盧藝 秦宇飛 柴萬東

摘 要：概念教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。學(xué)生在初中階段首次系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理，對(duì)一些抽象的物理概念難以理解，甚至是產(chǎn)生理解偏差。因此，在初中物理概念教學(xué)中需要改進(jìn)教學(xué)手段，攻克此類教學(xué)難點(diǎn)。動(dòng)畫有形象直觀、趣味生動(dòng)的特點(diǎn)，能很好地應(yīng)用到物理教學(xué)中。本文以初中物理“電流”概念教學(xué)為例，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)及教學(xué)中常見的問題，設(shè)計(jì)了電流概念教學(xué)所需的主要?jiǎng)赢?，力求利用?dòng)畫化抽象為形象的特點(diǎn)，幫助學(xué)生正確理解電流概念，為初中物理概念教學(xué)提供新思路。

關(guān)鍵詞：概念教學(xué)；動(dòng)畫；電流概念

中圖分類號(hào)：G633.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2023）06-0064-04

收稿日期：2023-02-26

通訊作者：柴萬東（1971-），男，漢族，內(nèi)蒙古赤峰市人，碩士研究生導(dǎo)師，教授。研究方向：傳感器應(yīng)用，基本教育理論。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”教育規(guī)劃課題（2022JGH455）

物理教學(xué)分為物理概念教學(xué)、物理規(guī)律教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、物理習(xí)題教學(xué)和物理復(fù)習(xí)教學(xué)。在物理概念教學(xué)中，教師大都采用口頭講述的教學(xué)方式，教學(xué)效果往往達(dá)不到預(yù)期，其原因在于教學(xué)方法與學(xué)生理解能力的不適配。初中學(xué)生的抽象思維能力和生活經(jīng)驗(yàn)不足，不易理解抽象的描述語言，只能機(jī)械記憶物理概念，其結(jié)果就是容易遺忘，不能活學(xué)活用，還可能因?yàn)閷W(xué)不會(huì)而喪失學(xué)習(xí)物理的興趣。改進(jìn)物理概念教學(xué)手段尤為重要。目前中學(xué)的信息化軟件、硬件教學(xué)設(shè)施基本都已完善，支持更多信息化技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用，且動(dòng)畫資源近年來被逐漸開發(fā)并應(yīng)用到了教學(xué)實(shí)踐中，取得了不錯(cuò)的效果[1]。

1 初中物理概念教學(xué)引入動(dòng)畫的必要性

（1）由物理學(xué)科自身特點(diǎn)所決定。物理學(xué)是一門研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、物體運(yùn)動(dòng)及能量變化的科學(xué)，是自然科學(xué)應(yīng)用廣泛的一門基礎(chǔ)學(xué)科，具有抽象度高、邏輯縝密的特點(diǎn)。初中階段所開設(shè)的物理課程，向初學(xué)者描繪了物理世界的基本規(guī)則和整體圖景，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步培養(yǎng)歸納概括能力、想象思維能力和邏輯推演能力，學(xué)生首次接觸比較困難。

動(dòng)畫能夠?qū)⑽淖?、圖像、聲音等整合并生動(dòng)形象地呈現(xiàn)，把抽象、枯燥的物理概念用生動(dòng)有趣動(dòng)畫表現(xiàn)出來，更容易為學(xué)生所接受，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（2）符合初中學(xué)生思維特點(diǎn)。初中階段學(xué)生處在身心發(fā)展逐步趨于成熟的青少年期，抽象邏輯思維正在慢慢形成，但在很大程度上仍以感性思維為主，需要大量具體形象的事物支持才能理解抽象概念語言，往往需要足夠的感性體驗(yàn)才能有效地激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣[2]。他們的認(rèn)識(shí)以經(jīng)驗(yàn)為主，理解知識(shí)大都依賴于日常經(jīng)驗(yàn)[3]。因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)有限，學(xué)生在分析問題時(shí)往往較片面，經(jīng)常憑借自己的感覺分析問題，具有很強(qiáng)的主觀性，不利于問題的解決。

在教學(xué)中引用動(dòng)畫符合學(xué)生思維特點(diǎn)的，動(dòng)畫在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常把日常生活中常見的具體事物作為抽象概念的類比對(duì)象，生動(dòng)且直觀，對(duì)于學(xué)生而言，降低了理解抽象物理知識(shí)的難度。教師可以在教學(xué)中重復(fù)播放動(dòng)畫，讓學(xué)生通過動(dòng)畫直觀地理解物理概念的內(nèi)涵和外延，幫助學(xué)生消化難點(diǎn)、掌握重點(diǎn)。

