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      動畫在初中物理概念教學(xué)中的作用

      2023-07-21 20:27:47盧藝秦宇飛柴萬東
      關(guān)鍵詞:概念教學(xué)動畫

      盧藝 秦宇飛 柴萬東

      摘 要:概念教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分。學(xué)生在初中階段首次系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理,對一些抽象的物理概念難以理解,甚至是產(chǎn)生理解偏差。因此,在初中物理概念教學(xué)中需要改進教學(xué)手段,攻克此類教學(xué)難點。動畫有形象直觀、趣味生動的特點,能很好地應(yīng)用到物理教學(xué)中。本文以初中物理“電流”概念教學(xué)為例,針對學(xué)生學(xué)習(xí)的難點及教學(xué)中常見的問題,設(shè)計了電流概念教學(xué)所需的主要動畫,力求利用動畫化抽象為形象的特點,幫助學(xué)生正確理解電流概念,為初中物理概念教學(xué)提供新思路。

      關(guān)鍵詞:概念教學(xué);動畫;電流概念

      中圖分類號:G633.7? 文獻標(biāo)識碼:A? 文章編號:1673-260X(2023)06-0064-04

      收稿日期:2023-02-26

      通訊作者:柴萬東(1971-),男,漢族,內(nèi)蒙古赤峰市人,碩士研究生導(dǎo)師,教授。研究方向:傳感器應(yīng)用,基本教育理論。

      基金項目:內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”教育規(guī)劃課題(2022JGH455)

      物理教學(xué)分為物理概念教學(xué)、物理規(guī)律教學(xué)、物理實驗教學(xué)、物理習(xí)題教學(xué)和物理復(fù)習(xí)教學(xué)。在物理概念教學(xué)中,教師大都采用口頭講述的教學(xué)方式,教學(xué)效果往往達不到預(yù)期,其原因在于教學(xué)方法與學(xué)生理解能力的不適配。初中學(xué)生的抽象思維能力和生活經(jīng)驗不足,不易理解抽象的描述語言,只能機械記憶物理概念,其結(jié)果就是容易遺忘,不能活學(xué)活用,還可能因為學(xué)不會而喪失學(xué)習(xí)物理的興趣。改進物理概念教學(xué)手段尤為重要。目前中學(xué)的信息化軟件、硬件教學(xué)設(shè)施基本都已完善,支持更多信息化技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用,且動畫資源近年來被逐漸開發(fā)并應(yīng)用到了教學(xué)實踐中,取得了不錯的效果[1]。

      1 初中物理概念教學(xué)引入動畫的必要性

      (1)由物理學(xué)科自身特點所決定。物理學(xué)是一門研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、物體運動及能量變化的科學(xué),是自然科學(xué)應(yīng)用廣泛的一門基礎(chǔ)學(xué)科,具有抽象度高、邏輯縝密的特點。初中階段所開設(shè)的物理課程,向初學(xué)者描繪了物理世界的基本規(guī)則和整體圖景,需要學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步培養(yǎng)歸納概括能力、想象思維能力和邏輯推演能力,學(xué)生首次接觸比較困難。

      動畫能夠?qū)⑽淖帧D像、聲音等整合并生動形象地呈現(xiàn),把抽象、枯燥的物理概念用生動有趣動畫表現(xiàn)出來,更容易為學(xué)生所接受,有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

      (2)符合初中學(xué)生思維特點。初中階段學(xué)生處在身心發(fā)展逐步趨于成熟的青少年期,抽象邏輯思維正在慢慢形成,但在很大程度上仍以感性思維為主,需要大量具體形象的事物支持才能理解抽象概念語言,往往需要足夠的感性體驗才能有效地激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣[2]。他們的認識以經(jīng)驗為主,理解知識大都依賴于日常經(jīng)驗[3]。因為經(jīng)驗有限,學(xué)生在分析問題時往往較片面,經(jīng)常憑借自己的感覺分析問題,具有很強的主觀性,不利于問題的解決。

      在教學(xué)中引用動畫符合學(xué)生思維特點的,動畫在設(shè)計時經(jīng)常把日常生活中常見的具體事物作為抽象概念的類比對象,生動且直觀,對于學(xué)生而言,降低了理解抽象物理知識的難度。教師可以在教學(xué)中重復(fù)播放動畫,讓學(xué)生通過動畫直觀地理解物理概念的內(nèi)涵和外延,幫助學(xué)生消化難點、掌握重點。

