(江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，江蘇 南京 210009)

圖像能直觀地反映某兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，形象地描述物理過(guò)程和物理規(guī)律．它是形象思維和抽象思維之間聯(lián)系的紐帶．對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，圖像法的運(yùn)用對(duì)理解物理問(wèn)題的本質(zhì)特征具有十分重要的意義．圖像法不僅僅是一種數(shù)學(xué)方法，而且是一種重要的科學(xué)研究方法，被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)和理論研究中．初中階段，應(yīng)當(dāng)使學(xué)生了解圖像法的意義和作用，會(huì)用圖像法描述、分析和解決簡(jiǎn)單的物理問(wèn)題．

圖1

關(guān)于圖像問(wèn)題，傳統(tǒng)教學(xué)一般都是先介紹什么是圖像，然后介紹圖像對(duì)于學(xué)習(xí)物理知識(shí)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、解決物理問(wèn)題有什么重要意義等．例如，老人教版初中物理教材在首次出現(xiàn)圖像時(shí)采用了如圖1所示的“小貼士”的形式指出：“‘圖像’，我們并不生疏．地理課本中常見(jiàn)的‘全年氣溫變化曲線圖’就是圖像．由于圖像表示一個(gè)量(如溫度)隨另一個(gè)量(如時(shí)間)變化的情況，很直觀、很形象，所以各門科學(xué)都經(jīng)常利用它．”緊接著就在正文中直接給出海波的熔化圖像，并通過(guò)文字告訴學(xué)生某一段圖像的含義．在學(xué)生剛剛接觸用圖像描述規(guī)律時(shí)，就上升到如此的高度，學(xué)生理解起來(lái)難度較大．

2011年教育部頒布了《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》，提出以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，提倡教學(xué)方式多樣化，注重科學(xué)探究．在課程標(biāo)準(zhǔn)所提出的基本理念指導(dǎo)下，各個(gè)版本的物理教材在這方面都做了較大改進(jìn)，各有特色．以蘇科版初中物理教材為例，教材圍繞圖像教學(xué)的總體目標(biāo)，采用了循序漸進(jìn)、螺旋上升的方式呈現(xiàn)．大致經(jīng)歷以下過(guò)程：初識(shí)圖像→體驗(yàn)圖像建立的過(guò)程和圖像的意義→學(xué)習(xí)畫簡(jiǎn)單的圖像，并利用圖像分析物理問(wèn)題．

1 初識(shí)圖像

教材從第一章第二節(jié)“樂(lè)音的特性”就開始為物理圖像知識(shí)的學(xué)習(xí)做鋪墊：在談到?jīng)Q定音色的因素時(shí)，指出：“借助儀器可以觀察到音色不同的聲音，其圖像是不同的”．然后，給出了幾種樂(lè)器發(fā)出聲音的波形圖(如圖2)．這樣處理，不僅避免了在教材中出現(xiàn)音色的概念，降低了難度，而且將圖像教學(xué)的起步難度降到最低，學(xué)生很容易從這些變換的曲線中看出不同樂(lè)器發(fā)出聲音的波形不同，在不知不覺(jué)中初識(shí)了圖像，學(xué)生甚至沒(méi)有意識(shí)到這是在討論圖像問(wèn)題．

在經(jīng)過(guò)一章的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)對(duì)物理學(xué)科有了一定認(rèn)識(shí)，教材對(duì)學(xué)生的要求開始提升，在第二章第一節(jié)的“生活·物理·社會(huì)”中，給出了海平面的上升曲線，如圖3所示，曲線反映了海平面的高度隨著年份的變化而上升的趨勢(shì)，這與學(xué)生的生活密切相關(guān)，學(xué)生也容易理解．

圖2

圖3 中國(guó)沿海近十幾年的海平面變化曲線

2 體驗(yàn)圖像建立的過(guò)程

在初識(shí)圖像之后，教材讓學(xué)生采用課后活動(dòng)的方式體驗(yàn)圖像的建立過(guò)程：在燒杯中倒入適量的熱水，每隔2min用溫度計(jì)測(cè)量一次熱水的溫度，并將溫度值標(biāo)在如圖4所示的一組溫度計(jì)圖上(溫度計(jì)下方已標(biāo)明第幾分鐘)；然后“用平滑的曲線把各溫度計(jì)上的標(biāo)記連接起來(lái)．看看從中能發(fā)現(xiàn)什么．”