（3）緊隨教育信息化的發(fā)展。初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出，要重視現(xiàn)代信息技術(shù)在物理教學(xué)中的運(yùn)用，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)作為教學(xué)手段的應(yīng)用[4]。這意味著教師要注重利用現(xiàn)代化教學(xué)手段輔助教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)的有效性。物理概念教學(xué)要求學(xué)生準(zhǔn)確理解概念的意義，明確概念的適用條件，并在學(xué)習(xí)過程中體會(huì)研究概念的方法，應(yīng)用概念解決實(shí)際的問題。將動(dòng)畫這一信息技術(shù)手段應(yīng)用于物理教學(xué)中，符合初中物理新課標(biāo)和物理概念教學(xué)的要求，與教育信息化的時(shí)代背景相契合。

2 初中物理電流概念教學(xué)問題分析

2.1 電流概念梳理

以人教版教材為例，“電流”的概念最初出現(xiàn)在初中物理“電流和電路”一章中，是學(xué)生開始學(xué)習(xí)物理電學(xué)知識(shí)最先接觸的基本概念。與此同時(shí)，“電流”也是物理概念中典型的抽象性概念。在日常的生活中沒有具體的實(shí)物表象與其相對(duì)應(yīng)，學(xué)生作為初學(xué)者，理解這一抽象的物理概念存在困難。

電流概念教學(xué)中主要有幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)生掌握：（1）電流的定義。電荷的定向移動(dòng)形成電流，這里的“電荷”有3種情況，可能是“正電荷”，也可能是“負(fù)電荷”，還可能是“正、負(fù)電荷”。（2）學(xué)生需要明白“正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉钡囊?guī)律。在電源外部，電流的方向是從電源正極流向負(fù)極的，在電源內(nèi)部則相反。（3）產(chǎn)生電流的條件。回路中必須有電源，且回路要閉合。

從學(xué)習(xí)電流部分開始，學(xué)生逐步地學(xué)習(xí)了一系列的電學(xué)知識(shí)。以電流為主線，學(xué)生從對(duì)電路的認(rèn)識(shí)，到對(duì)歐姆定律等電路基本規(guī)律的探索，再到對(duì)電與磁知識(shí)的初探等，電學(xué)的大廈在學(xué)生的頭腦中開始逐步建立。學(xué)生在此過程中發(fā)展抽象和邏輯思維能力，其物質(zhì)觀、能量觀、相互作用觀也會(huì)隨之逐步清晰完善，可謂電流“一線”貫穿始終。

該部分知識(shí)具有一定的抽象性，學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)難點(diǎn)問題，即（1）不能很好地理解并分析電流形成中的兩種電荷的運(yùn)動(dòng)情況。（2）容易混淆金屬導(dǎo)體中電流方向與電荷移動(dòng)方向。（3）不理解電源內(nèi)部的電流方向及電荷運(yùn)動(dòng)情況。不能理解電源為什么源源不斷地提供電流。

2.2 電流概念教學(xué)問題分析

（1）照本宣科式的教學(xué)依然存在。日常生活的方方面面都離不開“電”，學(xué)生在學(xué)習(xí)“電流”概念之前，一定對(duì)“電”有所了解，具備關(guān)于“電流”的前概念。無論他們有著怎樣的前概念，都表明學(xué)生不是空白進(jìn)入課堂的，他們有自己的認(rèn)知基礎(chǔ)，需要教師精心引導(dǎo)才能形成正確、科學(xué)的電流概念。

但在實(shí)際的電流概念教學(xué)中，常常忽略學(xué)生的認(rèn)知水平，只讓學(xué)生機(jī)械地“記住”電流概念，而不注重分析講解電流的形成過程和本質(zhì)，使得概念教學(xué)流于表面，其結(jié)果就是學(xué)生對(duì)電流概念的模糊不清，產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解[5]。學(xué)生不理解導(dǎo)體中發(fā)生定向移動(dòng)的電荷情況，不清楚電流方向與電荷定向移動(dòng)二者間的關(guān)系，雖然可以靠機(jī)械記憶“記住”，但不會(huì)活學(xué)活用，一旦應(yīng)用情境發(fā)生變化就會(huì)出錯(cuò)，時(shí)間一長(zhǎng)，學(xué)生會(huì)認(rèn)為物理難學(xué)，對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒，不利于學(xué)生長(zhǎng)期發(fā)展。

