论文部分内容阅读
摘 要：根据牛顿第二定律，设计并开发了可视化自制教具“水平加速度计”.通过该教具在课堂中的实际使用，将“思维可视化”应用于高中物理核心概念“加速度”教学中，通过图示技术推动学生的思考，将抽象的概念转化为可视化的思维过程，加深了学生对“加速度”概念定性与定量的理解.
关键词：思维可视化;加速度;高中物理教学;核心素养
文章编号：1008-4134（2019）13-0002 中图分类号：G6337 文献标识码：A
作者简介：尹庆丰（1978-），男，江苏常州人，本科，中学高级教师，常州市高中物理学科带头人，研究方向：理论研究、教学研究.
“加速度”是高中物理运动学中的重要概念，是动力学的核心概念，也是高中物理课程中极为抽象的概念之一.在学生以往的学习、生活与实践中，与加速度有关的现象描述并不多，这给学生理解加速度概念带来了一定的困难.赵凯华和罗蔚茵教授在《新概念物理教程·力学》中就明确指出：“这是人类认识史上最难建立的概念之一，也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念.”
在传统的加速度教学中，为了激起学生对这个概念的认识并加深印象，教师一般会进行如下教学设计：一方面采用“汽车、轮船与火车”启动比赛视频，增强感观认识;另一方面结合“速度”的概念采用类比的方法，讓学生更容易理解加速度的概念形成过程.而在教学过程中速度的变化方向（加速度方向）是难点之一，在借助加速运动与减速运动的基础上，采用分析引导的方式，使学生更直观地理解速度的变化及方向，这是常见的教学方法.
虽然上述教学方法也引入了多媒体的教学手段，试图激发学生的思维，可是并没有给予学生参与思考的机会，只是被动地接受，因此，教学效果大大地打了折扣，而学生对概念的理解也没有变得更清晰.
可是，如何将这么抽象的一个物理核心概念转化为感性认识，将物理问题变得形象具体？这是笔者多年来在“加速度”课堂教学中一直反复思考的问题.
思维可视化，顾名思义，就是指运用一系列工具，把发生在大脑中，原本处于混沌的、看不见摸不着的思维过程，以可视化的形式清晰地呈现出来，变得形象、具体、直观，比如思维导图就是其中的一种表达方式.
思维可视化的起源可以追溯到1967年，哈佛大学的“零点计划”，由哲学家Nelson Goodman领衔，最初是希望通过对艺术教育的研究来提升思考能力和学习效率.到2017年，“零点计划”的研究领域已经从单纯的艺术拓展到智力、理解、思维、创造力、跨学科和跨文化思维，以及道德的研究调查，从科学和艺术的角度，对思维进行研究.
思维可视化的主旨，就是通过画图等方式，教会学生一系列思考问题的正确方式，通俗地讲，就是我们常说的思路：厘清或混沌未觉、或杂乱无章的思绪，反复训练，久而久之，内化为固定的思维习惯.
掌握思维可视化的学生，会在大脑里架起一条条清晰的思路，这些思路或从思维的深度，或从思维的广度，或从创造力等方面入手，对问题和知识点进行高效而深度的处理.
因此，“思维可视化”的培养应该引起教育者的重视，尤其是在学科核心素养物理观念的教学中，如果能够将思维可视化合理引入并应用，将为学生抽象思维能力的提升奠定基础.
笔者在2017年开始接触 “思维可视化”的学习技术，发现如果在课堂教学中能够让学生通过自己动手进行实验探究，将抽象的概念转化为可视化的体验，“看得见，画得出”，那么既可以加深学生对核心概念的理解，又可以培养学生的思维方式，激发学生的学习兴趣.
其中，底座下方设有用于底座水平调节的调平螺丝，直杆一端固定在转轴上可绕转轴在竖直平面内自由转动，另一端与用于指示加速度值的指针联结固定.角度测量或加速度测量标尺固定在立板中下部，为一以转轴为中心、半径不小于直杆长度的圆弧形，同时标注有角度和与角度对应的加速度值（为计算方便，此处g = 10 m/s2）.测量前，若指针与加速度标尺中部的“0”刻度线位置之间有偏差，可通过调节底座下方的调平螺丝，进行调零.
由于该教具适用于水平运动中加速度的测量，因此正式命名为“水平加速度计”.该教具结构简单直观、成本低、不易损坏，可以直接从加速度标尺上读取水平加速度值，最为关键的是，可将其固定在任何水平运动物体上，为水平加速度的定性与定量研究提供了一种可视化的途径，可以帮助学生通过图示技术把学习过程中的思考方法和思考路径呈现出来.
在“速度变化快慢的描述——加速度”一节中，有以下几个重点和难点：（1）加速度概念的建立，知道加速度的意义;（2）加速度是矢量，有大小和方向;（3）会正确区分速度、速度的变化量及速度的变化率.
而将水平加速度计应用于这节课的目的就是为了通过“思维可视化”学习技术解决这些重点难点，化“难”为“易”的.
4.1 教学实践对比
4.1.1 “加速度”概念的建立
【传统教学：例题1】先观看“汽车、轮船与火车”等启动比赛视频，然后给出材料，见表1.
