思维可视化在初中物理教学中的应用与实践

黎代林

【摘    要】可视化教学是基础教育阶段理工科教学的一个重要手段，通过该教学手段引导学生在思维构建上实现可视化，对于学生理解相关的抽象知识理论体系和模型有着明显的促进和提升作用。初中物理主要是对宏观世界中一些常见的物理现象和规律的基础性知识开展教学，需要学生具备一定的逻辑、抽象和联系思维，教师可通过数据可视化、图形符号可视化和课堂总结评价可视化等方式逐步帮助学生建立可视化的思维意识，将物理中抽象性内容具体形象化，从而提升学习效能。

【关键词】思维可视化  初中物理  实践应用

中图分类号：G4     文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.11.014

思维可视化概念最早来源于国家的思维可视化实验中心，它的主要目标是解决在传统理工科教学中注重结果导向而忽略学生在学习和解决问题过程中的思维构建培养的突出问题。与人文社科教学相比，思维体系的形成是包括物理在内的理科学习的关键前提，推动思维的可视化，就是为学生进行探究和思考增添了更有利的方法技巧，更好地破解重难点知识，解决实际问题。在教学实践中，教师应从教材的核心知识体系出发，强化数形结合，增强学生思维可视化能力。

一、理念形成的现实背景和应用价值

在包括物理课堂教学在内的初中理科教学实践中，教师常常会发现对于知识点的讲解学生只存在“瞬间记忆”，当时听懂了，下节课又交还给教师，复习回顾时又马上学会，之后做题时又错误百出，这样循环往复，令人不解。这种问题出现的一个重要原因在于教师的讲课节奏和学生的思考速度不匹配。从根本上来说，教师的讲解过于追求结果的达成，而对于学生如何思考探究的过程没有进行细致、耐心和深入的引导，学生的思路无法及时跟上教师讲解的速度，教与学出现了脱离现象。这种情况也集中表现在教师的讲课内容如行云流水般内容充实、丰富多彩，但是与学生的认知水平和知识储备相比已经过度拔高，学生不理解其中的具体过程，只是对结论进行了机械化的记忆，囫囵吞枣。这种教学形式就会造成学生的理解不到位，记忆不深刻，应用易出错。加之物理教学是从八年级开始，学时短、内容多，有些教师为了实现教学进度而过度地扩充物理课堂的知识内容，学生很难在有限的时间内利用原有的思考模式和路径进行消化，有些问题学生还没有来得及去运用已有知识进行整合加工进而思索探究，教师却直接说出了答案[1]。这种引导方式就会造成学生把更多的精力放到答案本身，而没有关注背后的关键内容。这与构建主义的学习理念是背道而驰的。该理论认为知识的获取并不是依托直接的讲授和信息传达被动实现，而是要以学习主体的主动作为，再结合相关的资源，在教师、同伴、社会等多主体的协同配合下，通过对知识和思维的构建形成认知、理念、行为和思路。

二、思维可视化在初中物理教学中的应用与实践策略

（一）数量关系的可视化

物理学习在掌握基本的物理规律和定理后，还有大量的数理计算，这些与数学内容有着紧密的联系，因此可以与数学中的数形结合思想相互借鉴，形成思维可视化在物理学科中的数量关系记录、处理、分析应用路径。比如在进行人教版物理教材中关于光学知识的教学时，凸透镜成像就要考虑焦点、焦距、折射率等相关数据。教师在讲解这一实验时，调整仪器的位置后使实物能够通过凸透镜在背后的白板上呈现出清晰的实像，这时可以根据该距离来确定焦距，对光在经过曲面透镜时的传播规律有更加清晰的理解。教师应当让其中的实验数据可视化，比如可以让学生把不同位置下的实验数据以Excel表格形式记录下来，而后通过软件以表格和图形的方式呈现给学生，有利于学生直观地观察和判断数据关系，提升可视化程度。

（二）将图形符号显性呈现

物理主要培养学生的抽象和逻辑思维，但是初中生因为能力水平有限，思维方式上还是主要以形象感知和感性认知为主，特别是对于新概念和知识的理解，直接以理论化的形式导入对于初中生而言还是有一定的困难。而这时如果转化概念的表达形式，以图形、符号、箭头等视图方式显性化呈现，就可以简化复杂的抽象程度，有利于学生更快捷和顺畅地理解相关内容。

以八年级物理教材中的“机械能守恒定律”教学为例，学生主要对机械能包含的动能和势能的转变关系不能深入理解，为了加深学生对机械能、守恒和能量转换的认知，教师可以画出一个关系图，如下图所示，来解决这一问题。该图中外层圆圈表示总能量（机械能），内层的两个小圈分别表示动能和势能，a箭头代表二者之间可以相互转化，而b箭头则代表系统外部与内部之间的能量传递，系统内外之间也可以實现能量的转换[2]。此图能够将机械能守恒的相对条件清晰地表述出来，让学生一目了然，在今后的应用当中可以快速地联想到该图，一些问题就能够迎刃而解。

运用图文并茂的可视化教学方法，可以让学生接受的信息变得多元化，让学生更容易实现对知识资源的加工、分析、理解和记忆。

（三）巩固探究的可视化

教师可以打造情景化和探究式课堂，以头脑风暴、小组合作的形式让学生把学到的物理知识以思维导图的形式表示出来，或者把实验结果和理论规律进行比对思考，运用评价导向锻炼学生的逆向、正向思维，提升物理探究能力。

三、结束语

思维可视化在初中物理教学中的应用对于师生双方都有良好的促进意义，一方面可以帮助教师优化课堂效率，让物理课堂更加丰富多彩，另一方面助力学生的思维认知能力增强，实现教学相长，构建更富有活力、更加高效的物理课堂。

参考文献

[1]尹恺.思维可视化在中学物理教学中的探索实践小结——此文为“思维可视化技术在探究式课堂中的有效应用”成果[J].百科论坛电子杂志，2020，000（004）：532-533.

[2]吕传生.思维可视化在初中物理教学中的实践与应用[J].新智慧，2019，000（016）：9.