（2）教學(xué)方法單一。多數(shù)教師在教學(xué)中使用了盡可能詳細(xì)的話語和大量的例子幫助學(xué)生理解電流概念，但教學(xué)效果往往達(dá)不到預(yù)期。原因之一就是教學(xué)方法的單一性，只采用口頭講授的形式，學(xué)生根據(jù)教師的語言描述想象“電流”，或者根據(jù)靜態(tài)的圖片推測(cè)動(dòng)態(tài)的“電流”，學(xué)生無法真正理解教師的描述，使得教學(xué)的有效性大打折扣?？梢?，在面對(duì)“電流”這類抽象的物理概念時(shí)，教師若是僅僅采用語言講述的教學(xué)方式，效果很難達(dá)到預(yù)期。在抽象概念面前，尤其是對(duì)于初中階段的學(xué)生而言，文字講述總顯得蒼白無力。

（3）缺乏有效的理論模型。在電流概念的教學(xué)中，教師最常引用的就是水流模型，即把“電流”類比成“水流”一樣的東西，水流動(dòng)的方向便是電流的方向。水流模型用類比的辦法幫助學(xué)生體會(huì)電流的特點(diǎn)，感受電流的方向，學(xué)生易于理解。但水流模型也存在著不足之處，即模型本身不夠完善，描述表達(dá)的重點(diǎn)不夠突出，難以解釋清楚電流產(chǎn)生的本質(zhì)。

雖然考慮了水流模型的不足，但在重新設(shè)計(jì)電流模型時(shí)，為了描述的方便，把金屬中“產(chǎn)生電流”的模型解釋設(shè)定為“正電荷的定向移動(dòng)”，認(rèn)為電流模型的重點(diǎn)是向?qū)W生表明電路中電流的方向，可以暫時(shí)忽略電荷的電性，只需在演示時(shí)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)“其實(shí)在金屬導(dǎo)體中移動(dòng)的是自由電子”即可。其結(jié)果是學(xué)生很可能忽視教師的強(qiáng)調(diào)，反而加深頭腦中“金屬導(dǎo)體中是正電荷的定向移動(dòng)而形成電流”的錯(cuò)誤認(rèn)知。

3 構(gòu)建初中物理電流概念的動(dòng)畫

對(duì)于電流概念教學(xué)，可以通過設(shè)計(jì)“電流”的動(dòng)畫輔助抽象的文字描述，通過動(dòng)畫這一形象的表現(xiàn)方式幫助學(xué)生想象，促進(jìn)學(xué)生理解電流概念。研究發(fā)現(xiàn)，電流的理論模型都是力求從本質(zhì)出發(fā)，站在更高的知識(shí)角度對(duì)初中電流概念進(jìn)行更細(xì)致的描述，可以借此進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，從微觀角度展示“導(dǎo)體中有電流通過”的狀態(tài)，并展示“電源工作”時(shí)的動(dòng)畫，幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。目前能在計(jì)算機(jī)上制作動(dòng)畫的軟件有很多，如Flash、AE、RETAS等，都可以做出不錯(cuò)的動(dòng)畫效果。

3.1 動(dòng)畫設(shè)計(jì)思路分析

在初中階段，學(xué)生常接觸金屬和酸、堿、鹽水溶液兩類導(dǎo)體，不同導(dǎo)體連接在電路中產(chǎn)生電流時(shí)，電荷發(fā)生定向移動(dòng)的情況不同。金屬原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子構(gòu)成，可認(rèn)為原子核不能移動(dòng)，核外電子可以移動(dòng)。通電時(shí)，金屬導(dǎo)體（導(dǎo)線）中的負(fù)電荷（自由電子）定向移動(dòng)形成電流；在鹽的水溶液如NaCl溶液，電離出的鈉離子Na+和氯離子Cl-，由于電荷“同性相吸、異性相斥”的原理，正電荷移向靠近電源負(fù)極一側(cè)，負(fù)電荷移向靠近電源正極一側(cè)，正、負(fù)電荷同時(shí)向相反的方向定向移動(dòng)形成電流。

（1）金屬導(dǎo)體導(dǎo)電動(dòng)畫。先呈現(xiàn)整個(gè)電路在開關(guān)斷開時(shí)的整體圖，包括電源、開關(guān)、用電器（小燈泡）和導(dǎo)線等電路組成部分，動(dòng)畫呈現(xiàn)閉合開關(guān)前后，導(dǎo)體中的自由電子運(yùn)動(dòng)情況，方便幫助學(xué)生理解電流的產(chǎn)生及電荷的運(yùn)動(dòng)情況以及電流方向與電荷定向移動(dòng)的關(guān)系，如圖1所示。

