基于思维可视化的教学设计

崔吉侠 崔北元 李金良

摘   要：基于思维可视化的教学设计，以“简谐运动”为例，探讨如何通过思维可视化的方法，实现提升学生素养的教学目标，通过实际教学实践，验证了思维可视化的教学设计方案的有效性和可行性。

关键词：思维可视化； 教学设计 ；核心素养 ；简谐运动

1  思维可视化在高中物理教学中的作用

思维可视化是指将思考过程及其结果以图形化或可视化的方式表现出来，以便更清晰地理解和交流。这可以涉及到使用不同的图表、图像、模型、图形和其他可视化工具来表示思考过程和结果。这种方法可以帮助人们更直观地理解和解决问题，提高思维效率和创造力。思维可视化是一种跨学科的方法，适用于各种不同领域的问题和挑战。思维可视化在提升高中物理核心素养方面具有重要的作用，可以帮助学生更好地掌握物理学的基本概念和方法，提高物理问题解决能力和实践技能。

1.1  提高物理概念的理解

通过思维可视化的方式，学生可以更加直观地理解抽象的物理概念，例如力、加速度、电场、磁场等，从而更加深入地理解物理学的基本原理。

1.2  帮助学生掌握物理学的定量分析方法

思维可视化可以将物理问题可视化展示，帮助学生更加清晰地看到问题的本质，有助于学生运用定量分析方法解决物理问题。

1.3  培养物理实验的设计能力

在进行物理实验时，思维可视化可以帮助学生更加清晰地设计实验步骤和分析实验数据，从而提高学生的物理实验设计能力。

1.4  提高物理问题的解决能力

思维可视化可以帮助学生更加清晰地把握物理问题的关键点和思路，从而提高学生对物理问题的解决能力。

1.5  提高物理实践技能的掌握

通过思维可视化的方式，学生可以更加直观地掌握物理实践技能，例如使用物理实验仪器、制作物理模型等。

2  高中物理教学思维可视化的常用方法

高中物理教学中常用的思维可视化方法如表1所示，包括物理实验演示、物理图示、数据可视化、模拟仿真和实物演示等。可视化的呈现形式可以是运用模型揭示本质，亦可以是绘制示意图直观表达，大大降低了学生接受知识的难度。这些方法可以帮助学生更好地理解物理学的基本原理和问题解决方法，从而提高学生的物理学习效果。

3  基于思维可视化教学的重要环节

基于思维可视化的教学设计包括教学目标的确定、教学内容的筛选、思维可视化工具的选择、教学过程的设计和教学效果的评估等重要环节。这些环节的合理设计和实施可以提高教学效果，帮助学生更好地理解和掌握物理学知识。

3.1  教学目标的确定

在教学设计中，明确教学目标是非常重要的。基于思维可视化的教学设计应该明确具体的目标，例如提高学生对物理学的理解、提高学生对物理实验的设计和分析能力等。

3.2  教学内容的筛选

在教学设计中，需要根据教学目标筛选教学内容。基于思维可视化的教学设计应该优先选择适合可视化呈现的教学内容，例如物理实验、物理图示、数据可视化等。

3.3  思维可视化工具的选择

在教学设计中，需要根据教学内容选择适合的思维可视化工具。例如，在进行物理实验教学时，可以选择实验演示、模拟仿真等思维可视化工具，而在进行物理图示教学时，可以选择绘图软件、示意图等思维可视化工具。

3.4  教学过程的设计

在教学设计中，需要根据教学内容和思维可视化工具设计具体的教学过程。例如，在进行物理实验教学时，可以先进行实验演示，然后引导学生分析实验数据并设计实验方案；在进行物理图示教学时，可以先通过绘制示意图的方式引导学生理解物理学的概念，然后通过示例分析和练习巩固学生的知识点。

3.5  教学效果的评估

在教学设计中，需要对教学效果进行评估。基于思维可视化的教学设计应该通过测试、作业、讨论等方式对学生的学习效果进行评估，从而不断优化教学设计，提高教学效果。4  简谐运动教学设计

4.1  教学目标的确定

教学目标应该关注学生的发展，培养学生的核心素养，具有可操作性和可评估性。在教学设计中，教师需要根据学生的实际情况，制定合理的教学目标，并通过多种教学方法来达成这些目标[ 1 ]。故简谐运动的教学目标和核心素养与学业质量要求如表2所示。

4.2  设计创造性的教学活动

4.2.1  制作简谐运动演示模型

步骤：

（1）学生在小组中收集简谐运动相关资料（教材、国家电子图书馆、智学网以及抖音短视频）；

（2）学生根据资料和教师指导，选取合适的材料，制作简谐运动演示模型；

（3）学生在班级中：展示自己制作的简谐运动演示模型，讲解简谐运动的相关知识。

设计意图：通过自主学习拓宽学生获取知识的途径，仔细观察生活中的现象培养学生发现规律，建立模型的能力，利用小组协作，合理分工培养中学生的团队精神和集体荣誉感。给予学生充足的展示自我的机会，培养自信的品格和独特的人格魅力。

4.2.2进行简谐运动实验

步骤：

（1）学生在小组中设计简谐运动实验方案，包括实验器材、实验步骤等；

（2）学生在实验中记录实验数据，并进行数据处理；

（3）学生在班级中展示实验结果，并进行分析和讨论。

设计意图：通过观察现象提出合理的猜想（简谐运动的周期与哪些因素有关），并且尝试运用实验探究相关的猜想，观察现象评估相关的探究过程给予先前的实验方案加以修正，经历科学探究过程，感受沉浸式的科学体验。

4.2.3制作简谐运动动画

步骤：

（1）学生在小组中收集简谐运动相关资料；

（2）学生利用计算机软件制作简谐运动动画；

（3）学生在班级中展示自己制作的简谐运动动画，向同学讲解简谐运动的相关知识。

设计意图：通过NB实验平台或者GGB、PYTHON等方式将数学工具和模拟软件的界面与演示实验同步呈现，让学生更好地理解和掌握弹簧振子的运动规律和物理量之间的关系。让学生感受技术带给他们视觉的冲击和心灵的震撼，科学技术正在慢慢改变人类的学习方式，也开启了更多认识世界的大门。培养终生学习的意愿和良好的学习方法。

4.2.4依托科学评价，个性化作业辅导

帮助教师了解学生的学习情况和掌握程度，同时也可以帮助教师及时调整教学方案和方法，提高教学效果[ 2 ]。可以通过观察学生的课堂表现来评价学生的学习情况，包括听课态度、提问和参与课堂讨论等方面。根据学生的表现，教师可以了解学生的学习兴趣和掌握程度，及时调整教学方式和方法，提高学生的学习积极性。可以通过知识测验来评价学生对简谐运动的相关知识掌握情况，包括概念理解、计算和分析等方面。根据学生的答题情况，教师可以了解学生的学习情况，及时调整教学方案和方法[ 3 ]。

5  结语

思维可视化的教学设计包括教学目标的确定、教学内容的筛选、思维可视化工具的选择、教学过程的设计和教学效果的评估等重要环节。这些环节的合理设计和实施可以提高教学效果，帮助学生更好地理解和掌握物理学知识。

参考文献：

［1］ 袁霄.高中化学新课程教学中问题情境创设分析[J] 高考，2023（1）：131-133.

［2］ 石燕鸣.小学思维发展型语文课堂教学方法分析[J] 数据，  2021（1）：123-125.

［3］ 陈君.信息化背景下商务英语课程新型教学模式构建[J] 齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2023（1）：125-128.