在“真实实验”基础上谈可视化理念与初中物理教学的融合 论文

在“真实实验”基础上谈可视化理念与初中物教学的融合【摘要】在初中物理课堂教学中，真实实验的效果是依托信息技术平台的仿真实验所不可替代的。本文结合初中物理教学的几个具体案例，尝试在真实实验的基础上将可视化理念融入课堂教学，力图让不易观察到的物理现象、不易认知的复杂元件结构、不易理解的物理规律及概念较为直观的展现在学生面前，从而助力教师有效突破教学难点，提高课堂教学效率，促进学生学科核心素养提升。【关键词】真实实验可视化初中物理教学【正文】可视化”原先是科学计算范围的一个概念，是指利用计算机图形学和图像处理技“术，将数据转换成图形和图像在屏幕上显示出来，再进行交互处理的理论、方近年来，信息技术不断发展进步，使得某些物理现象、原理规律也可通过信息技术手段变得“可视”。于是，基于虚拟平台的仿真实验越来越多的出现在中学物理课堂，其操作耗时少，不受实验条件限制的优势十分明显。但我们认为：在初中物理课堂教学中，真实实验的效果是信息技术手段不可替代的。初中生思维发展不成熟，抽象思维能力薄弱且动手实践能力欠缺。仿真实验缺乏真实体验，数据理想，形式抽象，不如真实实验情景真实，可信度高，体验感强。特别是在反应物理原理规律、建构物理概念方面，真实实验的效果更具深层意义，能够帮助学生得到更直接的体会，获得更深刻的理解。据此，我们提议：在真实实验的基础上将可视化理念融入初中物理课堂教学，让教学各重要环节“可视”，将学生不易认识和理解的概念、原理规律，不易观察到的物理现象等通过真实有效的实验展现出来，从而提高课堂教学效率，改进物理教学水平，促进学生学科核心素养提升。下面，我们结合几个具体案例加以说明。一、“光的直线传播”的可视化教1.光在空气中沿直线传播。关于这个知识点，人教版教材主要是借助生活中的一些现象来加以佐证说明：有雾的天气，透过树丛的光束；汽车前灯射出的光束；电影放映机射向银幕的光束。这里有一个问题：学生如果没有这些生活经验，仅凭教师的讲解和1/2自己的想象，理解恐难深刻。如图1：从可视化角度出发，我们可以这样设计实验，辅助教学：拉上窗帘，将教室的灯全部关闭，使其暂时成为一间暗室。用激光笔对着黑板打出一束光，用喷雾器在光的传播路径上喷洒水雾，一条清晰的直线光路显现出来。通过这种设计，不管之前学生有没有过“光在空气中沿直线传播”的生活经历，光在空气中沿直线传播的事实就真实的呈现在眼前，一定能给学生留下最为直观的印象，从而获得深刻的理解。2.光的非直线传播。关于这个问题，人教版教材选择了回避，只有这样一段表述：”实验表明，光在水、玻璃中也是沿直线传播的。空气、水和玻璃等透明物质叫做光在同种均匀介质中沿直线传播。”这段表述中指明了光沿直线传播的条件：同种均匀介质。如果不满足这个条件呢？光在非均匀介质中是如何传播的呢?由于缺少亲身体验，学生对“光沿直线传播的条”这一知识点的理解只能停留在表面。为了解决这个我们可以设计一个对比实验，帮助学生更好的理解记忆。如图2，暗室环境下，在自制的扁长水槽中加一半清水，待水面平静时，用强光激光笔从一侧照射，可清晰看到一条笔直光路。2图2用长颈漏斗将事先调制好的海波水溶液注入到水槽底部，海波水溶液迅速在水槽底部铺开，如图3。图3当注入的海波水溶液足够多时（大约一大烧杯），撤去长颈漏斗，再次用强光激光笔从一侧照射，可明显看到原先笔直的光束发生了偏折，如图4。图42接下来，用玻璃棒将溶液搅匀，如图5。图5很快，光路重新恢复为直线，如图6。图6用这个设计将光沿直线传播和不沿直线传播的现象都直观的展现在学生面前，再通过对比分析得出光沿直线传播的条件，学生理解的就深刻多了。二、“功的概念教学”的可视在沪科版八年级物理“做功了吗”一节中，功的概念教学是一个难点。因为功的概念本身比较抽象，怎样才算做功的问题没有大量有效的实例分析为依托，初学者一般难以理解和掌握。为了在教学中寻求突破，我们可以设计实验，力图让这一抽象概念的教学可视化，让学生的理解不再困难。2图7实验1，探究斜面能否既省力又省距离？