由表1可知，自行车在4s内速度从2m/s增加到11m/s，怎样描述物体运动的速度增加的快慢呢？
关键词：思维可视化;加速度;高中物理教学;核心素养
文章编号：1008-4134（2019）13-0002 中图分类号：G6337 文献标识码：A
作者简介：尹庆丰（1978-），男，江苏常州人，本科，中学高级教师，常州市高中物理学科带头人，研究方向：理论研究、教学研究.
1 问题的提出
“加速度”是高中物理运动学中的重要概念，是动力学的核心概念，也是高中物理课程中极为抽象的概念之一.在学生以往的学习、生活与实践中，与加速度有关的现象描述并不多，这给学生理解加速度概念带来了一定的困难.赵凯华和罗蔚茵教授在《新概念物理教程·力学》中就明确指出：“这是人类认识史上最难建立的概念之一，也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念.”
在传统的加速度教学中，为了激起学生对这个概念的认识并加深印象，教师一般会进行如下教学设计：一方面采用“汽车、轮船与火车”启动比赛视频，增强感观认识;另一方面结合“速度”的概念采用类比的方法，讓学生更容易理解加速度的概念形成过程.而在教学过程中速度的变化方向（加速度方向）是难点之一，在借助加速运动与减速运动的基础上，采用分析引导的方式，使学生更直观地理解速度的变化及方向，这是常见的教学方法.
虽然上述教学方法也引入了多媒体的教学手段，试图激发学生的思维，可是并没有给予学生参与思考的机会，只是被动地接受，因此，教学效果大大地打了折扣，而学生对概念的理解也没有变得更清晰.
可是，如何将这么抽象的一个物理核心概念转化为感性认识，将物理问题变得形象具体？这是笔者多年来在“加速度”课堂教学中一直反复思考的问题.
2 “思维可视化”的学习技术
思维可视化，顾名思义，就是指运用一系列工具，把发生在大脑中，原本处于混沌的、看不见摸不着的思维过程，以可视化的形式清晰地呈现出来，变得形象、具体、直观，比如思维导图就是其中的一种表达方式.
思维可视化的起源可以追溯到1967年，哈佛大学的“零点计划”，由哲学家Nelson Goodman领衔，最初是希望通过对艺术教育的研究来提升思考能力和学习效率.到2017年，“零点计划”的研究领域已经从单纯的艺术拓展到智力、理解、思维、创造力、跨学科和跨文化思维，以及道德的研究调查，从科学和艺术的角度，对思维进行研究.
思维可视化的主旨，就是通过画图等方式，教会学生一系列思考问题的正确方式，通俗地讲，就是我们常说的思路：厘清或混沌未觉、或杂乱无章的思绪，反复训练，久而久之，内化为固定的思维习惯.
掌握思维可视化的学生，会在大脑里架起一条条清晰的思路，这些思路或从思维的深度，或从思维的广度，或从创造力等方面入手，对问题和知识点进行高效而深度的处理.
因此，“思维可视化”的培养应该引起教育者的重视，尤其是在学科核心素养物理观念的教学中，如果能够将思维可视化合理引入并应用，将为学生抽象思维能力的提升奠定基础.
笔者在2017年开始接触 “思维可视化”的学习技术，发现如果在课堂教学中能够让学生通过自己动手进行实验探究，将抽象的概念转化为可视化的体验，“看得见，画得出”，那么既可以加深学生对核心概念的理解，又可以培养学生的思维方式，激发学生的学习兴趣.
其中，底座下方设有用于底座水平调节的调平螺丝，直杆一端固定在转轴上可绕转轴在竖直平面内自由转动，另一端与用于指示加速度值的指针联结固定.角度测量或加速度测量标尺固定在立板中下部，为一以转轴为中心、半径不小于直杆长度的圆弧形，同时标注有角度和与角度对应的加速度值（为计算方便，此处g = 10 m/s2）.测量前，若指针与加速度标尺中部的“0”刻度线位置之间有偏差，可通过调节底座下方的调平螺丝，进行调零.
由于该教具适用于水平运动中加速度的测量，因此正式命名为“水平加速度计”.该教具结构简单直观、成本低、不易损坏，可以直接从加速度标尺上读取水平加速度值，最为关键的是，可将其固定在任何水平运动物体上，为水平加速度的定性与定量研究提供了一种可视化的途径，可以帮助学生通过图示技术把学习过程中的思考方法和思考路径呈现出来.
4 教学实践对比与反思
在“速度变化快慢的描述——加速度”一节中，有以下几个重点和难点：（1）加速度概念的建立，知道加速度的意义;（2）加速度是矢量，有大小和方向;（3）会正确区分速度、速度的变化量及速度的变化率.
而将水平加速度计应用于这节课的目的就是为了通过“思维可视化”学习技术解决这些重点难点，化“难”为“易”的.
4.1 教学实践对比
4.1.1 “加速度”概念的建立
【传统教学：例题1】先观看“汽车、轮船与火车”等启动比赛视频，然后给出材料，见表1.
由表1可知，自行车在4s内速度从2m/s增加到11m/s，怎样描述物体运动的速度增加的快慢呢？