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初中学生的思维方式正处于由形象思维向抽象思维发展的过渡阶段,而物理实验分析对学生的抽象思维要求较高,因此部分学生掌握起来比较困难。将生动、形象的视频和图像引入教学,是培养学生物理学科核心素养的有效途径。
一、实验示意图存在的不足
物理图像表征是将抽象思维转向形象思维的桥梁,有助于学生深入认识物理本质[1]。但相关研究主要集中在对图像表征的解读(图形的含义、坐标图像)等抽象问题的数形结合应用方面,将图形应用于实验过程分析,旨在促进学生理解、独立设计实验过程的研究较少。此外,现有研究也存在一些不足。
一是实验图形形式抽象、单一。现有的实验图形多数以实验抽象模型、坐标曲线形式出现,对学生的逻辑思维水平要求比较高,与初二学生认知能力之间存在较大差距。
二是实验图像环节缺失,造成理解障碍。在教材和练习中,对实验过程及现象的描述多以文字为主,并辅以几幅简图。由于简图所描述的内容跳跃性较大,文字叙述又比较简单,导致学生对实验过程的理解出现过程缺失,造成理解障碍。
三是实验现象连续紧密,造成认识模糊。力学中一些实验过程的关键环节淹没于连贯紧密的实验现象中,造成学生无法准确分析实验结论。
二、实验过程示意图的作用
初中实验过程示意图能够将实验中不易掌握的(抽象)过程予以图形化,突出实验本质,用简单图形方式描述实验过程中的重点环节,对学生逻辑思维的发展起到了桥梁的作用。
一是降低难度。实验分析比较抽象,而示意图能将抽象、枯燥的内容转化为形象、生动的图形,有效降低了问题难度,有助于学生理解。
二是促进逻辑思维发展。实验过程经常很难观察到位,对逻辑分析要求也较高。因此,将抽象的实验问题转化为图形信息,是将形象、抽象思维整合的重要环节,也是促进学生逻辑思维发展的重要途径。
三、实验过程示意图的应用
1.实验过程示意图的应用步骤
(1)现象复现,补足缺失。教材中对实验过程的描述时,多以文字为主,虽然有些会辅以简图,但未能将实验过程完整呈现在教材或实验资料中,容易造成理解障碍。如在使用特殊法测量物体密度的实验中,仅用了图1所示的两幅简图,学生只能完成浮力测量,并间接测量质量,缺失了体积环节,使学生理解困难。此时补充将石块沉入水中的示意图(见图2),实验过程的内在逻辑关系就清晰了,学生可通过现象对比的直观方式分析物体体积。这将有利于学生从整体视角把握实验过程,有效降低问题难度。
(2)过程分解,突出核心。有些力学实验本身过程连贯紧密,很难发现核心环节。此时就需要将实验过程进行分解,找出“隐藏”的核心。如在弹性势能实验中分析动能最大位置(见图3),由于实验过程很连贯,很容易误认为绳子自然伸长到A点时速度最大。但由受力分析可以发现,此时人受到的重力大于拉力,人仍然要向下加速,此时可补充位置C(重力与拉力平衡,加速度为零,速度最大)。学生讨论分析,从矛盾中发现解决问题的思路,对整个过程的能量转换及状态分析的认识明显提升。在这类实验中用示意图提炼核心环节,可促进学生分析能力的提高。
(3)形象直观,突破难点。在分析实验过程中的问题时,经常遇到过程抽象、难以理解的情况,采用实验示意图与数学建模相结合的思路,能起到降低分析难度的作用。如在利用天平、烧杯和水来测量石块密度的实验设计中,图4可帮助学生联想到此实验效果与烧杯中盛满水时的效果是一致的,那么物体的体积可经由浮力进行间接测量。
(4)设计实验步骤,形象到抽象。学生根据任务要求,自主完成实验步骤的合理设计,是能力的重要体现。若要求学生在起始阶段就用文字形式描述实验过程会比较困难,用过程示意图可引导学生进行深度学习,促进抽象思维向形象思维的转化,有利于學生实现由直观思维到逻辑思维的顺利发展,促进学生对实验过程的整体把握。
2.培养学生应用能力
实验过程转化为示意图的过程是学生不断深入理解实验的过程,是培养学生物理学科核心素养的过程,也是促进学生学业成绩提升的有效途径。
(1)加强绘图训练。应有意识地培养学生绘制简单的实验器材图形的能力,初步建立模型意识。通过专题训练,即“课上示范—作业巩固—检测反馈”,使学生熟练使用示意图。
(2)引导习惯养成。初中学生对物理实验过程的理解还比较浅显,教师应借助典型实验范例,帮助学生感受示意图的重要作用,引导学生使用示意图。对此,可以在重要检测中,要求学生在实验设计环节运用过程示意图辅助实验程设计,推动学生由习惯到素养的逐步转变。
(3)促进合作交流。合作交流是图形转换的必要保障。因此,借助及时激励、示范引领,为学生的交流提供平台,可加深学生间的互动合作,更好地完善实验过程示意图。
综上所述,物理实验过程示意图能够引导学生对实验过程进行深度理解,促进学生由形象思维顺利过渡到逻辑思维,培养物理学科核心素养,提升学业成绩。
参考文献
[1]孙芳.高中生应用物理图像解决问题研究[D].石家庄:河北师范大学,2010:1-2.
