借助过程图形化 促思维深度参与获奖科研报告

借助过程图形化促思维深度参与获奖科研报告

初中学生的思维方式正处于由形象思维向抽象思维发展的过渡阶段，而物理实验分析对学生的抽象思维要求较高，因此部分学生掌握起来比较困难。将生动、形象的视频和图像引入教学，是培养学生物理学科核心素养的有效途径。

一、实验示意图存在的不足

物理图像表征是将抽象思维转向形象思维的桥梁，有助于学生深入认识物理本质[1]。但相关研究主要集中在对图像表征的解读（图形的含义、坐标图像）等抽象问题的数形结合应用方面，将图形应用于实验过程分析，旨在促进学生理解、独立设计实验过程的研究较少。此外，现有研究也存在一些不足。

一是实验图形形式抽象、单一。现有的实验图形多数以实验抽象模型、坐标曲线形式出现，对学生的逻辑思维水平要求比较高，与初二学生认知能力之间存在较大差距。

二是实验图像环节缺失，造成理解障碍。在教材和练习中，对实验过程及现象的描述多以文字为主，并辅以几幅简图。由于简图所描述的内容跳跃性较大，文字叙述又比较简单，导致学生对实验过程的理解出现过程缺失，造成理解障碍。

三是实验现象连续紧密，造成认识模糊。力学中一些实验过程的关键环节淹没于连贯紧密的实验现象中，造成学生无法准确分析实验结论。

二、实验过程示意图的作用

初中实验过程示意图能够将实验中不易掌握的（抽象）过程予以图形化，突出实验本质，用简单图形方式描述实验过程中的重点环节，对学生逻辑思维的发展起到了桥梁的作用。

一是降低难度。实验分析比较抽象，而示意图能将抽象、枯燥的内容转化为形象、生动的图形，有效降低了问题难度，有助于学生理解。

二是促进逻辑思维发展。实验过程经常很难观察到位，对逻辑分析要求也较高。因此，将抽象的实验问题转化为图形信息，是将形象、抽象思维整合的重要环节，也是促进学生逻辑思维发展的重要途径。

三、实验过程示意图的应用

1.实验过程示意图的应用步骤

（1）现象复现，补足缺失。教材中对实验过程的描述时，多以文字为主，虽然有些会辅以简图，但未能将实验过程完整呈现在教材或实验资料中，容易造成理解障碍。如在使用特殊法测量物体密度的实验中，仅用了图1所示的两幅简图，学生只能完成浮力测量，并间接测量质量，缺失了体积环节，使学生理解困难。此时补充将石块沉入水中的示意图（见图2），实验过程的内在逻辑关系就清晰了，学生可通过现象对比的直观方式分析物体体积。这将有利于学生从整体视角把握实验过程，有效降低问题难度。

（2）过程分解，突出核心。有些力学实验本身过程连贯紧密，很难发现核心环节。此时就需要将实验过程进行分解，找出“隐藏”的核心。如在弹性势能实验中分析动能最大位置（见图3），由于实验过程很连贯，很容易误认为绳子自然伸长到A点时速度最大。但由受力分析可以发现，此时人受到的重力大于拉力，人仍然要向下加速，此时可补充位置C（重力与拉力平衡，加速度为零，速度最大）。学生讨论分析，从矛盾中发现解决问题的思路，对整个过程的能量转换及状态分析的认识明显提升。在这类实验中用示意图提炼核心环节，可促进学生分析能力的提高。

（3）形象直观，突破难点。在分析实验过程中的问题时，经常遇到过程抽象、难以理解的情况，采用实验示意图与数学建模相结合的思路，能起到降低分析难度的作用。如在利用天平、烧杯和水来测量石块密度的实验设计中，图4可帮助学生联想到此实验效果与烧杯中盛满水时的效果是一致的，那么物体的体积可经由浮力进行间接测量。

（4）设计实验步骤，形象到抽象。学生根据任务要求，自主完成实验步骤的合理设计，是能力的重要体现。若要求学生在起始阶段就用文字形式描述实验过程会比较困难，用过程示意图可引导学生进行深度学习，促进抽象思维向形象思维的转化，有利于學生实现由直观思维到逻辑思维的顺利发展，促进学生对实验过程的整体把握。

2.培养学生应用能力

实验过程转化为示意图的过程是学生不断深入理解实验的过程，是培养学生物理学科核心素养的过程，也是促进学生学业成绩提升的有效途径。

（1）加强绘图训练。应有意识地培养学生绘制简单的实验器材图形的能力，初步建立模型意识。通过专题训练，即“课上示范—作业巩固—检测反馈”，使学生熟练使用示意图。

（2）引导习惯养成。初中学生对物理实验过程的理解还比较浅显，教师应借助典型实验范例，帮助学生感受示意图的重要作用，引导学生使用示意图。对此，可以在重要检测中，要求学生在实验设计环节运用过程示意图辅助实验程设计，推动学生由习惯到素养的逐步转变。

（3）促进合作交流。合作交流是图形转换的必要保障。因此，借助及时激励、示范引领，为学生的交流提供平台，可