如图7，安排学生进行分组实验，探究一下使用斜面能否既省力又省距离。然后展示其中一组实验图片和实验记录表格，引导学生分析数据得出：在斜面实验中，F＜G，s＞h，Fs≈Gh。即：斜面无法实现既省力又省距离，但Fs近似等于Gh。接着展示对比表格，帮助学生回顾学习过的杠杆和滑轮的具体情况。引导学生对比分析，汇总发现：①没有既省力又省距离的机械。②力和物体在力的方向上移动距离的乘积是一个有意义的物理量。之后再提出机械功的定义：为了评价机器的功效，人们提出了“功”的概念，后来把这一概念引入到物理学中，把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功。这样，借助探究实验“使用斜面能否既省力又省距离”，将学生的关注点引到力和距离的关系上来，让学生通过实践，意识到力和物体在力的方向上移动距离的乘积是一个有意义的物理量，从而为学生构建“功”的概念找到突破口。2图8接下来，我们以可视化理念为指导，继续设计实验，寻求突破。如图8，这是《功的教学辅助教具，它用万能角钢搭建演示平台和运动轨道，在其上可以利用轴、拉绳、小车、重锤等进行传动和做功演示。我们可以借助它来设计如下两个演示实验：实验1，分别演示在竖直、倾斜方向匀速提升重物以及在水平方向匀速平移重物时的情况，同步分析拉力的做功情况，进一步从“力和运动的关系”角度巩固学生对机械功概念的理解。实验2，同步演示三种运动，进行对比分析，让学生进一步明确做功的两个必要条件：作用在物体上的力F和物体在力的方向上通过的距离s。通过上述可视化设计，虽然没有能的概念和能的转化等知识铺垫，我们依然可以帮助学生从“力和运动的关系”角度突破功的概念教学，取得良好教学效果。三、“滑动变阻器结构演化过程人教版教材中关于滑动变阻器结构的介绍是这样的一段表述：“图16.4-2是学生实验中常用的滑动变阻器。电阻丝外面涂着绝缘层，密绕在绝缘管上。图中电阻丝上水平方向的一条白线表示这里的绝缘层已经刮掉，电阻丝可以与滑片P相连，而它的两端连在A、B两个接线柱上。滑片P通过金属杆和接线柱C、D相连，滑片移动到不同位置时，A、C（或者B、C）两个接线柱间电阻丝的长度不一样，这样就可以改变连入电路中电阻的大小”2教学中，教师一般是结合教材图片或者利用多媒体课件播放滑动变阻器结构相关图片、动画，然后做出类似教材中表述的讲解。这种讲解往往使学生在认知滑动变阻器结构上存在诸多疑问：为什么要把电阻丝密绕在绝缘管上，为什么在电阻丝的外面要涂上绝缘层，为什么与滑片接触部分的绝缘漆要刮掉，为什么要加金属杆？等等。为了帮助学生弄清楚这些问题，我们可以尝试在这部分教学中，设计实验对“滑动变阻器结构的演化过程”进行可视化呈现。图9如图9，自制教具《滑动变阻器演化过程探究装置》，设计演示实验，让学生完整看到滑动变阻器结构的演化过程：①一根长电阻丝→②将长电阻丝密绕在瓷筒上（解决空间有限问题）→③将电阻丝涂上绝缘漆密绕在瓷筒上（解决横向导电问题）→④加装金属杆和滑片，将与滑片接触部分电阻丝的绝解决随滑片移动变阻）。这种教学设计从滑动变阻器的工作原理出发，教师带着学生一起完成了一次从一根7/2长电阻丝到滑动变阻器成品的创新设计过程，滑动变阻器每步结构演化的内容及背后的原因在实验过程中呈现的直观透彻。这种设计蕴含着科学、技术、工程、数学的STEM理念。四、反思综上，在真实实验的基础上将可视化理念融入初中物理教学，效果令人满意。物理是一门以实验为基础的学科，实验除了能培养学生的动手能力、体验知识的获还能使学生加深对物理概念及相关规律的理解。在教学实践中，如果我们能够合理设计实验，让日常教学中不易观察的物理现象、不易理解的物理概念、不易弄清的复杂元件结构、不易总结的物理规律变得“可”，那么必将对提高课堂效率，提升教学效激发学生学习兴趣起到十分积极的作用。教师在面对教学中的重难点问题时，应该更加积极的创设真实实验情境，力求物理概念的建构过程、科学思维的形成过程、物理实验的探究过程更为直观可视化。在这个过程中，学生的核心素养将得到有效提升，教师的课堂教学质量也将得到质的升