      (3)緊隨教育信息化的發(fā)展。初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出,要重視現(xiàn)代信息技術(shù)在物理教學(xué)中的運用,積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)作為教學(xué)手段的應(yīng)用[4]。這意味著教師要注重利用現(xiàn)代化教學(xué)手段輔助教學(xué),促進教學(xué)的有效性。物理概念教學(xué)要求學(xué)生準(zhǔn)確理解概念的意義,明確概念的適用條件,并在學(xué)習(xí)過程中體會研究概念的方法,應(yīng)用概念解決實際的問題。將動畫這一信息技術(shù)手段應(yīng)用于物理教學(xué)中,符合初中物理新課標(biāo)和物理概念教學(xué)的要求,與教育信息化的時代背景相契合。

      2 初中物理電流概念教學(xué)問題分析

      2.1 電流概念梳理

      以人教版教材為例,“電流”的概念最初出現(xiàn)在初中物理“電流和電路”一章中,是學(xué)生開始學(xué)習(xí)物理電學(xué)知識最先接觸的基本概念。與此同時,“電流”也是物理概念中典型的抽象性概念。在日常的生活中沒有具體的實物表象與其相對應(yīng),學(xué)生作為初學(xué)者,理解這一抽象的物理概念存在困難。

      電流概念教學(xué)中主要有幾個知識點需要學(xué)生掌握:(1)電流的定義。電荷的定向移動形成電流,這里的“電荷”有3種情況,可能是“正電荷”,也可能是“負電荷”,還可能是“正、負電荷”。(2)學(xué)生需要明白“正電荷定向移動的方向為電流方向”的規(guī)律。在電源外部,電流的方向是從電源正極流向負極的,在電源內(nèi)部則相反。(3)產(chǎn)生電流的條件?;芈分斜仨氂须娫?,且回路要閉合。

      從學(xué)習(xí)電流部分開始,學(xué)生逐步地學(xué)習(xí)了一系列的電學(xué)知識。以電流為主線,學(xué)生從對電路的認識,到對歐姆定律等電路基本規(guī)律的探索,再到對電與磁知識的初探等,電學(xué)的大廈在學(xué)生的頭腦中開始逐步建立。學(xué)生在此過程中發(fā)展抽象和邏輯思維能力,其物質(zhì)觀、能量觀、相互作用觀也會隨之逐步清晰完善,可謂電流“一線”貫穿始終。

      該部分知識具有一定的抽象性,學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常會出現(xiàn)難點問題,即(1)不能很好地理解并分析電流形成中的兩種電荷的運動情況。(2)容易混淆金屬導(dǎo)體中電流方向與電荷移動方向。(3)不理解電源內(nèi)部的電流方向及電荷運動情況。不能理解電源為什么源源不斷地提供電流。

      2.2 電流概念教學(xué)問題分析

      (1)照本宣科式的教學(xué)依然存在。日常生活的方方面面都離不開“電”,學(xué)生在學(xué)習(xí)“電流”概念之前,一定對“電”有所了解,具備關(guān)于“電流”的前概念。無論他們有著怎樣的前概念,都表明學(xué)生不是空白進入課堂的,他們有自己的認知基礎(chǔ),需要教師精心引導(dǎo)才能形成正確、科學(xué)的電流概念。

      但在實際的電流概念教學(xué)中,常常忽略學(xué)生的認知水平,只讓學(xué)生機械地“記住”電流概念,而不注重分析講解電流的形成過程和本質(zhì),使得概念教學(xué)流于表面,其結(jié)果就是學(xué)生對電流概念的模糊不清,產(chǎn)生錯誤的理解[5]。學(xué)生不理解導(dǎo)體中發(fā)生定向移動的電荷情況,不清楚電流方向與電荷定向移動二者間的關(guān)系,雖然可以靠機械記憶“記住”,但不會活學(xué)活用,一旦應(yīng)用情境發(fā)生變化就會出錯,時間一長,學(xué)生會認為物理難學(xué),對物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒,不利于學(xué)生長期發(fā)展。

