教与学思维可视化下的物理实验数据分析与处理

摘   要：物理实验数据的分析和处理能够充分发挥实验的作用并帮助学生对所学知识进行认证、对物理学科相关的概念定理进行深入学习，继而提升学生的物理实践探究能力。在教与学思维可视化发展下的物理实验数据分析与处理，能够让学生通过可视化实验数据进一步理解并验证学科知识，培养学生物理素养。文章以“探究凸透镜成像规律”一课为例，对实现教与学思维可视化实验数据分析和处理的相关问题进行研究。

关键词：教与学;思维可视化;物理实验;数据

作者简介：李茂静，江苏省苏州市相城区南京师范大学苏州实验学校教师，研究方向为初中物理实验教学。（江苏  苏州  215000）

中图分类号：G633.7     文献标识码：A      文章编号：1671-0568（2019）23-0041-02

物理课程一直都是初中阶段教学的重点和难点。如何帮助学生更好地掌握物理知识、提升物理综合学科素养是当前初中物理课程教学的重点。物理教学中教与学的可视化研究是对新课标倡导教学方式多样化的一种积极探索。物理学科教与学思维可视化不仅可以通过利用低成本小实验对物理现象和规律呈现，还可以利用计算机完成数字化实验与仿真实验，将图表图像信息表示的、随着时间和空间变化的物理现象或者物理量直观地呈现在学生面前。实现物理实验数据分析和处理中的教与学思维可视化，能让学生通过真实的数据来验证所学，进一步巩固和提升学生的物理实验素养。

一、教与学思维可视化在实验教学数据分析与处理中的必要性

1. 优化课程设计，激发学生的物理兴趣。在现代物理课程教学中，通过教与学思维可视化能帮助物理教师更好地丰富课堂授课内容，显著提升教学成效。教与学思维的可视化发展让初中物理教学展现出足够的活力，让整个教学活动更具实效性和感染力，使每个学生都乐于参与课程教学，激发学生物理学习兴趣。借助教与学思维的可视化能让整个物理课程的难度降低，帮助学生在学习实践中逐渐养成自主学习的习惯，从而不断激发学生成长的动力，让他们能更好地投入到初中物理课程学习中，不断提升物理学习成绩。

2. 有效提升学生实验参与度。在初中阶段物理课程教学中，物理学科涉及的大量定理、抽象内涵均蕴藏着丰富的教学内容，这使之成为初中阶段较难教与学的学科。实验课程一直是教学的重点和难点，实验数据的分析和处理是实验课程的核心，是帮助学生巩固实验感悟、理解并掌握新知的有效途径。通过思维可视化教学模式在实验数据分析和处理中的应用，能有效激发学生的合作探究意识并提升其创新能力，继而有效激发学生实验参与度。

3. 显著提升物理实验学习的质量。物理学科在生活中具有极其重要的应用价值，教师通过思维导图、导学案等可视化思维教学方式，能让学生的学习更加深入。实验数据分析和处理的可视化，让师生之间的交流更加便捷，有利于师生双方更加深入地探究实验内容和知识，继而提升课堂效率，不断促进物理实验教学质量的提升。

二、教与学思维可视化在物理实验数据处理分析中的实践应用

本文以“探究凸透镜成像规律”一课为例，探究教与学思维可视化在物理实验数据分析与处理中的实现策略。

1. 创设教与学思维可视化教学情境。凸透镜成像是初中阶段物理课程中重要的教学内容。该实验所需要的实验器材较为简单，实验原理清晰。但是，学生在学习过程中很难整体理解整个实验过程以及處理数据。

首先，要注重在抽象知识讲解的过程中创设可视化的教学情境。在教学实践中，教师要注重思维导图的运用，让学生能够通过思维导图直观地理解和掌握整个实验过程，使教学目标有效突出。通过思维导图（如图1）的运用让学生对整个课程内容及过程有充分的了解。

图1 凸透镜成像教学课程思维导图

其次，在数据分析过程中实现思维可视化。数据分析是该课程教学的重点内容，通过数据分析能够让学生探究一般规律，达到教学目标。教师要通过可视化教学方式，将数据清晰地展现在学生面前，按照成像大小的差异性来探究规律。教师以学生实验数据为基础，利用现代化教具将成像过程展现在学生面前，引导学生发现凸透镜成像规律，最终达成教学目标。

最后，要通过运用多种教学手段来构建可视化教学。该实验中数据的收集、整理、归纳及规律的论证是完成教学的重要内容，在教学实践中要注重该实验操作策略的可视化以及实验过程的可视化。例如，在教学中借助多媒体课件的播放让学生掌握实验中凸透镜的具体摆放要求，掌握实验要点，从而更好地完成教学，提升实验效率。

2. 在实验评价中实现教与学的思维可视化。凸透镜成像实验是初中阶段物理实验课程的重点内容。对学生思维进行评价是促进学生能力提升的重要方式，也是实现学生素养提升的重要内容。

首先，要注重对学生思考方法的评价。在教学中，通过参与式的可视化教学充分地展现了学生的整个思维过程。在实验中，学生按照教师的引导利用凸透镜来进行观察，并探究其规律，通过比较、逆向思考等方法达成教学目标。在教学中，学生通过教师的指导学会了利用凸透镜完成对近处或者远处物体的观察，并大胆猜想得出“凸透镜成像的大小、正立或者倒立与物体到凸透镜之间的距离有关系”的结论。同时，这种现象也说明了凸透镜成像实验中，学生已经将控制变量得出结论的实验方法牢牢地掌握了，并已经将比较法、逆向思维法、递推法等论证方法融会贯通地应用在了学习中。

其次，对学生实验思考方式进行评价。在物理课程教学中，培养学生的会聚思维是非常重要的教学内容。会聚思维又被称为“求同思维”和“收敛思维”，具有比较性、求同性、程序性的特点。通过对学生会聚思维的评价能够让学生更加完善地建立知识思维体系，准确地把握知识的全局性和局部特点。要注重引导学生感受“提出问题→建立假设→设计并验证实验→分析数据并论证→评价交流”的实验思考过程，同时还要利用思维可视化思想将实验程序优化，引导学生按照“数据读取复合可视化→数据比较可视化→数据信息归纳分析可视化→数据信息转向规律可视化”的流程，更加直观地将整个实验思维过程可视化，逐渐培养学生的实验验证思维、发散思维。

综上所述，在物理实验教学中，很多实验现象是建立在相关的知识基础之上的，在实验背后需要基础知识作为支撑，学生不了解整个实验思维很难从真正意义上掌握实验课程。通过思维可视化教学理念在实验教学中的应用能够让整个教学思维过程直观地展现在学生面前，借助思维导图等教学方式实现教学效果的不断提升。因此，初中物理实验教学中要注重思维可视化的应用研究，帮助学生实现全面发展。

参考文献：

[1] 熊华，卢天宇，等.试论思维可视化运用于初中物理教学的要点——以“凸透镜成像的规律”为例[J].中学物理教学参考，2016，（22）.

[2] 赵慧臣，王玥.我国思维可视化研究的回顾与展望——基于中国知网2003—2013年论文的分析[J].中国电化教育，2014，（4）.

责任编辑 袁静琴