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

摘要：近年來(lái)，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(yùn)用越來(lái)越多。高中物理知識(shí)抽象復(fù)雜，學(xué)生理解起來(lái)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(yùn)動(dòng)”一章為例，從課前、課中、課后這三個(gè)階段，對(duì)基于概念圖的可視化教學(xué)進(jìn)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(yùn)動(dòng)

一、引言

可視化教學(xué)是指在計(jì)算機(jī)或者多媒體技術(shù)的支持下，教師運(yùn)用圖形學(xué)原理，利用圖像、動(dòng)畫(huà)等可以呈現(xiàn)在視覺(jué)范圍之內(nèi)的方式，將教學(xué)過(guò)程中的模型、規(guī)律、概念、公式等展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生借助于頭腦中形成的思維圖像或視覺(jué)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)主動(dòng)構(gòu)建的過(guò)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(shí)施越來(lái)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(dá)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(shí)用節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使知識(shí)顯性化、可視化，從而便于人們思考、交流和表達(dá)。

二、利用概念圖促進(jìn)高中物理可視化教學(xué)的必要性和優(yōu)勢(shì)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(duì)物理學(xué)科的認(rèn)識(shí)。物理學(xué)科的特點(diǎn)一方面在于物理學(xué)科以觀察和實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)體系龐大，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間又相互聯(lián)系，需要學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行歸納和總結(jié)，理清知識(shí)脈絡(luò)，在頭腦中建立一個(gè)完整和諧的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這就需要教師將概念圖運(yùn)用到物理教學(xué)中，幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系。概念圖與其他可視化教學(xué)工具相比具有其優(yōu)勢(shì)。概念圖在構(gòu)成元素上比較全面，不僅有節(jié)點(diǎn)、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(shí)；概念圖的本質(zhì)相對(duì)于其他教學(xué)工具也更加豐富，它不僅是知識(shí)的建構(gòu)、梳理和整合，還是知識(shí)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(shí)的可視化，還支持思維過(guò)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(dòng)學(xué)生的思維，體現(xiàn)學(xué)生的主體性，且運(yùn)用概念圖呈現(xiàn)學(xué)生的思維過(guò)程，可以使教師及時(shí)獲得反饋，以便調(diào)整教學(xué)；課后概念圖可作為評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)，學(xué)生再進(jìn)行反思和強(qiáng)化。由此可見(jiàn)，概念圖的運(yùn)用能促進(jìn)教學(xué)全過(guò)程的可視化，在高中物理教學(xué)中運(yùn)用是很有必要的。