      (2)教學(xué)方法單一。多數(shù)教師在教學(xué)中使用了盡可能詳細的話語和大量的例子幫助學(xué)生理解電流概念,但教學(xué)效果往往達不到預(yù)期。原因之一就是教學(xué)方法的單一性,只采用口頭講授的形式,學(xué)生根據(jù)教師的語言描述想象“電流”,或者根據(jù)靜態(tài)的圖片推測動態(tài)的“電流”,學(xué)生無法真正理解教師的描述,使得教學(xué)的有效性大打折扣??梢?,在面對“電流”這類抽象的物理概念時,教師若是僅僅采用語言講述的教學(xué)方式,效果很難達到預(yù)期。在抽象概念面前,尤其是對于初中階段的學(xué)生而言,文字講述總顯得蒼白無力。

      (3)缺乏有效的理論模型。在電流概念的教學(xué)中,教師最常引用的就是水流模型,即把“電流”類比成“水流”一樣的東西,水流動的方向便是電流的方向。水流模型用類比的辦法幫助學(xué)生體會電流的特點,感受電流的方向,學(xué)生易于理解。但水流模型也存在著不足之處,即模型本身不夠完善,描述表達的重點不夠突出,難以解釋清楚電流產(chǎn)生的本質(zhì)。

      雖然考慮了水流模型的不足,但在重新設(shè)計電流模型時,為了描述的方便,把金屬中“產(chǎn)生電流”的模型解釋設(shè)定為“正電荷的定向移動”,認為電流模型的重點是向?qū)W生表明電路中電流的方向,可以暫時忽略電荷的電性,只需在演示時向?qū)W生強調(diào)“其實在金屬導(dǎo)體中移動的是自由電子”即可。其結(jié)果是學(xué)生很可能忽視教師的強調(diào),反而加深頭腦中“金屬導(dǎo)體中是正電荷的定向移動而形成電流”的錯誤認知。

      3 構(gòu)建初中物理電流概念的動畫

      對于電流概念教學(xué),可以通過設(shè)計“電流”的動畫輔助抽象的文字描述,通過動畫這一形象的表現(xiàn)方式幫助學(xué)生想象,促進學(xué)生理解電流概念。研究發(fā)現(xiàn),電流的理論模型都是力求從本質(zhì)出發(fā),站在更高的知識角度對初中電流概念進行更細致的描述,可以借此進行動畫設(shè)計,從微觀角度展示“導(dǎo)體中有電流通過”的狀態(tài),并展示“電源工作”時的動畫,幫助學(xué)生突破難點。目前能在計算機上制作動畫的軟件有很多,如Flash、AE、RETAS等,都可以做出不錯的動畫效果。

      3.1 動畫設(shè)計思路分析

      在初中階段,學(xué)生常接觸金屬和酸、堿、鹽水溶液兩類導(dǎo)體,不同導(dǎo)體連接在電路中產(chǎn)生電流時,電荷發(fā)生定向移動的情況不同。金屬原子由帶正電的原子核和帶負電的核外電子構(gòu)成,可認為原子核不能移動,核外電子可以移動。通電時,金屬導(dǎo)體(導(dǎo)線)中的負電荷(自由電子)定向移動形成電流;在鹽的水溶液如NaCl溶液,電離出的鈉離子Na+和氯離子Cl-,由于電荷“同性相吸、異性相斥”的原理,正電荷移向靠近電源負極一側(cè),負電荷移向靠近電源正極一側(cè),正、負電荷同時向相反的方向定向移動形成電流。

      (1)金屬導(dǎo)體導(dǎo)電動畫。先呈現(xiàn)整個電路在開關(guān)斷開時的整體圖,包括電源、開關(guān)、用電器(小燈泡)和導(dǎo)線等電路組成部分,動畫呈現(xiàn)閉合開關(guān)前后,導(dǎo)體中的自由電子運動情況,方便幫助學(xué)生理解電流的產(chǎn)生及電荷的運動情況以及電流方向與電荷定向移動的關(guān)系,如圖1所示。

      (2)NaCl溶液導(dǎo)電動畫。延續(xù)上述方法,先呈現(xiàn)沒有通電時鹽的水溶液(NaCl溶液)的微觀狀態(tài),溶液中存在大量的正電荷和負電荷(正離子和負離子),它們都在做無規(guī)則運動,然后呈現(xiàn)閉合開關(guān)的電路圖,NaCl溶液的正電荷和負電荷同時向相反的方向定向移動,正電荷向靠近電源負極的一側(cè)移動,負電荷向靠近電源正極的一側(cè)移動,并標(biāo)出NaCl溶液中電流的方向與正電荷定向移動的方向相同。以此幫助學(xué)生理解正負電荷同時定向移動形成電流的難點問題,如圖2所示。