圖4

上述活動(dòng)中，學(xué)生很自然地在教材的幫助下測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)，并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)畫出了熱水溫度隨時(shí)間變化的圖像．這既是對(duì)本節(jié)課的重要內(nèi)容——溫度計(jì)的使用的實(shí)際操練，又克服了圖像教學(xué)的難點(diǎn)，學(xué)生在教材的啟發(fā)下觀察圖像，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從較深層次領(lǐng)悟了圖像的意義．

這一過(guò)程，體現(xiàn)了圖像是形象思維和抽象思維之間的橋梁，學(xué)生在實(shí)物圖上描點(diǎn)、畫曲線的過(guò)程，實(shí)際就是從形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)化的過(guò)程．在這一“數(shù)形”結(jié)合的過(guò)程之后，教材指出：如果將溫度計(jì)除去，留下的就是熱水冷卻時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖像．此時(shí)，學(xué)生對(duì)圖像的意義建構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，為下一節(jié)研究水的沸騰和第三節(jié)“熔化和凝固”中用圖像法分析溫度變化的規(guī)律做好了充分的準(zhǔn)備．因此，在“研究水的沸騰”活動(dòng)中，教材直接給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，并在給定的坐標(biāo)系中描點(diǎn)、連線．此時(shí)，學(xué)生還不能完全理解用“平滑曲線”進(jìn)行“曲線擬合”的技巧，為了降低學(xué)習(xí)的難度，幫助學(xué)生盡快掌握作圖方法，需要老師從回顧圖4的作圖過(guò)程開始，舉例講解并進(jìn)行作圖示范．可以兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)為例說(shuō)明“曲線擬合”的幾種情形，再過(guò)渡到三個(gè)點(diǎn)……根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的整體走向畫出平滑曲線，使數(shù)據(jù)點(diǎn)落在擬合曲線上，或均勻分布在曲線兩側(cè)．在繪出圖像后，教材采用填空的形式，引導(dǎo)學(xué)生觀察圖像，發(fā)現(xiàn)水在沸騰前、沸騰時(shí)溫度的變化規(guī)律．

3 用圖像分析物理問(wèn)題

第二章第三節(jié)的“探究冰、燭蠟的熔化特點(diǎn)”活動(dòng)中，教材要求學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)、繪制熔化圖像．經(jīng)過(guò)前面的一系列教學(xué)之后，學(xué)生已經(jīng)完全能夠獨(dú)立繪制燭蠟和冰的熔化圖像，也能夠從圖像中分析出一些信息．但是他們還沒(méi)有采用圖像對(duì)比發(fā)現(xiàn)規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)這部分教學(xué)，學(xué)生的圖像能力得到全面提升，進(jìn)一步體會(huì)了圖像法在問(wèn)題研究中的意義和作用．

八年級(jí)上冊(cè)涉及圖像教學(xué)的還有“第五章 物體的運(yùn)動(dòng)”.在研究直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，教材設(shè)計(jì)了探究活動(dòng)——“研究氣泡的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”，如圖5所示．活動(dòng)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制氣泡運(yùn)動(dòng)的s-t圖像，這是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)圖像的理解，此時(shí)，教師甚至可推薦學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件繪圖．

圖5

從上面的分析，我們不難看出，蘇科版物理教材的宏觀結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的．教材中對(duì)于物理科學(xué)方法的教學(xué)，在學(xué)生剛開始接觸時(shí)，并不是急于告訴學(xué)生科學(xué)方法的名稱和概念，而是讓學(xué)生先進(jìn)行簡(jiǎn)單的體驗(yàn)和運(yùn)用，建立感性認(rèn)識(shí)，并在后面的教學(xué)中對(duì)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)不斷地提升，等學(xué)生充分領(lǐng)悟到這種方法如何使用，以及其方法論意義之后，再水到渠成地將方法顯性化、規(guī)范化．這樣的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了“循序漸進(jìn)、螺旋上升”的原則，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律．

參考文獻(xiàn)：

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