三、概念圖在高中物理“曲線運(yùn)動(dòng)”一章可視化教學(xué)中的運(yùn)用

高中物理“曲線運(yùn)動(dòng)”這一章以力與運(yùn)動(dòng)及其關(guān)系的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，是前面直線運(yùn)動(dòng)中的概念和牛頓運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)用的延續(xù)和擴(kuò)展，是運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)在曲線運(yùn)動(dòng)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(shí)與之前所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系密切，因此比較適合運(yùn)用概念圖來(lái)進(jìn)行可視化教學(xué)。（一）課前。課前可通過(guò)兩種方式引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)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(bǔ)全。如圖1只給出了兩種生活中的曲線運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生列舉出更多常見(jiàn)的曲線運(yùn)動(dòng)，這有助于他們找出這些運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn)，進(jìn)而得出曲線運(yùn)動(dòng)的定義；另一種方式是教師提出任務(wù)并進(jìn)行分組，讓學(xué)生在課前，小組合作制作直線運(yùn)動(dòng)概念圖，課上進(jìn)行展示。因?yàn)榍€運(yùn)動(dòng)部分的學(xué)習(xí)是以直線運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的，用位移和速度描述直線運(yùn)動(dòng)有助于學(xué)生找到描述曲線運(yùn)動(dòng)的方法。為方便了解曲線運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的區(qū)別，課前可要求學(xué)生對(duì)直線運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行回顧，畫(huà)出直線運(yùn)動(dòng)部分的概念圖，這對(duì)他們完善整個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)部分的知識(shí)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(shí)的能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)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(jì)，教學(xué)設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)，最后將各個(gè)部分的概念圖進(jìn)行修改和融合，形成一個(gè)完整流暢的教學(xué)設(shè)計(jì)。如圖2所示，這是針對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)這一節(jié)課設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)概念圖。本圖從物理核心素養(yǎng)四個(gè)維度出發(fā)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)分解”它既是一個(gè)思維方法，也是一種物理觀念?？梢钥闯鰧⒏拍顖D運(yùn)用到教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)中，能將核心素養(yǎng)四維目標(biāo)融合并進(jìn)行綜合表述，避免忽視目標(biāo)的整體性。教師這樣進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)之后，還可以借助教學(xué)設(shè)計(jì)概念圖同其他教師交流并改進(jìn)，這就實(shí)現(xiàn)了師師交互的可視化和教師思維的可視化，進(jìn)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(shí)之間的聯(lián)系。概念圖強(qiáng)調(diào)知識(shí)的體系和知識(shí)點(diǎn)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(lái)引入新課。以引入平拋運(yùn)動(dòng)為例，我們可通過(guò)邊呈現(xiàn)概念圖邊復(fù)習(xí)直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而建立起曲線運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。如圖3所示，首先回顧直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)的區(qū)別，并引導(dǎo)學(xué)生回憶物體做曲線運(yùn)動(dòng)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(shí)例或者扔粉筆頭這樣的演示最終引出平拋運(yùn)動(dòng)這一概念。這種方法實(shí)際上就是讓學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想，引導(dǎo)學(xué)生回憶與新知識(shí)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(shí)的學(xué)習(xí)提供前提。借助概念圖來(lái)回憶不僅可以提高舊知識(shí)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(shí)，他們就能把新學(xué)習(xí)的內(nèi)容與原有的舊知識(shí)形成有意義的聯(lián)結(jié)，進(jìn)而為之后學(xué)生完成對(duì)新知識(shí)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(shí)間的聯(lián)系，還要注重物理概念和規(guī)律的形成過(guò)程。在教學(xué)中要讓學(xué)生體驗(yàn)這一過(guò)程，并通過(guò)概念圖呈現(xiàn)出來(lái)，這種可視化的方法能幫助學(xué)生鞏固舊知識(shí)，加深他們對(duì)新知識(shí)的印象和理解。例如“圓周運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)，在引入圓周運(yùn)動(dòng)這一概念后，需要先引入線速度和角速度，畫(huà)出部分概念圖，然后建立這兩個(gè)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(guò)演示“自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)”引導(dǎo)學(xué)生思考和比較輪上各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的快慢，并且結(jié)合對(duì)直線運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)速度快慢的描述來(lái)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(duì)之前直線運(yùn)動(dòng)中的速度概念進(jìn)行回顧，從而有助于學(xué)生對(duì)線速度概念的理解。