课题名称：可视化手段在初中物理教学中的应用策略研究

一、课题的背景及意义

深度学习概念的提出，源于对学习的深入理解与探索，出自 Marton 和 Saljo 的研究成果。研究发现，学习是一种由浅入深、由表及里、从已知到未知的探究过程，由此提出了浅层学习和深度学习的概念。浅层学习与深层学习相互渗透，构成了前后连贯的不同学习阶段。不难看出 ，深度学习是学习的高级阶段，属于复杂的认知过程和高投入的学习方式。追求知识的建构、意义生成和能力发展是深度学习的应然诉求。深度学习技能的掌握，可以促进学习者深入理解所学内容，形成问题意识和探究精神，逐步掌握解决问题的思路与方法。

“核心素养的突出特征在于个体能否应对现实生活中各种挑战性的复杂真实任务。”这就意味着教师要改变传统的教学模式，把学生实际的生活情境与物理学科知识教学融合起来，创设出学生能够感触到的、真实的物理教学情境，使学生在真实的物理情境下，通过亲身体验来感知物理问题，展开对真实物理问题的探究。要实现培养核心素养的任务，必须实行深度教学。尽管很多物理教学研究成果都运用到了深度学习的理论，但研究在初中物理学科教学中的具体应用方面还比较少，也缺乏强有力地工具支撑。源于此，试探从可视化的角度做相关的探索。

（一）理论依据

1.认知发展理论

认知心理学家皮亚杰把认知的发展分为四个阶段。而初中学生正处于具体运算阶段向形式运算阶段的过渡阶段，处于直观思维图式向运算思维图式的过渡时期。认知的发展规律影响着学生的学习，教学需要适应学生的认知发展水平。所以，教学中要根据学生的思维发展水平选择合适的方式呈现知识。应注重将较为抽象的物理知识运用直观的方式，如图示、图像等方式呈现，使抽象的知识形象化，顺应学生的认知发展规律。

2.脑科学理论

现代脑科学理论认为学习是大脑的功能，大脑的左右脑分工不同，左脑负责逻辑思维，侧重于抽象思维，如语言、逻辑、判断等；右脑偏重于形象思维。传统的教学注重学生语言、运算等能力的培养，这些活动大部份都集中于大脑左半球；进而导致左脑负荷工作，而右脑的功能却得不到开发。因此，教学中要注重对学生左右脑功能的开发。同时，科学家发现能够引起脑可塑性变化的必要条件是环境中的适宜刺激。因此，左右脑功能的开发需要给予大脑丰富的适宜刺激。东尼·博赞在《思维导图》中多次强调“一图值千金”，图像是最丰富的语言。可视化教学突破教学难点的教学过程中，运用图形、图像等手段呈现教学内容，能够给予大脑丰富的刺激，使侧重于形象思维的右脑功能得到开发，进而达到左右脑并用，形象思维与抽象思维和谐统一的目标，提高学习效率。

（二）可视化手段运用于初中物理教学的实践意义

1.知识可视化，帮助学生理解内容较抽象的物理知识

虽然物理教学过程主要是知识学习的过程，形成物理观念的过程；但是，核心素养的形成，主要不取决于学生学习了什么知识，而取决于学生是如何学习知识的。从学生的认知状态看，深度教学是让学生进行生动活泼的学习的教学。从学习内容看，深度学习强调情境式学习。浅层学习往往是把知识剥离具体的情境，导致学习过程过于抽象。初中学生物理知识储备有限，教学时宜采用直观教学手段，挖掘可视的感性材料，建立“物——理”感性关联。学生生动活泼地学习知识，更容易接受，也更容易理解抽象的物理概念和规律。物理知识可视化是指利用实物或实验，图片，微视频等各种可视素材，在内容抽象或思维难度大的地方展示出来，突破重点和难点。

2.思维可视化，帮助学生发展高阶水平的物理思维

从思维品质看，深度教学要求培养批判理解的思维能力，这种高阶水平的思维是以问题解决、迁移运用为特征的。思维可视化是指把学习过程中的思考方法、思考方式通过一系列的图示技术把本来不可见的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见。初中生处于形象思维向抽象思维过渡阶段，符合初中学生的认知特点。物理学习尤其是难度较大的习题解答过程中很容易产生思维障碍，让学生最大限度发挥学习的潜能显得尤为重要。将学生“做”题变为学生“画”题，培养圈画关键字词、简单草稿等解题习惯，可以促进养成好的思维习惯，也可以建立起反思通道，让学生向前回溯，判断思考是否有效。画”知识的过程，不仅是学生情感的体验过程，更是一次美的体验，陶冶学生的情操，利于学生审美情趣的提高。在此过程中，学生逐渐发展自我效能感和元认知能力，而这些是管理一个人思维和推理的高阶能力，在迁移能力中扮演者至关重要的角色，能够有力促进深度学习。

3.模型可视化，帮助学生在复杂问题中建立物理模型

知识的迁移能力和创新能力是中国学生最缺乏的核心素养，如何学会把已经学过的知识用在真实复杂的新情境中，是物理教学需要重视的问题。物理模型作为物理学习的基础，对创新能力有一定的铺垫作用。运用物理模型解答习题分为两步骤——第一，在学习基础知识之后建立一个适用于复杂问题简单化的基础物理模型。第二，遇到新问题时，通过审题建立模型，从“入模”再到“出模”，将本质分析到位，举一反三，进而解答。

