導(dǎo)語：基于概念圖高中物理可視化教學(xué)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：近年來，概念圖、思維導(dǎo)圖、流程圖等可視化教學(xué)工具在教學(xué)中的運用越來越多。高中物理知識抽象復(fù)雜，學(xué)生理解起來比較困難，因此將概念圖引入高中物理教學(xué)非常必要。文章以高中物理“曲線運動”一章為例，從課前、課中、課后這三個階段，對基于概念圖的可視化教學(xué)進行了探討，并給出了具體的教學(xué)案例。

關(guān)鍵詞：概念圖；高中物理；可視化教學(xué)；曲線運動

一、引言

可視化教學(xué)是指在計算機或者多媒體技術(shù)的支持下，教師運用圖形學(xué)原理，利用圖像、動畫等可以呈現(xiàn)在視覺范圍之內(nèi)的方式，將教學(xué)過程中的模型、規(guī)律、概念、公式等展現(xiàn)出來，讓學(xué)生借助于頭腦中形成的思維圖像或視覺信息，實現(xiàn)對所學(xué)知識主動構(gòu)建的過程?，F(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展使得可視化教學(xué)的實施越來越便利，也涌現(xiàn)出了許多各式各樣的可視化教學(xué)工具。大量研究表明，概念圖、思維導(dǎo)圖等可視化教學(xué)工具的使用能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改善教學(xué)效果。概念圖是能形象表達命題網(wǎng)絡(luò)中一系列概念含義及其關(guān)系的圖解，它把人腦中的隱性知識用節(jié)點連接起來構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使知識顯性化、可視化，從而便于人們思考、交流和表達。

二、利用概念圖促進高中物理可視化教學(xué)的必要性和優(yōu)勢分析

物理教學(xué)要采用什么樣的教學(xué)方法和手段才能行之有效，這基于對物理學(xué)科的認(rèn)識。物理學(xué)科的特點一方面在于物理學(xué)科以觀察和實驗為基礎(chǔ)，且高中物理概念、規(guī)律抽象難懂，教師利用圖表、視頻、音頻等可視性資源進行可視化教學(xué)是非常有必要的；另一方面在于高中物理概念、規(guī)律眾多，知識體系龐大，各個知識點之間又相互聯(lián)系，需要學(xué)生經(jīng)常進行歸納和總結(jié)，理清知識脈絡(luò)，在頭腦中建立一個完整和諧的知識結(jié)構(gòu)，這就需要教師將概念圖運用到物理教學(xué)中，幫助學(xué)生建構(gòu)知識體系。概念圖與其他可視化教學(xué)工具相比具有其優(yōu)勢。概念圖在構(gòu)成元素上比較全面，不僅有節(jié)點、連線，而且有連接詞、命題和層次結(jié)構(gòu)，這使得概念圖能夠更加直觀、深入地表征相關(guān)知識；概念圖的本質(zhì)相對于其他教學(xué)工具也更加豐富，它不僅是知識的建構(gòu)、梳理和整合，還是知識的發(fā)散和創(chuàng)新。概念圖在可視化教學(xué)中有著重要的地位，它不僅支持物理知識的可視化，還支持思維過程的可視化、交互的可視化。課前概念圖能幫助學(xué)生預(yù)習(xí)新課，幫助教師了解學(xué)生的前概念；課中概念圖作為師生交互的載體能調(diào)動學(xué)生的思維，體現(xiàn)學(xué)生的主體性，且運用概念圖呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程，可以使教師及時獲得反饋，以便調(diào)整教學(xué)；課后概念圖可作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的工具，教師可根據(jù)概念圖反饋的情況做出評價，學(xué)生再進行反思和強化。由此可見，概念圖的運用能促進教學(xué)全過程的可視化，在高中物理教學(xué)中運用是很有必要的。

