李學(xué)智

摘 要：新的課程改革對(duì)學(xué)校教育提出了更高的要求，使教師的教學(xué)方法不斷變化。物理圖景教學(xué)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和心理特征。結(jié)合教學(xué)實(shí)例，分析了實(shí)施物理圖景教學(xué)的意義及策略。

關(guān)鍵詞：物理圖景；物理教學(xué)；新課標(biāo)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出“高中物理課程在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生從物理學(xué)的視角認(rèn)識(shí)自然，理解自然，構(gòu)建關(guān)于自然界的物理圖景”。物理圖景在高中物理教學(xué)中的重要性不言而喻。那么什么是物理圖景？圖景教學(xué)的意義何在？怎樣開(kāi)展圖景教學(xué)？筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)談一些粗淺的認(rèn)識(shí)。

一、物理圖景的概念

關(guān)于物理圖景的概念，學(xué)術(shù)界沒(méi)有統(tǒng)一的界定。鄧錫強(qiáng)認(rèn)為物理圖景是物理概念、物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)和物理過(guò)程經(jīng)過(guò)人們充分的想象、分析、歸納、判斷作出的一種形象化的描述。項(xiàng)華、李永艷認(rèn)為物理圖景是一種“心智圖畫(huà)”，這種“心智圖畫(huà)”可借助草圖、圖像等形象化的方式加以描述。胡揚(yáng)洋認(rèn)為物理圖景是物理概念與規(guī)律的物理意義在學(xué)習(xí)者精神中形象的顯現(xiàn)。筆者認(rèn)為物理圖景是學(xué)習(xí)者對(duì)物理現(xiàn)象所感知到的形象結(jié)果與其已有的物理知識(shí)經(jīng)過(guò)抽象思維所形成的一種心理映像，它是形象思維和抽象思維共同作用的結(jié)果，它可以是抽象出來(lái)的物理模型，也可以以形象化的圖示、圖象、圖形框架、思維導(dǎo)圖等形式呈現(xiàn)。

二、開(kāi)展物理圖景教學(xué)的理論依據(jù)

物理圖景教學(xué)以學(xué)生積累的物理表象為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已有的物理概念、規(guī)律、方法進(jìn)行分析、綜合、分類、比較、歸納、演繹、抽象、概括而最終形成動(dòng)態(tài)變化的心理映像的一種教學(xué)模式。該教學(xué)模式不僅符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，而且符合高中生的心理特點(diǎn)。

圖景教學(xué)基于認(rèn)知心理學(xué)中的圖式理論，它是以某一個(gè)主題組織的知識(shí)表征和貯存方式為基礎(chǔ)的理論。該理論認(rèn)為，記憶會(huì)將關(guān)于情境的“一般”信息進(jìn)行編碼。然后利用這些信息來(lái)理解和記住圖式的新的實(shí)例。圖景教學(xué)的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生在原有圖式的基礎(chǔ)上豐富原有圖式、認(rèn)知新的圖式，符合人們的認(rèn)知規(guī)律。

高中生觀察力顯著提高，觀察具有深刻性和全面性的特點(diǎn)，可以通過(guò)觀察事物的表面現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)特征。這使得學(xué)生可以積累正確的物理表象，為物理圖景的構(gòu)建提供了必要的條件。初中學(xué)生的抽象思維已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但還需要具體的形象支撐，其思維屬于經(jīng)驗(yàn)型。高中生由于經(jīng)常掌握事物發(fā)展的規(guī)律和重要的科學(xué)理論，理論的抽象邏輯思維開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，其思維由經(jīng)驗(yàn)型向理論性轉(zhuǎn)變，抽象思維已高度發(fā)展。物理圖景的建立是形象思維與抽象思維共同作用的結(jié)果，高中生抽象思維的高度發(fā)展，為物理圖景教學(xué)的開(kāi)展提供了保障。

三、物理圖景教學(xué)的意義及實(shí)施策略

教學(xué)是科學(xué)，也是藝術(shù)。在圖景教學(xué)的過(guò)程中學(xué)生將一個(gè)個(gè)冰冷的物理概念、規(guī)律等以形象生動(dòng)的物理圖景呈現(xiàn)在腦海中，有利于教師在教學(xué)過(guò)程中突出重點(diǎn)，克服難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生思維能力、提高學(xué)習(xí)效率。

1.克服教學(xué)難點(diǎn)，形成物理概念

物理概念是一種思維形式，反映了物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的基本屬性。中學(xué)物理教學(xué)的核心問(wèn)題是使學(xué)生形成清晰的物理概念，并充分發(fā)展其智力和能力。下面以粵教版3-1第二章第三節(jié)《研究閉合電路》中電源電動(dòng)勢(shì)的教學(xué)片段為例：

