郭喬 吳建琴 李婷 黃力行 何曉

【摘 要】圖景是高中物理的重要內容之一。研究者在分析概述物理圖景的概念、分類及其重要性和功能的基礎上，結合人教版高中物理運動學知識，對高中物理圖景教學策略進行了探索，即課堂中重視圖景，學會讀圖;練習中強調圖景，學會畫圖;訓練中積累圖景，學會用圖;評價中突出圖景，體現(xiàn)評價的實踐性，使學生能夠更好地發(fā)現(xiàn)并理解物理規(guī)律，解決物理問題，體會物理之美。

【關鍵詞】物理圖景;圖景教學;物理規(guī)律

【作者簡介】郭喬、李婷、黃力行，新疆師范大學在讀碩士研究生;吳建琴，教授，主要從事物理課程與教學論、中學物理實驗研究;何曉，新疆師范大學教師，主要從事物理課程與教學論、中學物理實驗研究。

【基金項目】新疆師范大學“新型光源與微納光學”實驗室基金資助項目“石墨烯產業(yè)化技術工藝特性研究”（XJNUSYS2019B07）

物理問題是指通過物理知識或物理思維、方法才能解決的問題，一般分為原始問題和抽象問題兩類。原始問題即實際問題，是自然界及社會生產、生活中客觀存在的，能夠反映物理概念、規(guī)律且未被加工的典型物理現(xiàn)象和物理事實[1]。抽象問題是將原始問題進行簡化、抽象并人為設置一定的物理量所形成的問題。物理問題解決是學生根據物理情境，在頭腦中還原物理過程，并進行質疑、論證、建模，以尋求合適的物理概念、規(guī)律和方法來構建物理圖景，最終解決問題的過程。

關于物理圖景概念的界定目前尚未統(tǒng)一。項華、李永艷認為，物理圖景是一種“心智圖畫”，這種“心智圖畫”建立在對物理世界的感知基礎之上，并通過形象思維與物理世界的相互作用而形成，可借助示意圖、函數(shù)圖像等形象化的方式加以描述[2]。莫金華認為，物理圖景是在物理知識的感性認識（含物理現(xiàn)象、物理事實及物理過程）科學物理概念，物理模型，物理規(guī)律及定理，物理原理等圖景元素的基礎上建立的清晰合理的動態(tài)結構體系[3]。

參照已有的研究，筆者認為物理圖景是人腦中形成的對物理過程兼具形象思維與抽象思維的動態(tài)圖像，是學生解決物理問題時由感性認識到理性認識的橋梁，是幫助學生成功解題的關鍵環(huán)節(jié)。物理圖景一般包括圖式文本、知識框圖、示意圖、函數(shù)圖像等。通過物理圖景，可將枯燥難懂的文字信息轉化為直觀、形象的圖像，有助于培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學生的科學思維能力，幫助學生認識物理概念與物理規(guī)律，解決物理問題，并體會科學思想與科學精神。

一、圖景在高中物理問題解決中的功能

（一）理解物理知識，強化物理觀念

（二）分析物理過程，提高科學思維

科學思維是物理學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，指人腦對自然界中的事物（包括對象、過程、現(xiàn)象、事實等）的本質屬性、內在規(guī)律及自然界中事物間的聯(lián)系和相互關系的間接的、概括的和能動的反映[4]。其主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素[5]。

物理圖景有助于培養(yǎng)學生的科學思維能力，如教材中有大量的插圖和圖表，教師可以引導學生學會辨識、分析、歸納和總結，促進學生的觀察與思考能力。很多學生在做題時不知如何下手，尤其是面對文字較長的題目時。通過畫示意圖可將復雜的物理過程與問題直觀地表示出來，方便學生厘清物理過程，找到解決問題的突破口。這樣不僅有效幫助學生解題，也可以培養(yǎng)學生思維的靈活性、概括性和有序性。如追及或相遇問題、小船渡河問題等就可以通過物理圖景幫助學生更好地解題。