三、概念圖在高中物理“曲線運動”一章可視化教學(xué)中的運用

高中物理“曲線運動”這一章以力與運動及其關(guān)系的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，是前面直線運動中的概念和牛頓運動定律運用的延續(xù)和擴展，是運動學(xué)和動力學(xué)知識在曲線運動中的具體應(yīng)用。這一章的物理概念、規(guī)律和方法較多，且物理知識與之前所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系密切，因此比較適合運用概念圖來進行可視化教學(xué)。（一）課前。課前可通過兩種方式引導(dǎo)學(xué)生畫出預(yù)習(xí)部分的概念圖。一種方式是教師在導(dǎo)學(xué)案上給出不完整的概念圖讓每位學(xué)生自己補全。如圖1只給出了兩種生活中的曲線運動，讓學(xué)生列舉出更多常見的曲線運動，這有助于他們找出這些運動的共同點，進而得出曲線運動的定義；另一種方式是教師提出任務(wù)并進行分組，讓學(xué)生在課前，小組合作制作直線運動概念圖，課上進行展示。因為曲線運動部分的學(xué)習(xí)是以直線運動為基礎(chǔ)的，用位移和速度描述直線運動有助于學(xué)生找到描述曲線運動的方法。為方便了解曲線運動和直線運動的區(qū)別，課前可要求學(xué)生對直線運動部分進行回顧，畫出直線運動部分的概念圖，這對他們完善整個運動學(xué)部分的知識體系有很大的幫助。這樣做不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的能力，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，而且培養(yǎng)了他們交流合作的能力和課前預(yù)習(xí)的習(xí)慣。教師的課前準(zhǔn)備也可以借助概念圖這一可視化教學(xué)工具。教師的備課主要是完成教學(xué)設(shè)計，教學(xué)設(shè)計中的教學(xué)目標(biāo)、教材分析、教學(xué)內(nèi)容等都可以借助概念圖來實現(xiàn)，最后將各個部分的概念圖進行修改和融合，形成一個完整流暢的教學(xué)設(shè)計。如圖2所示，這是針對平拋運動這一節(jié)課設(shè)計的教學(xué)目標(biāo)概念圖。本圖從物理核心素養(yǎng)四個維度出發(fā)設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，且這些教學(xué)目標(biāo)不是孤立的，而是相互滲透，彼此融合的。如“將平拋運動分解”它既是一個思維方法，也是一種物理觀念。可以看出將概念圖運用到教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計中，能將核心素養(yǎng)四維目標(biāo)融合并進行綜合表述，避免忽視目標(biāo)的整體性。教師這樣進行教學(xué)設(shè)計之后，還可以借助教學(xué)設(shè)計概念圖同其他教師交流并改進，這就實現(xiàn)了師師交互的可視化和教師思維的可視化，進而提高了教師的備課質(zhì)量。（二）課中。1.新課引入環(huán)節(jié)。新課引入環(huán)節(jié)注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們建立新舊知識之間的聯(lián)系。概念圖強調(diào)知識的體系和知識點間的內(nèi)在聯(lián)系，因此比較適用于以復(fù)習(xí)舊知的方式來引入新課。以引入平拋運動為例，我們可通過邊呈現(xiàn)概念圖邊復(fù)習(xí)直線運動和曲線運動來實現(xiàn)，從而建立起曲線運動和直線運動、平拋運動和一般的曲線運動之間的聯(lián)系。如圖3所示，首先回顧直線運動和曲線運動的區(qū)別，并引導(dǎo)學(xué)生回憶物體做曲線運動的條件，教師在幻燈片上逐步地完善概念圖。之后教師提出物體只受重力，它的速度方向與重力方向相互垂直這一特殊情況，并結(jié)合生活中的實例或者扔粉筆頭這樣的演示最終引出平拋運動這一概念。這種方法實際上就是讓學(xué)生進行聯(lián)想，引導(dǎo)學(xué)生回憶與新知識密切相關(guān)的內(nèi)容，這些內(nèi)容作為先行組織者，為新知識的學(xué)習(xí)提供前提。借助概念圖來回憶不僅可以提高舊知識的可利用性，還能了解學(xué)生前概念的情況。當(dāng)學(xué)生了解了將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容時，他們就能把新學(xué)習(xí)的內(nèi)容與原有的舊知識形成有意義的聯(lián)結(jié)，進而為之后學(xué)生完成對新知識的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。2.新課講授環(huán)節(jié)。新課講授環(huán)節(jié)不僅要注重新舊知識間的聯(lián)系，還要注重物理概念和規(guī)律的形成過程。在教學(xué)中要讓學(xué)生體驗這一過程，并通過概念圖呈現(xiàn)出來，這種可視化的方法能幫助學(xué)生鞏固舊知識，加深他們對新知識的印象和理解。例如“圓周運動”這一節(jié)，在引入圓周運動這一概念后，需要先引入線速度和角速度，畫出部分概念圖，然后建立這兩個概念之間的聯(lián)系，最終形成完整的概念圖。如圖4所示，線速度這一概念可以通過演示“自行車車輪轉(zhuǎn)動”引導(dǎo)學(xué)生思考和比較輪上各點運動的快慢，并且結(jié)合對直線運動中運動速度快慢的描述來引入。這樣引入既能激發(fā)學(xué)生興趣、引發(fā)學(xué)生思考，又能讓學(xué)生對之前直線運動中的速度概念進行回顧，從而有助于學(xué)生對線速度概念的理解。