(责任编辑
一、实验示意图存在的不足
物理图像表征是将抽象思维转向形象思维的桥梁,有助于学生深入认识物理本质[1]。但相关研究主要集中在对图像表征的解读(图形的含义、坐标图像)等抽象问题的数形结合应用方面,将图形应用于实验过程分析,旨在促进学生理解、独立设计实验过程的研究较少。此外,现有研究也存在一些不足。
一是实验图形形式抽象、单一。现有的实验图形多数以实验抽象模型、坐标曲线形式出现,对学生的逻辑思维水平要求比较高,与初二学生认知能力之间存在较大差距。
二是实验图像环节缺失,造成理解障碍。在教材和练习中,对实验过程及现象的描述多以文字为主,并辅以几幅简图。由于简图所描述的内容跳跃性较大,文字叙述又比较简单,导致学生对实验过程的理解出现过程缺失,造成理解障碍。
三是实验现象连续紧密,造成认识模糊。力学中一些实验过程的关键环节淹没于连贯紧密的实验现象中,造成学生无法准确分析实验结论。
二、实验过程示意图的作用
初中实验过程示意图能够将实验中不易掌握的(抽象)过程予以图形化,突出实验本质,用简单图形方式描述实验过程中的重点环节,对学生逻辑思维的发展起到了桥梁的作用。
一是降低难度。实验分析比较抽象,而示意图能将抽象、枯燥的内容转化为形象、生动的图形,有效降低了问题难度,有助于学生理解。
二是促进逻辑思维发展。实验过程经常很难观察到位,对逻辑分析要求也较高。因此,将抽象的实验问题转化为图形信息,是将形象、抽象思维整合的重要环节,也是促进学生逻辑思维发展的重要途径。
三、实验过程示意图的应用
1.实验过程示意图的应用步骤
(1)现象复现,补足缺失。教材中对实验过程的描述时,多以文字为主,虽然有些会辅以简图,但未能将实验过程完整呈现在教材或实验资料中,容易造成理解障碍。如在使用特殊法测量物体密度的实验中,仅用了图1所示的两幅简图,学生只能完成浮力测量,并间接测量质量,缺失了体积环节,使学生理解困难。此时补充将石块沉入水中的示意图(见图2),实验过程的内在逻辑关系就清晰了,学生可通过现象对比的直观方式分析物体体积。这将有利于学生从整体视角把握实验过程,有效降低问题难度。
(2)过程分解,突出核心。有些力学实验本身过程连贯紧密,很难发现核心环节。此时就需要将实验过程进行分解,找出“隐藏”的核心。如在弹性势能实验中分析动能最大位置(见图3),由于实验过程很连贯,很容易误认为绳子自然伸长到A点时速度最大。但由受力分析可以发现,此时人受到的重力大于拉力,人仍然要向下加速,此时可补充位置C(重力与拉力平衡,加速度为零,速度最大)。学生讨论分析,从矛盾中发现解决问题的思路,对整个过程的能量转换及状态分析的认识明显提升。在这类实验中用示意图提炼核心环节,可促进学生分析能力的提高。
(3)形象直观,突破难点。在分析实验过程中的问题时,经常遇到过程抽象、难以理解的情况,采用实验示意图与数学建模相结合的思路,能起到降低分析难度的作用。如在利用天平、烧杯和水来测量石块密度的实验设计中,图4可帮助学生联想到此实验效果与烧杯中盛满水时的效果是一致的,那么物体的体积可经由浮力进行间接测量。
(4)设计实验步骤,形象到抽象。学生根据任务要求,自主完成实验步骤的合理设计,是能力的重要体现。若要求学生在起始阶段就用文字形式描述实验过程会比较困难,用过程示意图可引导学生进行深度学习,促进抽象思维向形象思维的转化,有利于學生实现由直观思维到逻辑思维的顺利发展,促进学生对实验过程的整体把握。
2.培养学生应用能力
实验过程转化为示意图的过程是学生不断深入理解实验的过程,是培养学生物理学科核心素养的过程,也是促进学生学业成绩提升的有效途径。
(1)加强绘图训练。应有意识地培养学生绘制简单的实验器材图形的能力,初步建立模型意识。通过专题训练,即“课上示范—作业巩固—检测反馈”,使学生熟练使用示意图。
(2)引导习惯养成。初中学生对物理实验过程的理解还比较浅显,教师应借助典型实验范例,帮助学生感受示意图的重要作用,引导学生使用示意图。对此,可以在重要检测中,要求学生在实验设计环节运用过程示意图辅助实验程设计,推动学生由习惯到素养的逐步转变。
(3)促进合作交流。合作交流是图形转换的必要保障。因此,借助及时激励、示范引领,为学生的交流提供平台,可加深学生间的互动合作,更好地完善实验过程示意图。
综上所述,物理实验过程示意图能够引导学生对实验过程进行深度理解,促进学生由形象思维顺利过渡到逻辑思维,培养物理学科核心素养,提升学业成绩。
参考文献
[1]孙芳.高中生应用物理图像解决问题研究[D].石家庄:河北师范大学,2010:1-2.
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