（2）NaCl溶液導(dǎo)電動(dòng)畫。延續(xù)上述方法，先呈現(xiàn)沒有通電時(shí)鹽的水溶液（NaCl溶液）的微觀狀態(tài)，溶液中存在大量的正電荷和負(fù)電荷（正離子和負(fù)離子），它們都在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，然后呈現(xiàn)閉合開關(guān)的電路圖，NaCl溶液的正電荷和負(fù)電荷同時(shí)向相反的方向定向移動(dòng)，正電荷向靠近電源負(fù)極的一側(cè)移動(dòng)，負(fù)電荷向靠近電源正極的一側(cè)移動(dòng)，并標(biāo)出NaCl溶液中電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同。以此幫助學(xué)生理解正負(fù)電荷同時(shí)定向移動(dòng)形成電流的難點(diǎn)問題，如圖2所示。

（3）工作電源內(nèi)部動(dòng)畫。電源（化學(xué)電池）處在工作狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部同時(shí)存在著正、負(fù)電荷的定向移動(dòng)。因?yàn)殡娫吹呢?fù)極比正極性質(zhì)活躍，往往容易失去電子，這些電子通過導(dǎo)線積聚到電源正極，電源內(nèi)部的正電荷為了得到電子便會(huì)流向電源正極，即電源內(nèi)部的電流方向是從負(fù)極到正極。針對(duì)學(xué)生不易理解電源內(nèi)部的電流方向的難點(diǎn)，采用擬人的方法，設(shè)計(jì)“電源小精靈”充當(dāng)電源內(nèi)部電荷的“搬運(yùn)工”，它們克服同種電極和電荷間的斥力，分別把正、負(fù)電荷依類“搬到”電源的正、負(fù)極，從而電源可以源源不斷地提供電流，如圖3所示。

3.2 動(dòng)畫演示原理

演示呈現(xiàn)整個(gè)電路的電荷運(yùn)動(dòng)情況及電流方向，也可以分別呈現(xiàn)電源外部及電源內(nèi)部的電荷運(yùn)動(dòng)情況及電流方向。

通過電流形成的動(dòng)畫設(shè)計(jì)，清楚地向?qū)W生展示金屬導(dǎo)體中電流形成的原因及微觀本質(zhì)，并形象直觀地呈現(xiàn)在金屬導(dǎo)體中，電流方向與負(fù)電荷電荷定向移動(dòng)的方向相反，幫助學(xué)生解決難點(diǎn)一。至于學(xué)生疑問為什么不把自由電子定向移動(dòng)方向規(guī)定為電流方向，則可根據(jù)科學(xué)史上電子的發(fā)現(xiàn)遲于電流概念的提出時(shí)間進(jìn)行解釋。“NaCl溶液導(dǎo)電動(dòng)畫”向?qū)W生清楚地展示了在鹽的水溶液中正、負(fù)電荷（正、負(fù)離子）都可以發(fā)生定向移動(dòng)而導(dǎo)電，電流方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同。通過此動(dòng)畫，學(xué)生可以區(qū)別金屬導(dǎo)體導(dǎo)電和酸、堿、鹽水溶液導(dǎo)電原理的不同，解決難點(diǎn)二。

“工作電源內(nèi)部動(dòng)畫”的設(shè)計(jì)，向?qū)W生生動(dòng)地呈現(xiàn)了電源內(nèi)部的電流方向。教師可以在演示時(shí)向?qū)W生解釋，是因?yàn)椤半娫葱【`”一直在忙著“搬運(yùn)”電荷到相同的電極，它們?cè)诖诉^程消耗了自身的能量，電源才能夠源源不斷地提供電流。也能使學(xué)生初步明白電源的能量轉(zhuǎn)化過程，為后面的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

4 結(jié)論

動(dòng)畫作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)手段，對(duì)提升教師的信息化教學(xué)素養(yǎng)和促進(jìn)課堂教學(xué)效果都具有重要價(jià)值。目前動(dòng)畫制作平臺(tái)的多樣，制作技術(shù)的便利，使得動(dòng)畫在教學(xué)中獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值被不斷開發(fā)，在教育領(lǐng)域的運(yùn)用正處于上升階段。

學(xué)生正確理解物理概念是學(xué)好物理的第一步。教師在物理電流概念教學(xué)中引入動(dòng)畫，促進(jìn)學(xué)生的理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)展科學(xué)思維，提升思辨智慧，生動(dòng)直觀的動(dòng)畫吸引學(xué)生的注意，強(qiáng)化學(xué)生記憶，提高教學(xué)效果。除此之外，教師要充分發(fā)揮動(dòng)畫資源的作用，離不開大膽創(chuàng)新和積極開發(fā)，在制作動(dòng)畫時(shí)要多方考慮，盡量精簡(jiǎn)元素，突出重點(diǎn)，要符合物理教學(xué)的規(guī)律，合理地在物理教學(xué)中滲透動(dòng)畫，才能促進(jìn)物理教學(xué)的發(fā)展。

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