在理解“瞬時線速度”這一概念時，可借助概念圖清晰地呈現(xiàn)它和直線運動中“瞬時速度”的聯(lián)系；在學(xué)習(xí)“勻速圓周運動”這一概念時，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意勻速圓周運動和勻速直線運動中“勻速”的不同含義，這時候也可以通過概念圖將兩者的區(qū)別直觀地呈現(xiàn)出來。角速度這一概念也可由上面的演示引入，再通過教師提問輪上各點相對輪軸心轉(zhuǎn)動的快慢引導(dǎo)學(xué)生思考，從而得出描述圓周運動快慢的另一個物理量是角速度，其是描述圓周運動中的點相對圓心轉(zhuǎn)動快慢的物理量。在引入這一概念時，教師要讓學(xué)生認(rèn)識到輪上各點的運動快慢和轉(zhuǎn)動快慢的區(qū)別，從而對線速度和角速度有更深入的理解。在圓周運動部分新課講授時用概念圖將圓周運動中的相關(guān)概念與直線運動中的相關(guān)概念聯(lián)系起來，進行類比分析，這不僅有助于學(xué)生對線速度、角速度、勻速圓周運動等新概念的理解，還能對直線運動中瞬時速度等已學(xué)概念進行鞏固。新課講授時使用概念圖打破了傳統(tǒng)教學(xué)的慣例，教師不必將知識點一一羅列，只需把關(guān)鍵概念及其關(guān)聯(lián)用概念圖可視化地展示出來，使學(xué)生更容易明確新課的重難點，學(xué)生在記筆記時也不用將所有知識點記下，而是借助概念圖課上基本弄懂重要知識點，課后再進行完善和拓展就可以了，這樣大大提高新課的教學(xué)效果。3.課堂總結(jié)環(huán)節(jié)。課堂總結(jié)是對當(dāng)堂教學(xué)內(nèi)容的簡單回顧，在課堂結(jié)束之前讓學(xué)生回顧這節(jié)課所學(xué)的重要概念。然后教師通過多媒體將這幾個重要概念呈現(xiàn)出來，并引導(dǎo)學(xué)生說出這些重要概念之間的關(guān)系，從而完善本堂課知識的概念圖。通過回憶重要概念及其聯(lián)系，不僅能使學(xué)生對整節(jié)課的內(nèi)容有一個整體的把握，還能促進學(xué)生對知識的進一步理解和深化，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在課堂總結(jié)環(huán)節(jié)使用概念圖時應(yīng)注意，對于課堂容量大，知識點較多的情況不宜使用。課堂總結(jié)環(huán)節(jié)是最后幾分鐘對整節(jié)課的簡單回顧，因此對于難度較小、知識點較少的情況采用概念圖來總結(jié)是比較合適的。（三）課后。在學(xué)完一章或一個專題之后，教師可以布置任務(wù)要求學(xué)生課后完成一章或一個專題的概念圖，由于涉及的知識點較多，所以讓學(xué)生將自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合來完成任務(wù)更好。例如在學(xué)完曲線運動這一章之后，可以讓學(xué)生課后自主畫出這一整章的概念圖。如圖5所示，在繪制該概念圖時，學(xué)生不僅對平拋運動、勻速圓周運動這兩種特殊的曲線運動進行了回顧，還對之前的勻速直線運動、自由落體運動部分進行了鞏固。曲線運動部分是與直線運動部分緊密相連的，畫完本章的概念圖之后可讓學(xué)生再進行拓展，在圖5的基礎(chǔ)上補充直線運動部分的知識點，合作完成整個運動學(xué)部分的概念圖。在做課后習(xí)題的時候，教師也可要求學(xué)生理清自己的思路，畫出簡單的概念圖，通過概念圖清晰呈現(xiàn)自己的思維過程，并在此基礎(chǔ)上進行整理，將習(xí)題分成幾種題型，這樣更容易掌握不同的解題方法。通過概念圖將解題的思維過程可視化不僅有助于學(xué)生形成正確的思路，還能提高學(xué)生分析和解決問題的能力，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極使用概念圖呈現(xiàn)自己的思路，實現(xiàn)思維的可視化。另外，借助學(xué)生繪制的概念圖教師還可檢驗自己的教學(xué)效果，了解學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和思維過程，找出學(xué)生存在的問題，教師可由此做出評價，學(xué)生收到評價后再進行反思修改，從而實現(xiàn)師生交互的可視化。課后學(xué)生也可通過概念圖和小組成員交流討論，探討解題的思路，解決學(xué)習(xí)中遇到的問題。由此可見，概念圖支持師生和生生交互的可視化，在課后使用可促進他們之間的交流和評價，從而增進和諧的教與學(xué)關(guān)系。

四、小結(jié)

高中階段物理知識較難理解，學(xué)生學(xué)習(xí)物理需要有足夠的興趣和主動性，概念圖這一可視化工具對于維持學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣具有一定的作用。在高中物理教學(xué)中運用概念圖實現(xiàn)了物理知識的可視化、思維過程的可視化以及師生交互的可視化，增加了物理教學(xué)的形象性和趣味性，在一定程度上調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，促進了學(xué)生對物理知識的理解和知識體系的建構(gòu)，訓(xùn)練了學(xué)生的思維；同時也優(yōu)化了教學(xué)設(shè)計，提高了物理教師教學(xué)的效率和質(zhì)量，值得在高中物理教學(xué)中進一步應(yīng)用。

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作者:陳麗華 張金良 單位:揚州大學(xué)