例 一輛執(zhí)勤的警車停在平直的公路邊，當一名警員發(fā)現(xiàn)從他旁邊經過的一輛以10m/s速度勻速行駛的貨車有超載行為時，決定去追趕，2.4s后警車發(fā)動起來，警車在追上貨車前都可視為做加速度a=2m/s2的勻加速運動。求：警車追上貨車前，兩車的最大距離。

解析：首先分析物理過程，畫出貨車和警車運動過程的速度—時間圖像（如圖3），則速度圖線與橫軸和縱軸圍成的圖形面積表示位移。在警車追上貨車之前，當警車速度小于貨車速度時，兩車距離逐漸增大;當警車速度大于貨車速度時，兩車距離逐漸減小。故當兩車速度相等時，兩車距離最大，即為圖中的②區(qū)域面積。然后根據圖中信息進行求解。

物理函數(shù)圖像是數(shù)形結合的物理圖景，優(yōu)點在于直觀反映事物的動態(tài)變化，其過程清晰、簡單。如以上例題中，通過畫出函數(shù)圖像，對其進行語言復述，可讓學生在頭腦中清晰還原物理過程，培養(yǎng)學生的形象思維。同時，利用函數(shù)圖像也可推導出基本的物理公式，如通過勻變速直線運動的速度—時間圖像可推導出位移公式等，以培養(yǎng)學生的抽象思維、發(fā)展思維和理解物理概念的能力，讓學生掌握科學的研究方法。

（三）解決物理問題，增強科學態(tài)度與責任

科學態(tài)度與責任是指在認識科學本質，理解科學·技術·社會·環(huán)境關系的基礎上，逐漸形成的對科學和技術應有的正確態(tài)度及責任感，主要包括科學本質、科學態(tài)度、社會責任等要素[6]。教師在引導學生通過圖像分析物理過程解決問題時，要讓學生本著科學嚴謹?shù)膽B(tài)度認真作圖，實事求是，從而養(yǎng)成科學規(guī)范的作圖習慣，促進其形成嚴謹?shù)乃季S方式和做事風格，增強科學態(tài)度與責任。例如，在探究小車在重物牽引下速度隨時間變化的規(guī)律時，得到如圖4所示的紙帶，分析紙帶可以很直觀地判斷小車做勻加速運動，通過測量相鄰兩點間的距離，以及根據一段時間內中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度求解出各點的瞬時速度，最終得出加速度。為證明所求加速度的準確性，可繪制速度—時間圖像（如圖5），根據斜率等于小車的加速度進行驗證。

二、基于問題解決的高中物理圖景教學策略

提高學生問題解決的能力是高中物理學習的重要目的之一，也是提高學生科學素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。構建物理圖景不僅能幫助學生直觀地理解物理概念和規(guī)律，也能幫助學生更有效地厘清思路，解決物理問題。教師要幫助學生掌握構建物理圖景的方法，使學生學會讀圖、畫圖、用圖，將復雜的物理問題簡單化、具體化。為此，筆者提出基于問題解決的高中物理圖景的幾個教學策略。

（一）課堂中重視圖景，學會讀圖

筆者分析近五年的高考全國物理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ卷，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)試題都配有圖片，其中，以示意圖和函數(shù)圖像居多。學生需要結合試題要求仔細分析圖片，在讀圖的過程中獲取有用信息，達到正確解題的目的。為此，教師可以根據教學需要采用插圖、視頻、實驗等給學生提供形象基礎，最大化地利用教材中的圖景，鼓勵學生聯(lián)系生活中的物理情境進行解題。

例如，對于人教版高中物理必修第一冊（2019年版）“自由落體運動”的教學，教師通過牛頓管實驗演示鐵片與羽毛的下落速度，得出沒有空氣阻力的影響時，輕物體與重物體下落得同樣快的結論;通過頻閃攝影或用打點計時器研究自由落體運動規(guī)律，對得到的頻閃照片或紙帶進行分析得出重力加速度等。

