：图示法;初中;前概念;物理教学

物理是研究物理概念、物理规律以及物质运动规律的一门学科，作为首次系统学习物理学的初中生，其逻辑思维结构正由感性思维向理性思维转化，科学探究能力还没有完善。在如何学好以及如何理解物理概念和规律的过程中，学生很容易陷入死记硬背的恶性循环，短暂的会提高学生的成绩，但是长此以往会降低学生学习物理的热情，无法正式成为主动学习者，自主地建构物理知识体系和框架。初中物理的主要目的是增加学生的兴趣和掌握学习物理的方式方法，死记硬背既无法提高课堂效率，也导致初中、高中的衔接不顺畅。解决这些问题的方法有很多，其中一种为图示法，运用物理图示讲解生动又高效，物理教材上的物理图示就很多[1 ]。本文探讨笔者自行设计的三个物理图示，以及这些物理图示在物理教学中如何解决对应的易错点。

1  利用“图示法”消除学生光的三原色的错误前概念

《现代汉语词典》（1996年第三次修订出版）中，有关“原色”的释文为：色光中的原色是红、绿、蓝;颜料中的原色是红、黄、蓝。也就是我们日常提到的光的三原色（或者光的三基色）和颜料的三原色（或者美术的三原色），虽然美术界后期发现品红加适量黄可以调出大红，而大红却无法调出品红;青加适量品红可以得到蓝，而蓝加绿得到的却是不鲜艳的青;用黄、品红、青三色能调配出更多的颜色，而且纯正并鲜艳，即更科学的美术三原色为品红、青、蓝[2 ]。但笔者通过对初一300名学生调查发现，除去13份空白卷子，77.7%的学生回答颜料的三原色为红、黄、蓝，而这其中65.0%的人认为光的三原色与颜料的三原色是相同的。哪怕对初三的学生进行调查，部分学生也会混淆光的三原色与颜料的三原色。说明初中生头脑中对光的三原色有根深蒂固的错误前概念，哪怕经过对沪科版物理八年级全一册第四章第四节“光的色散”这节课的学习，也有很多学生的错误前概念也没有被转化。

笔者设计如图1来转化学生的错误前概念，学生都知道牛顿的实验将白光通过三棱镜后色散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这七种单色光，将这七种单色光按照顺时针分布在等分的圆内，并且将红光写在最上面。根据图示讲解时，可知最上方的红光和最下方的蓝光和绿光为光的三原色，并且红光和绿光可以复合为橙光和黄光，红光的比例多一些就复合为橙光，绿光的比例多一些就复合为黄光，红光和蓝光可以复合为紫光和靛光，红光的比例多一些就复合为紫色，蓝光的比例多一些就复合为靛光。笔者经过实践证明该方法对于学生对光的三原色错误前概念的转变有一定的作用。

2  利用图示法构建伯努利定律的微观物理模型

19世纪，人们对物理概念和物理規律的宏观认识日趋完善，为推动物理学的发展，很多科学家将更多的焦点对准物理学的微观世界研究。随着生产和科学水平的进步，以及科学仪器和技术的发展，19世纪初，在德谟克利特、伊壁鸠鲁、笛卡尔、牛顿等人的基础上道尔顿提出了系统的原子学说，人类对微观物理世界有了深入研究[3 ]。很多物理规律的宏观描述不足以让学生明白其内在逻辑和体系，比如伯努利定律在初中的讲解——流体压强与流速的关系：流速越大的地方压强越小，流速越小的地方压强越大。

这节课的讲解多数以演示实验为主，例如“天女散花”“吹不掉的乒乓球”“向回跑的小球”等。这些实验都具有操作简单、现象明显等特点，并且这些实现现象与学生的预期结果相反，例如将矿泉水瓶去掉瓶盖和底部，水平放置后将小球放在瓶中，从瓶口向里吹气，发现小球不会被吹走，反而会移向瓶口的位置，也就是吹气的方向。这些“反常”的实验现象可以极大的引起学生的学习兴趣和探究的欲望，但根据物理规律来解释实验现象的过程却一笔而过，这样讲解学生也能应付初中目前的习题，短暂提高学习的成绩，但追其根、溯其源：到底为什么流速大的地方压力就小，从而导致压强小呢？很多学生都无法准回答。因此，笔者建构了伯努利定律的微观物理模型。

该模型以流体中的气体为例，简化了空气中各色原子和分子独有的微观结构，并将其表述为带箭头的圆点，圆点的大小表示其质量，箭头代表运动方向，如图2所示。由于分子是在永不停息地做无规则运动，所以水平放置的纸面上方和下方分子的数量和撞击纸面的分子数量基本一致，即上下方的压力、压强一致。但是当纸面上方有水平方向上的风吹过时（以水平向右吹动为例），原本无规则运动的分子被气体带动向右运动，使得撞击纸面的分子数量减小，导致由于撞击而产生的压力减小，上下受力面积相同，上方气体产生的压强就减少，如图3所示。

3  利用图示法解析物理实验的内部成因

流体压强与流速关系的实验中，学生对漏斗倒扣吹乒乓球但是乒乓球不掉落的实验现象非常惊奇，将漏斗倒扣，用手指将乒乓球抵在漏斗口中，从细管口中向下吹气，小球没有被吹落，反而悬置在漏斗口中。要想描述该物理现象的原理，影响因素很多，例如小球的自转对流速的影响等。所以很少有老师对现象进行细致解析，导致很多同学认为流速小的地方是漏斗细口的部分，然而这部分对小球产生的是向下的冲击力，而不是对抗小球重力使小球悬浮的力。因此，笔者简化自转的因素，简单设计一个图示，使实验讲解简单易懂。

该实验难点在造成实验结果的是使学生看不见的风，所以笔者将风具象化——设计成流畅的线条，风的总量是不变的，所以从细口到漏斗部分的线条数量是一致的，用线条的疏密程度来反映风速，线条越密集的地方表示该处流速大，反之，线条越稀疏的地方表示该处流速越小，这样就使流速分布具体化。另外一点也可转变学生认为细口管处产生的力是向上的这一错误概念，图示展示出此处的力是气体对小球向下的冲击力。根据沪科版八年级物理教材的编辑顺序，可知此前已讲授了力的合成，所以也可以根据图4深入讲解向上的力是如何形成的，由于流速大小差异产生的竖直向上的合力抵消了风对小球向下的冲击力以及小球自身的重力。

参考文献：

[1]孙艳波.图示法在初中物理教学中的应用[J].教改课改，2015（22）：76.

[2]孙宏博.物理与美术色彩的异同分析及应用[J].中学物理教学参考，2010（8）：35-36.

[3]李艳平，申先甲.物理学史教程[M].北京：科学出版社 ，2003.