(江蘇省太倉(cāng)市高新區(qū)中學(xué),江蘇 蘇州 215400)

1 概念界定

1.1 可視化

可視化，顧名思義就是“讓本來(lái)看不見，看不清的東西看得見、看得更清晰”。思維是看不見摸不著的，當(dāng)一個(gè)人在思考的時(shí)候，其他人看不到他的大腦在想什么，只有他把想法說(shuō)出來(lái)，大家才會(huì)了解。[1]

1.2 思維可視化

思維可視化是指運(yùn)用一系列圖示技術(shù)，把本來(lái)不可視的思維(思考方法和路徑)呈現(xiàn)出來(lái)，使其清晰可見。

1.3 思維型課堂

思維型課堂的核心是學(xué)生的思維活動(dòng)，以探究問(wèn)題為目的，以思維訓(xùn)練為主導(dǎo)。思維型課堂教學(xué)有以下4個(gè)基本特征：認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移。[2]

2 初中物理概念教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前初中物理概念教學(xué)中普遍存在重結(jié)果、輕過(guò)程的現(xiàn)象，忽視生成概念的思維方法和過(guò)程，在學(xué)生還沒有足夠的感性認(rèn)識(shí)時(shí)匆忙給出定義和表達(dá)式，這樣就造成了學(xué)生對(duì)物理概念的學(xué)習(xí)處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，致使大部分學(xué)生只是死記物理概念而沒有真正理解物理概念的實(shí)質(zhì)，不能活學(xué)活用、融會(huì)貫通。形成的普遍現(xiàn)象就是在新課后還要耗費(fèi)大量時(shí)間在題海中，表面上看似弄懂了，但過(guò)一段時(shí)間又不會(huì)做了，到復(fù)習(xí)階段又是重復(fù)進(jìn)行習(xí)題訓(xùn)練，學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程主要集中在解題上，漸漸地失去了學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

3 思維可視化理念下的物理概念教學(xué)轉(zhuǎn)型

所謂課堂轉(zhuǎn)型是指教學(xué)范式的轉(zhuǎn)型，即從知識(shí)傳遞型轉(zhuǎn)向知識(shí)建構(gòu)型。[3]對(duì)于初中物理課堂轉(zhuǎn)型，可先從概念教學(xué)入手，利用思維可視化和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視化，教師能基于學(xué)生的思維而教，學(xué)生能夠主動(dòng)參與到整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性。教學(xué)中從感性認(rèn)識(shí)入手，通過(guò)大量的感性認(rèn)識(shí)，逐漸上升到理性的辨析，筆者嘗試了各種可視化手段，來(lái)幫助學(xué)生構(gòu)建起結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。

3.1 情境引入的可視化

壓強(qiáng)概念對(duì)熟悉的人來(lái)說(shuō)似乎是非常清晰的，但對(duì)剛學(xué)習(xí)物理不久的初二學(xué)生來(lái)說(shuō)，很容易把壓強(qiáng)和壓力概念混淆。

筆者首先播放一段冰面營(yíng)救的視頻，讓學(xué)生感知在壓力不能改變時(shí)，通過(guò)一定的方法是能改變壓強(qiáng)的。

緊接著再請(qǐng)學(xué)生用吸管插入包裝盒，體驗(yàn)壓力的作用效果，學(xué)生用尖銳的一端能很容易插入，緊接著進(jìn)行了一系列追問(wèn)。

師：為什么不用平的一端？

生：平的一端不方便插入。

師：平的一端能插入嗎？請(qǐng)你試試看。

學(xué)生嘗試換用平的一端，幾番努力后多數(shù)成功了，少數(shù)沒有成功，而且吸管變歪了，僅在包裝盒上留下了凹陷。

師：這次和上一次有何不同？

生：用的力要大很多。

師：在刺破包裝盒的實(shí)驗(yàn)中你收獲了哪些知識(shí)？

生：用尖的一端容易刺破，用的力??；平的一端也能刺破，但用的力要大。

師：刺破包裝盒取決于哪些因素？

生：刺破包裝盒不僅取決于用力的大小，還與受力面積有關(guān)。

此時(shí)學(xué)生對(duì)這個(gè)“刺破”的問(wèn)題產(chǎn)生了一定的認(rèn)知，然后進(jìn)行分析：包裝盒此時(shí)受到吸管對(duì)它的力是一種壓力，這個(gè)壓力產(chǎn)生了一定的效果，這個(gè)效果就是包裝盒產(chǎn)生了形變，形變達(dá)到一定程度后破裂了。但是刺破發(fā)生形變的時(shí)間太短，無(wú)法明顯觀察到，因此在引出壓力作用效果這個(gè)問(wèn)題時(shí)，筆者增加一個(gè)實(shí)驗(yàn)效果可視化的環(huán)節(jié)，在橡皮泥的兩端分別用手指和指尖同時(shí)擠壓，由于橡皮泥不僅能立刻展示形變，而且還可以保留下來(lái)，給全體同學(xué)觀察，可視性很強(qiáng)，學(xué)生看完后能立即明白壓力的作用效果是使被壓物體發(fā)生形變，而且再一次體驗(yàn)到了影響壓力作用效果的因素。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可視化