      (3)工作電源內(nèi)部動畫。電源(化學(xué)電池)處在工作狀態(tài)時,其內(nèi)部同時存在著正、負電荷的定向移動。因為電源的負極比正極性質(zhì)活躍,往往容易失去電子,這些電子通過導(dǎo)線積聚到電源正極,電源內(nèi)部的正電荷為了得到電子便會流向電源正極,即電源內(nèi)部的電流方向是從負極到正極。針對學(xué)生不易理解電源內(nèi)部的電流方向的難點,采用擬人的方法,設(shè)計“電源小精靈”充當(dāng)電源內(nèi)部電荷的“搬運工”,它們克服同種電極和電荷間的斥力,分別把正、負電荷依類“搬到”電源的正、負極,從而電源可以源源不斷地提供電流,如圖3所示。

      3.2 動畫演示原理

      演示呈現(xiàn)整個電路的電荷運動情況及電流方向,也可以分別呈現(xiàn)電源外部及電源內(nèi)部的電荷運動情況及電流方向。

      通過電流形成的動畫設(shè)計,清楚地向?qū)W生展示金屬導(dǎo)體中電流形成的原因及微觀本質(zhì),并形象直觀地呈現(xiàn)在金屬導(dǎo)體中,電流方向與負電荷電荷定向移動的方向相反,幫助學(xué)生解決難點一。至于學(xué)生疑問為什么不把自由電子定向移動方向規(guī)定為電流方向,則可根據(jù)科學(xué)史上電子的發(fā)現(xiàn)遲于電流概念的提出時間進行解釋。“NaCl溶液導(dǎo)電動畫”向?qū)W生清楚地展示了在鹽的水溶液中正、負電荷(正、負離子)都可以發(fā)生定向移動而導(dǎo)電,電流方向與正電荷定向移動的方向相同。通過此動畫,學(xué)生可以區(qū)別金屬導(dǎo)體導(dǎo)電和酸、堿、鹽水溶液導(dǎo)電原理的不同,解決難點二。

      “工作電源內(nèi)部動畫”的設(shè)計,向?qū)W生生動地呈現(xiàn)了電源內(nèi)部的電流方向。教師可以在演示時向?qū)W生解釋,是因為“電源小精靈”一直在忙著“搬運”電荷到相同的電極,它們在此過程消耗了自身的能量,電源才能夠源源不斷地提供電流。也能使學(xué)生初步明白電源的能量轉(zhuǎn)化過程,為后面的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

      4 結(jié)論

      動畫作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù)手段,對提升教師的信息化教學(xué)素養(yǎng)和促進課堂教學(xué)效果都具有重要價值。目前動畫制作平臺的多樣,制作技術(shù)的便利,使得動畫在教學(xué)中獨特的應(yīng)用價值被不斷開發(fā),在教育領(lǐng)域的運用正處于上升階段。

      學(xué)生正確理解物理概念是學(xué)好物理的第一步。教師在物理電流概念教學(xué)中引入動畫,促進學(xué)生的理解,學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)展科學(xué)思維,提升思辨智慧,生動直觀的動畫吸引學(xué)生的注意,強化學(xué)生記憶,提高教學(xué)效果。除此之外,教師要充分發(fā)揮動畫資源的作用,離不開大膽創(chuàng)新和積極開發(fā),在制作動畫時要多方考慮,盡量精簡元素,突出重點,要符合物理教學(xué)的規(guī)律,合理地在物理教學(xué)中滲透動畫,才能促進物理教學(xué)的發(fā)展。

      ——————————

      參考文獻:

      〔1〕馬虎奎.動畫資源在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究,2020,24(12):44-45.

      〔2〕黃東梅.初中生物理學(xué)習(xí)心理思維特點調(diào)研與實踐建議[J].中學(xué)物理(初中版),2016,34(07):3-4.

      〔3〕沈志亮.基于學(xué)生思維和心理特點的物理學(xué)習(xí)習(xí)慣養(yǎng)成初探[J].中學(xué)物理,2016,34(16):4-5.

      〔4〕教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2021版)[S].北京:人民教育出版社,2021.

      〔5〕胡亞云.基于變易圖式的初中物理概念教學(xué)策略研究[D].重慶:西南大學(xué),2022.

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