本课题研究的目标：利用思维可视化为手段，提高学生学习物理的兴趣和思维能力。

主要研究内容：1 初步确定两种课型：实验探究课，习题讲评课2 微课的资源收集和典型题目的题库建设及可视化手段优化策略

二、研究方法与过程

（一）课题的研究思路

1.组建课题组织机构、制定课题实施方案

组建课题研究实施组织机构，课题成立后就制定课题相关管理制度和会议计划，明确了课题研究分工。在准备阶段认真学习相关的有效教学的理论，学习新课程的有关教学方式、学习方式的相关理论。收集、查阅、分析有关课题的资料，在此基础上初步拟订课题实施方案，确定研究的内容、目标、步骤。

 2、分析整合资源

首先进行相关课题研究的培训，请进修校教研员和兄弟学校名师介绍经验，我们课题组根据资料，再结合自身的教情和学情在校内外进行培训学习、经验交流，有主题发言人，有记录，有学习心得。同时我们借助互联网完成与课题相关文献的查阅，继续丰富资料完善我们的课型。

 3、精心编制学案和评价表

 ①集体备课时要围绕学案编制进行集体研讨，集思广益。编写者在认真研究课标、教材和学生的前提下，精选素材，精心编制，最后由备课组长审核通过。编写沪科版初中物理的系列导学案集，其中张双曲老师，张焕元老师，卢霞老师，廖天桥老师担任备课组长期间，所编学案得到市区教研员的认可和肯定，在课题研究阶段，不断结合三中学生实际学情进行修改，并挂在校园网试用。

 ②根据本课题的研究目标通过对观摩课的集体研讨和分析，设计出新授课课型的模式如下：课前预习案导学、明确目标——课内实验师生共同通过可视化思维展示、分组合作、点拨提升——课后训练案分层巩固。

（二）创新点和难点

本课题的研究立足校本,立足课堂，服务学校，服务教学，体现了一定的实用性和具体性。尤其是在省级课题《基于思维可视化，思维地图与初中物理概念生成策略研究》的引领下，摸索出一套适合我校的教学模式。研究目标明确，可操作性强，研究的空间范围比较宽。课题研究的参与者是一线教师，老师都具有多年从事教学研究和教学指导的经验，研究力量足。为保证教学课题研究的有序进行，课题组将把课题研究和学校教学研究有机的集合起来，互为平台，采取的主要科研手段是：

（1）教育调查法：通过研究人员深入课堂，通过切身体验，亲近学生，通过和教师学生进行交流和问卷等形式，对我校课堂教学情况进行详细的调查，了解现状，发现问题，研究对策。

（2）个案研究法：跟踪某一具体的教学研究活动，通过个案分析来研究课堂教学行为的一般规律，探索有效教学行为的基本策略。

（3）经验总结法：运用该方法总结研究中的经验、策略及评估方法，请区进修校物理教研员陈宗成老师参加物理组的课题会议并指导，希望在今后教学中在思维引导方面有更成熟的经验推广使用。

（三）实践中的举措

1.实验教学中，知识可视化对学生思维能力的培养有着举足轻重的作用。初中学生物理知识储备有限，教学时宜采用直观教学手段，挖掘可视的感性材料，建立“物——理”感性关联。学生生动活泼地学习知识，更容易接受，也更容易理解抽象的物理概念和规律。物理知识可视化是指利用实物或实验，图片，微视频等各种可视素材，在内容抽象或思维难度大的地方展示出来，突破重点和难点。因此在今后我校物理教学过程中，老师们会在开发和制作微课作品方面作进一步努力，以达到提高激发学生学习物理的热情和兴趣，提高物理中高考成绩。

2. 提倡学生们用自己的方式进行总结和交流，学生们基本都能做到及时总结复习，实验班的学生们体会到了小组学习的好处，表现出愿意同他人进行交流合作，并且实验班学生在探究物理知识和做实验过程中的科学态度明显好于对照班，说明小组合作学习对提高学生的学习动机和兴趣非常有帮助。

（四）今后设想

在整个实践过程中，体会甚多，在这个过程中也遇到许多困难，研究也存在很多不足。首先，这个过程中的困难和不足主要体现在以下几个方面在于：

第一，在课题研究期间，感觉其中有很多不可控因素，例如虽然保证了两个平行班的客观条件，但是成绩跟一个班的班风，学习氛围等隐性因素有分不开的关系，而且很难说清隐性课程对学生的影响大还是显性课程对学生的影响更大。

第二，每个学生成绩的提高不是一蹴而就的，而提高思维能力则更不易，让学生有“质”的飞跃，需要“量”的积累。

三、结论

“教学有法，教无定法，贵在得法”。科学思维能力对学生来说非常重要，通过实践教学、听课、访谈、问卷调查，发现物理学科难教难学，原因之一是在思维能力的培养和学生元认知能力。可视化的教学方法服务于深度教学，对学生的核心素养的培养是有益的。教师要根据学情，教师本身的条件，针对学生物理学习过程中的重难点，选择最高效的可视化方法，避免绝对化。

1.知识可视化，帮助学生理解内容较抽象的物理知识

2.思维可视化，帮助学生发展高阶水平的物理思维

3.模型可视化，帮助学生在复杂问题中建立物理模型