電源電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)很抽象的概念，教學(xué)中從學(xué)生熟悉的生活情境和原有的物理圖景入手，設(shè)置圖1所示的圖景：A池（高處）中的水在重力作用下流到B池（低處）中，在水渠中就形成了水流，但要使水渠中有持續(xù)穩(wěn)定的水流，就必須使B池中的水回到A池，這時(shí)就要用到水泵。

圖2在閉合電路中正電荷在電場(chǎng)力作用下從高電勢(shì)（電源正極）流向低電勢(shì)（電源負(fù)極）從而在電路中形成了電流，為了使電路中的電流持續(xù)穩(wěn)定，就必須使到達(dá)電源負(fù)極的正電荷通過(guò)電源回到電源的正極，那么正電荷如何再次回到電源正極呢？有學(xué)生可能會(huì)回答“電泵”。這時(shí)教師引入非靜電力的概念，從功能轉(zhuǎn)化的角度使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電源的另一個(gè)作用——將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而得到電動(dòng)勢(shì)的概念及物理意義，最終在學(xué)生腦海中形成清晰的物理圖景（如圖3）。

電動(dòng)勢(shì)概念的教學(xué)過(guò)程，從生活中常見(jiàn)的情境切入，通過(guò)水流物理圖景與電流物理圖景類比，由淺入深、循序漸進(jìn)、逐步深化，有效克服了教學(xué)的難點(diǎn)。

2.消除學(xué)生疑惑，理解物理規(guī)律

物理規(guī)律是物理知識(shí)的主干，它反映了若干物理概念之間的邏輯關(guān)系，是物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)中相關(guān)物理要素發(fā)展變化的必然趨勢(shì)的表現(xiàn)。下面以粵教版3-1第一章第二節(jié)《探究靜電力》的教學(xué)片段為例：

靜電力又稱庫(kù)侖力，是真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小關(guān)系是法國(guó)物理學(xué)家查爾斯·庫(kù)侖于1785年發(fā)現(xiàn)的。庫(kù)倫定律的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了電學(xué)定量研究的大門，是電學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重要的標(biāo)志。

庫(kù)侖定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)利用控制變量法只能得到靜電力與帶電量和距離之間的定性關(guān)系。筆者在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)庫(kù)倫定律的內(nèi)容能夠熟記于心，但在應(yīng)用的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，究其原因，是學(xué)生對(duì)庫(kù)倫定律的適用范圍理解不到位，為此筆者設(shè)計(jì)如下教學(xué)，幫助學(xué)生理解該定律。

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要。上述教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)問(wèn)題設(shè)置和物理圖景的展現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并解決學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，最終形成庫(kù)侖定律的物理圖景。這樣的過(guò)程不僅是學(xué)生正確理解物理規(guī)律的過(guò)程，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的過(guò)程。

3.體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究，掌握物理方法

物理教學(xué)的最終目標(biāo)是教會(huì)學(xué)生如何去學(xué)習(xí)。因此，教師必須在教學(xué)過(guò)程中滲透科學(xué)方法的教育。學(xué)生構(gòu)建物理圖景的過(guò)程本身就是一個(gè)體驗(yàn)物理學(xué)思維方法和科學(xué)研究方法的過(guò)程。下面以粵教版必修1第二章第一節(jié)《探究自由落體運(yùn)動(dòng)》的教學(xué)片段為例：

實(shí)驗(yàn)一：一手拿紙，一手拿書(shū)，雙手舉到同一高度后同時(shí)由靜止釋放，學(xué)生看到重的書(shū)比輕的紙下落快。（該結(jié)論與亞里士多德的觀點(diǎn)相同，同時(shí)也與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)相符，有利于和學(xué)生的思想達(dá)成共鳴，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。）

實(shí)驗(yàn)二：將實(shí)驗(yàn)一中的紙揉成紙團(tuán)，一手拿書(shū)，一手拿紙團(tuán)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)一中的操作，學(xué)生看到書(shū)和紙團(tuán)同時(shí)落地。（與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相悖，開(kāi)始質(zhì)疑并提出猜測(cè)——可能是因?yàn)榭諝庾枇Γ?/p>

實(shí)驗(yàn)三：兩張相同的紙（質(zhì)量相同），一張揉成紙團(tuán)，一手拿紙，一手拿紙團(tuán)，再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)一中的操作，學(xué)生看到紙團(tuán)先落地。（學(xué)生猜測(cè)得到肯定，但又會(huì)產(chǎn)生新的疑惑——如果沒(méi)有空氣阻力，不同質(zhì)量的物體真的會(huì)同時(shí)下落嗎？）