通過(guò)引入環(huán)節(jié)的初步探討，學(xué)生大多能猜想出壓力的作用效果可能與壓力和受力面積有關(guān)。然后進(jìn)行討論，制定研究方案，利用教材建議的器材進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能自主得出結(jié)論。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，筆者再增加了一個(gè)可視度高的演示實(shí)驗(yàn)，用橡皮泥作為受壓面，利用學(xué)生胸卡帶和棉線來(lái)改變受力面積，通過(guò)改變鉤碼個(gè)數(shù)來(lái)改變壓力的大小，事先錄制視頻(如圖1)，播放時(shí)在特定的時(shí)間點(diǎn)暫停，提醒學(xué)生仔細(xì)觀察并思考，運(yùn)用清晰的可視化實(shí)驗(yàn)獲得了很好的教學(xué)效果。

圖1

3.3 概念建構(gòu)的可視化

圖2

通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生得出了壓力的作用效果與壓力和受力面積的關(guān)系，筆者在從壓力作用效果過(guò)渡到壓強(qiáng)概念的教學(xué)中增加了以下實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，同樣用上述實(shí)驗(yàn)器材，在受力面積大的帶上掛6個(gè)鉤碼，受力面積小的棉線下掛2個(gè)鉤碼，觀察發(fā)現(xiàn)兩種情況下橡皮泥凹陷程度無(wú)明顯差異(如圖2)。

從而引發(fā)學(xué)生思考：在壓力和受力面積均不同時(shí)，如何比較壓力的作用效果？再利用具體的壓力和受力面積的數(shù)據(jù)，此時(shí)學(xué)生能把以前學(xué)習(xí)過(guò)的速度、密度等概念定義的方法遷移到當(dāng)前情境中，想到用比值的方法來(lái)比較。

3.4 應(yīng)用的可視化

每一個(gè)物理量都是有實(shí)際意義的，當(dāng)一個(gè)力施加到某個(gè)物體表面時(shí)，由于每個(gè)物體表面都有一定的抗壓能力，當(dāng)這個(gè)力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大于物體表面所能承受壓強(qiáng)的極限時(shí)，物體會(huì)被刺破。因此生活中有些需要刺破的情況其實(shí)就是要增大壓強(qiáng)，例如刀、釘子等；有些需要減小壓強(qiáng)，例如書包帶、載重卡車的輪胎等。關(guān)于增大或減小壓強(qiáng)的方法，筆者使用了例題和可視化實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論。

例1：某公路路面所能承受的最大壓強(qiáng)為8×105Pa?，F(xiàn)有一輛卡車，自重2t，有6個(gè)輪子，每個(gè)輪子與地面的接觸面積是200cm2，當(dāng)這輛卡車裝載10t貨物在該公路上行駛時(shí)，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，卡車是否會(huì)對(duì)公路路面產(chǎn)生危害？如果是，如何避免這種危害？

通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)此時(shí)卡車對(duì)路面的壓強(qiáng)超出了路面能承受的最大壓強(qiáng)，會(huì)毀壞公路路面。怎么能避免這樣的危害？學(xué)生通過(guò)回顧計(jì)算的過(guò)程，很容易回答。

生1：卸掉一些貨物，減小卡車對(duì)路面的壓力。

生2：多加幾個(gè)輪子，增大卡車對(duì)路面的受力面積。

緊接著用氣球做模擬實(shí)驗(yàn)，把氣球壓在一個(gè)圖釘上很容易扎破，再把氣球放在多個(gè)圖釘上，用力壓也不容易破，但持續(xù)增大壓力也會(huì)破裂。當(dāng)把氣球放在多個(gè)釘子上最終也破裂了，給學(xué)生的視覺沖擊很強(qiáng)，很快聯(lián)想到載重卡車為了減小壓強(qiáng)裝了多個(gè)車輪，但如果

超載的話同樣會(huì)損壞路面。

3.5 總結(jié)的可視化

學(xué)生學(xué)習(xí)“壓強(qiáng)”知識(shí)時(shí)經(jīng)歷了一次主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程，但學(xué)生能記住的信息量是有限的。筆者應(yīng)用“希沃白板”的思維導(dǎo)圖功能(如圖5)，逐級(jí)呈現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系。

圖5

4 結(jié)語(yǔ)

思維可視化理論強(qiáng)調(diào)運(yùn)用可視化的方法幫助學(xué)生展現(xiàn)思維過(guò)程與結(jié)果，讓教師基于思維而教，讓學(xué)生的思維在情境中展開，學(xué)生在深度的參與中親歷概念的建構(gòu)、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程使記憶更深刻，實(shí)現(xiàn)了概念教學(xué)向思維型課堂的轉(zhuǎn)型。