思维可视化技术在物理探究式课堂中的应用

黄书刚

（固安县教育和体育局教研室，河北 廊坊 065500）

物理学科是一门以实验为基础的自然学科，以实验探究和逻辑推理发展学生的思维能力。但在实际教学过程中，我们发现由于过度依赖传统意义上的讲授模式及实验“黑板化”的传授方法，学生的理解空间被大大限制了，学习的抽象性极大地增加了学生的理解难度。“物理实验”的可视化也是“物理知识”的可视化，更是“物理现象”反馈的可视化，所以思维可视化技术在探究式课堂中的有效应用，可充分激发学生的物理思维和学习兴趣，进而可增强其理解能力，促进其学习成绩的提高。

可视化教学可以帮助学生减少认知负荷，使学生全身心地投入到解决问题的过程中，如此可有效培养学生解决问题、分析问题的能力。除此之外在这个过程中，还可以提高和拓展学生的认识能力和创新能力。鉴于此我们可知，思维可视化技术在探究式课堂中的有效应用是提高物理教学水平的重要路径。因为“可视化”教学能够直观展现本学科内隐的物理现象和知识，让学生看得见、易理解、好掌握。

一、物理实验的可视化

（一）感知物理——家庭实验室

在我们的生活中存在着很多物理现象，以抽象理论的呈现方式在我们的生产生活中发挥了巨大作用，但我们缺少结合物理知识发现它存在的观察习惯。教师借助生活，引导学生用所学的物理知识解释身边的物理现象，使学生学以致用，以加深学生对相关物理知识的理解，如此可激发学生的学习兴趣，发挥学生的想象力，锻炼学生的动手操作能力。

开拓“可视化”实验新渠道，引导学生关注生活，利用所学的物理知识，在日常生活中寻找可利用的实验工具录制小视频，并分享经验。然后大家共同提出建设性意见，形成实验分享沙龙，如此可提高实验的精度和效度。通过开展家庭实验室，在家长和学生交流机会增多的同时，学生们对物理现象的理解也更加深刻，更能感受到真实的物理现象。

（二）感知物理——实验进课堂

立足于以实验为基础的学科定位，大力推进“可视化”实验进课堂，让学生分组实验和教师演示实验进课堂模式落到实处。注重实验过程，关注学生的整体体验，即使实验数据存在误差，也要顾及整体学生对于实验的直观感受和亲身体验。比如在研究电流与电压和电阻的关系一节中，当电压一定时，电流与电阻成反比，若是将小阻值的定值电阻换成大阻值的定值电阻，滑动变阻器的阻值也要调大，既“换大调大”的规律。第一次授课，学生还没有了解更多的欧姆定律知识，因此对这个规律理解起来有点困难，但做了实验，学生就能基本了解了。

二、物理情景的可视化

现代技术的应用可以让一些实验室中的实验真实演示出来，如此可将枯燥的物理知识变得生动活泼，更容易被学生接受。比如利用抖音等视频软件可以有针对性地选取视频资料，创设具体的实验场景，使实验过程可视化。此外教师还可以借助多媒体放大实验过程，使实验细节可视化。同时学生还可以用慢镜头看实验效果。例如牛顿第一定律实验的现象——物体不受外力作用时，总是保持静止状态或匀速直线运动状态。这个理想实验，在实验室里很难演示，但通过相关技术放慢镜头下的物体状态可以捕捉到那一瞬间，如此可让学生体会到该理论真实存在。

三、物理知识的可视化

物理知识的可视化就是将一些无法观察难以理解的物理现象、抽象的物理方法、复杂的物理实验以可以看到的形式为媒介，形象、直观地展现出来。思维导图可以通过图示、颜色、构图等充分调动学生的感官，开发学生的大脑，让学生通过联想、分类、空间分布等来进行文字记忆。如此可帮助学生形成物理命题网络、物理图示等系统化的知识网络记忆结构。这对于提高学生的学习效率、调动学生学习的积极性、激发学生的思维能力、培养学生的科学素养等都具有显著的功效。对于教师而言，思维导图的应用便于教师关注学生物理思维的走向和过程，如此可促进学生思维深度和广度的发展。

图1 为初级思维导图，图较少，文字比较多；图2 为升级版思维导图，图示多，文字辅助，意在让学生通过简单的图示记忆重要的文字。

图1

图2

桥状图有助于显示具体与抽象之间的关系，可进行类比和隐喻。我们可以用桥状图将新概念与已有知识进行类比，以此讲授陌生的概念，加强知识迁移，进而构建知识间的联系。

对于物理教学而言,物理实验的可视化、物理情景的可视化、物理知识的可视化三者是一个有机统一体，在实际教学中落实以上三者能够直观展现本学科内隐的物理现象和知识，如此可充分激发学生的物理思维和学习兴趣，进而可促进其学习成绩的提高。