同時，教師要引導學生學會看圖、學會辨析，讓學生說出從圖片中獲得的信息。如圖6是物體運動的位移—時間圖像，讓學生討論并回答橫坐標、縱坐標、斜率、最高點、最低點等分別表示什么，判斷物體在各時間段內做什么形式的運動。

（二）練習中強調圖景，學會畫圖

教師的言傳身教對學生的影響是巨大的，因此，在教學過程中，教師應在強調畫圖重要性的同時做出表率，利用直尺、圓規(guī)等工具規(guī)范作圖，潛移默化地影響學生作圖的規(guī)范性。同時，不斷啟發(fā)學生思考，讓學生明白在解題過程中，畫圖是厘清物理過程的重要方法。如在教授豎直上拋運動知識時，教師通過畫圖分析豎直上拋運動的各個階段，使學生理解豎直上拋運動的過程，掌握豎直上拋運動的規(guī)律等。

另外，教師應循序漸進地培養(yǎng)學生的畫圖習慣，讓學生多練習。如對于物理情景盡量用文字描述，減少配圖，要求學生通過規(guī)范作圖（示意圖或函數(shù)圖像）解決物理問題，強化學生的圖像表征意識。再如在復習階段，要求學生自己總結所學物理知識，畫出知識框圖并進行小組討論等。

（三）訓練中積累圖景，學會用圖

通過多種手段，夯實學生物理基礎知識和模型的積累，循序漸進地培養(yǎng)學生的圖景建構能力。從一個研究對象一個過程、一個研究對象多個過程、兩個研究對象一個過程、兩個研究對象兩個過程、多個研究對象多個過程等情況中積累圖景。如斜面模型、長木板模型、傳送帶模型、單擺模型、圓弧模型、圓盤模型、拋體運動模型等。

教師應鼓勵學生多觀察、多思考，觀察生活中的物理情景，分析其物理狀態(tài)與物理過程，從而在頭腦中形成動態(tài)的物理圖景，存儲于記憶中。這樣，在解答物理問題時，學生才能隨時調用頭腦中的圖景，并靈活運用。

（四）評價中突出圖景，體現(xiàn)評價的實踐性

評價具有診斷、激勵、調節(jié)和教學等作用，通過評價，不僅讓師生明確教與學的情況，也對學生的學習動機具有激發(fā)作用。教師可以結合形成性評價對學生進行激勵，運用發(fā)展的眼光對待每一名學生，及時調整教學工作，提高學生的學習興趣和運用物理圖景解決問題的能力。如針對畫圖能力制訂評價標準，由學生進行自我評價或互相評價;對考題進行創(chuàng)新，增加作圖項目，通過考試對學生進行評價;結合學生的認知能力，運用適宜的評價方法對學生展開綜合性評價等，從而促進物理教學質量的提升，提高學生運用物理圖景解決問題的能力。

三、小結

對學生物理圖景素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成的，這就要求教師自身要對物理圖景有清晰的認識，在教學過程中有意識地滲透物理圖景的思維方式，并通過各個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生應用物理圖景的習慣，讓學生能應用其發(fā)現(xiàn)并理解物理規(guī)律，解決物理問題，體會物理之美。

參考文獻：

[1] 邢紅軍，陳清梅.對原始物理問題教學的思考[J].中國教育學刊，2006（8）：67-69.

[2]項華，李永艷.物理圖景素養(yǎng)的培養(yǎng)：模型、問題與對策[J].課程·教材·教法，2008（3）：59-62，77.

[3]莫金華.高中電磁學物理圖景教學研究[D].成都：四川師范大學，2012.

[4]胡衛(wèi)平，林崇德.青少年的科學思維能力研究[J].教育研究，2003（12）：19-23.

[5]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[6]胡衛(wèi)平.物理學科核心素養(yǎng)的內涵與表現(xiàn)[J].中學物理教學參考，2017（8）：1-3.

（責任編輯：羅小熒）