在理解“瞬時(shí)線速度”這一概念時(shí)，可借助概念圖清晰地呈現(xiàn)它和直線運(yùn)動(dòng)中“瞬時(shí)速度”的聯(lián)系；在學(xué)習(xí)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”這一概念時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意勻速圓周運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)中“勻速”的不同含義，這時(shí)候也可以通過(guò)概念圖將兩者的區(qū)別直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。角速度這一概念也可由上面的演示引入，再通過(guò)教師提問(wèn)輪上各點(diǎn)相對(duì)輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢引導(dǎo)學(xué)生思考，從而得出描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的另一個(gè)物理量是角速度，其是描述圓周運(yùn)動(dòng)中的點(diǎn)相對(duì)圓心轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量。在引入這一概念時(shí)，教師要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到輪上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)快慢和轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的區(qū)別，從而對(duì)線速度和角速度有更深入的理解。在圓周運(yùn)動(dòng)部分新課講授時(shí)用概念圖將圓周運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)概念與直線運(yùn)動(dòng)中的相關(guān)概念聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行類比分析，這不僅有助于學(xué)生對(duì)線速度、角速度、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等新概念的理解，還能對(duì)直線運(yùn)動(dòng)中瞬時(shí)速度等已學(xué)概念進(jìn)行鞏固。新課講授時(shí)使用概念圖打破了傳統(tǒng)教學(xué)的慣例，教師不必將知識(shí)點(diǎn)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(lái)，使學(xué)生更容易明確新課的重難點(diǎn)，學(xué)生在記筆記時(shí)也不用將所有知識(shí)點(diǎn)記下，而是借助概念圖課上基本弄懂重要知識(shí)點(diǎn)，課后再進(jìn)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(duì)當(dāng)堂教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)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(guò)多媒體將這幾個(gè)重要概念呈現(xiàn)出來(lái)，并引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出這些重要概念之間的關(guān)系，從而完善本堂課知識(shí)的概念圖。通過(guò)回憶重要概念及其聯(lián)系，不僅能使學(xué)生對(duì)整節(jié)課的內(nèi)容有一個(gè)整體的把握，還能促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的進(jìn)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(shí)應(yīng)注意，對(duì)于課堂容量大，知識(shí)點(diǎn)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(duì)整節(jié)課的簡(jiǎn)單回顧，因此對(duì)于難度較小、知識(shí)點(diǎn)較少的情況采用概念圖來(lái)總結(jié)是比較合適的。（三）課后。在學(xué)完一章或一個(gè)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(gè)專題的概念圖，由于涉及的知識(shí)點(diǎn)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(lái)完成任務(wù)更好。例如在學(xué)完曲線運(yùn)動(dòng)這一章之后，可以讓學(xué)生課后自主畫(huà)出這一整章的概念圖。如圖5所示，在繪制該概念圖時(shí)，學(xué)生不僅對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)這兩種特殊的曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了回顧，還對(duì)之前的勻速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行了鞏固。曲線運(yùn)動(dòng)部分是與直線運(yùn)動(dòng)部分緊密相連的，畫(huà)完本章的概念圖之后可讓學(xué)生再進(jìn)行拓展，在圖5的基礎(chǔ)上補(bǔ)充直線運(yùn)動(dòng)部分的知識(shí)點(diǎn)，合作完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)部分的概念圖。在做課后習(xí)題的時(shí)候，教師也可要求學(xué)生理清自己的思路，畫(huà)出簡(jiǎn)單的概念圖，通過(guò)概念圖清晰呈現(xiàn)自己的思維過(guò)程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(guò)概念圖將解題的思維過(guò)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(wèn)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(shí)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(yàn)自己的教學(xué)效果，了解學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維過(guò)程，找出學(xué)生存在的問(wèn)題，教師可由此做出評(píng)價(jià)，學(xué)生收到評(píng)價(jià)后再進(jìn)行反思修改，從而實(shí)現(xiàn)師生交互的可視化。課后學(xué)生也可通過(guò)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(wèn)題。由此可見(jiàn)，概念圖支持師生和生生交互的可視化，在課后使用可促進(jìn)他們之間的交流和評(píng)價(jià)，從而增進(jìn)和諧的教與學(xué)關(guān)系。

四、小結(jié)

高中階段物理知識(shí)較難理解，學(xué)生學(xué)習(xí)物理需要有足夠的興趣和主動(dòng)性，概念圖這一可視化工具對(duì)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(yùn)用概念圖實(shí)現(xiàn)了物理知識(shí)的可視化、思維過(guò)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(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解和知識(shí)體系的建構(gòu)，訓(xùn)練了學(xué)生的思維；同時(shí)也優(yōu)化了教學(xué)設(shè)計(jì)，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(jìn)一步應(yīng)用。

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作者:陳麗華 張金良 單位:揚(yáng)州大學(xué)