實(shí)驗(yàn)四：（牛頓管演示）真空中的羽毛和金屬片同時(shí)從同一高度落下，并同時(shí)到達(dá)牛頓管底部。（消除了學(xué)生的疑惑，并成功構(gòu)建了自由落體運(yùn)動(dòng)的物理圖景。）

四個(gè)生動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，在該過(guò)程中學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲得物理表象，去粗取精，去偽存真，最終形成自由落體運(yùn)動(dòng)這一運(yùn)動(dòng)模型的物理圖景。這個(gè)過(guò)程既是物理學(xué)思維方法和研究方法的完美呈現(xiàn)，也是物理學(xué)科素養(yǎng)的核心——學(xué)科探究的過(guò)程。

由于知覺(jué)的選擇性和注意的指向性、集中性以及圖式和記憶的選擇理論，在進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要通過(guò)語(yǔ)言引導(dǎo)使學(xué)生觀察特定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以使學(xué)生獲取正確的物理表象。

4.提高解題能力，感悟物理之美

在物理教學(xué)的過(guò)程中經(jīng)常聽(tīng)學(xué)生說(shuō)“物理太難！”上課聽(tīng)得“懂”，課后不會(huì)“做”，這些都是在學(xué)習(xí)過(guò)程中不善于構(gòu)建物理圖景引起的必然結(jié)果。

例如2018年全國(guó)高考理科綜合Ⅰ卷15題。

如圖5，輕彈簧下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，以x表示P離開(kāi)靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是：

該題考查學(xué)生對(duì)受力圖景和運(yùn)動(dòng)圖景的理解，若學(xué)生構(gòu)建圖6所示的物理圖景，結(jié)合牛頓第二定律及胡可定律，很容易得出正確答案A。

又如2018年全國(guó)高考理科綜合Ⅰ卷18題。

如圖7，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長(zhǎng)度為2R，bc是半徑為R的四分之一的圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球。始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為：

A.2mgR B.4mgR C.5mgR D.6mgR

該題考查動(dòng)能定理、機(jī)械能等基本規(guī)律，對(duì)學(xué)生的邏輯推理能力有較高的要求。若學(xué)生構(gòu)建如圖8所示的物理圖景，從a到c的過(guò)程利用動(dòng)能定理求出c點(diǎn)速度，從c到d的過(guò)程利用等效替代的思想將其分解到豎直方向（豎直上拋運(yùn)動(dòng)）和水平方向（初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)），豎直方向求出時(shí)間，水平方向求出位移，再結(jié)合功能關(guān)系即可得到正確答案C。

物理概念和物理規(guī)律是物理知識(shí)體系的基礎(chǔ)，但解決實(shí)際物理問(wèn)題的基礎(chǔ)是物理圖景，物理圖景的有效構(gòu)建為學(xué)生的解題提供保障，使其解題能力得以提高。也只有這樣，才能使學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)跳出題海戰(zhàn)術(shù)的怪圈——不再懼怕物理，有興趣學(xué)物理，感悟物理之美。

5.適應(yīng)課改要求，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

新課標(biāo)下學(xué)校的教育應(yīng)從“知識(shí)傳遞”轉(zhuǎn)向“知識(shí)構(gòu)建”。構(gòu)建物理圖景的過(guò)程就是構(gòu)建物理知識(shí)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中學(xué)生體驗(yàn)物理探究的樂(lè)趣，領(lǐng)悟物理學(xué)科思想方法和科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。若干年后學(xué)生所做的習(xí)題可能已經(jīng)遺忘，但他們?cè)谖锢韺W(xué)習(xí)過(guò)程中所掌握的分析問(wèn)題解決問(wèn)題的方法、思維品質(zhì)、良好習(xí)慣不但不會(huì)忘記，還會(huì)在工作實(shí)踐中加以應(yīng)用，使之得到進(jìn)一步提高，而這正是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。

物理圖景是動(dòng)態(tài)變化的心理映像，物理圖景的構(gòu)建需要一個(gè)過(guò)程。在高一、高二的教學(xué)中教師應(yīng)有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建基本物理圖景，在高三復(fù)習(xí)的過(guò)程中應(yīng)更多地引導(dǎo)學(xué)生尋找不同物理圖景之間的聯(lián)系，不斷豐富最初的基本物理圖景，促使學(xué)生形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在常規(guī)訓(xùn)練時(shí)命題者可有意識(shí)地將物理情景以純文本的形式呈現(xiàn)，以激發(fā)學(xué)生想象力，促使其養(yǎng)成構(gòu)建物理圖景的習(xí)慣。同時(shí)針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，教師也應(yīng)有不同的圖景教學(xué)重點(diǎn)。

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