1 绪论
1.1 问题的提出
新课程改革提倡把课堂时间还给学生，增加学生探究和小组讨论等以学生为主体的教学模式，这就大大地压缩了老师的讲授时间，如何协调好以学生为主体以教师为主导的新教学模式，而又能保证知识的有效传授，这无疑对教学提出了更高的要求和富有更强的时代特色。在这种新模式下，课堂上教师讲解的时间尤为宝贵，在有限的时间内教师要突出课堂教学重点。课堂教学中常用的突出重点的方法有语气声调变换、巧妙设计板书和充分练习等方法。本文正是从这个观点出发，试图运用可视化教学来突出课堂教学重点。高中物理力学部分主要集中在物理必修一，是高中学生最先接触的比较抽象的物理知识，而力学知识以及力学知识中所蕴涵的研究物理问题的方法对学习其他部分知识都有渗透。作者结合实践教学，对运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的有效性进行研究，希望对一线教学有所帮助。随着计算机科学领域技术的发展，以信息技术为支撑的现代教育模式也日益更新，无论从教学方法上还是教学形式上都有所发展，可视化教学也随之出现。可视化教学的特点是将抽象的文字信息、内容等以直观的图形、图像等更直观的方式呈现出来，使学习内容、思维过程、教学过程三者皆可视化、清晰化。从而激发学生的学习兴趣，调动学生学习的主动性。高中阶段是学生观察能力发展的高峰期，进入青年时期，中学生的感知表现为一种特殊形式，观察即有目的性、又有计划性、持久性、有思维活动参与的知觉。在教学过程中，在概念与规律课、实验课、复习课和习题课上，给学生几分钟到十几分钟时间，要求学生先观察思考，然后利用可视化工具将课堂重点内容进行总结和可视化，使学生课堂学习效果得到提升，创新思维得到锻炼。高中物理力学课堂教学有如下特点：课堂容量大，概念和规律性的知识点较多，其中所蕴涵的思想方法也比较抽象。如何能够让学生抛弃简单的思维模式，积极运用和尝试更高层次的思维模式，更好的学习高中物理知识，成为一线教师研究的课题。可视化教学突出课堂教学重点，对抽象的知识或思想方法用更具体的图形或图像描绘出来，使知识呈现的方式更符合高中生认识发展特点，从而培养学生的创新思维和创新能力。基于上述讨论，如何运用可视化教学来突出高中物理力学课堂教学重点具有一定的研究价值。
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1.2 国内外研究现状
1987 年，在美国国家自然科学基金会上，第一次出现“可视化”一词，最早应用于计算机领域，后在军事、工业、医药等领域都有广泛应用。（1）国外可视化研究概况。国外对可视化的研究较早，最初的文章较多集中于可视化的概念界定。马丁 爱普（Martin J.Eppler）和雷莫 A 伯卡德（RemoA.Burkhard）在文章《Knowledge Visualization. Towards a New Discipline and its FieldsofApplication》中第一次提出“知识可视化”，并提出知识可视化视觉表征的分类[1]。思维可视化（Thinking visualization）是在知识可视化的基础上发展而来的，是通过计算机技术呈现看不见的思想路径。将“思维”具体化与形象化。集中对可视化视觉表征手段及可视化与教学的整合研究。（2）国内可视化研究概况。2005 年，我国开始研究可视化。十多年来，对可视化的研究已经进入了高峰期。我国对可视化的研究从起初的“知识可视化”发展到“思维可视化”。关于知识可视化的研究包括知识可视化概念及可视化视觉表证手段两个方面，如赵国庆等在《知识可视化的理论与方法》一文中，给出了知识可视化的定义，钟志贤等在《作为学习工具的概念地图》中介绍了概念图的特征及在教学中的应用。华东师范大学对思维可视化进行了专项研究，主要是在思维可视化“方法”与“工具”方面开展研究。
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2 可视化教学相关理论
2.1 可视化教学基本概念界定
2.1.1 可视化
从广义方面来讲，所有运用图形、图像等来表示某些抽象事物和事物发展过程的方式都可称之为可视化。狭义方面而言，可视化指计算机学科领域的可视化。伴随着科技的快速发展，可视化应用的领域逐渐扩大，主要包括数据可视化、信息可视化和知识可视化等一系列的分支。从字面看来，可视化就是将不可见或者不易见的抽象信息以一种直观的图形、图表等方式表现出来，使这些信息更加清晰而易懂。
2.1.2 可视化教学
随着科学技术的进步，可视化技术已经走入了教育领域。可视化教学究其本意，是以视觉系统为中心同时协同各种感官将知识、思维、情感等通过较高认知水平层次上的心智活动以可视化的表达方式展现出来，也就是利用现代计算机技术、Flash动画模拟、微视频、手绘制图、情景描绘等大脑深层加工或处理之后的多种形式的形象而可读的表达方法表示出来，进而激发学生的学习兴趣、促进学生的思维发展。人类发明文字之前就是利用图画来专递和交流信息的，从某种意义上说，除了语言、数字语言、符号语言以外“图画”也是人类表达思想的一种有效工具[6]。可视化教学对其呈现方式及方法不做过多的限定，通过插图、图形、图表、表格、手绘图、情景描述等图解的方式进行解释，侧重学生对知识和思维的深层次的主动建构与形象化处理过程，从悟形到悟理，悟理到形理结合，注重思维层阶的提升与自我评估，进而使其感知自己的思维发展过程，感悟知识的深层内涵，感慨和体会思维的奇妙性与怪异性，孕育自己的创新思维和创新能力。从可视化技术到可视化教学，并不仅是一种技术的应用和可视化研究领域的拓展或平移，也是一种教学方法、教学思维方式和学习方式的转变，更是一种有效培养创新能力的教学模式的探索[6]。
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2.2 可视化教学理论基础
双重编码理论由心理学家佩维奧（Paivio）在 1986 年提出。佩维奥认为对文字记忆和图像记忆对象应予以同等的重视，人类的认知在处理文字和图像对象及事件这两方面各有特点。文字系统是指处理语言信息（言谈和书写），并为图像、事件提供象征功能，所有表征理论均涉及这一双重功能[8]。当人类在学习时，人的工作记忆区中对以语言或非语言呈现方式的材料，有三种处理的过程。如图 2-1 的左上部，当有语言的刺激时如口语的叙述，在工作记忆区中，学习者会建构一个以语言为描述的意象。这个由外而内的认知处理过程，称之为建构一个语言具像的连结或语言编码。如图 2-1 的右上部,当有非语言的刺激时如一个动画或图形，在工作记忆区中，学习者会建构一个以图形为描述的意象。这个由外而内的认知处理过程，称之为建构一个图像的连结扣或图像编码。参照链接则是将两种呈现的信息连结在一起，如图 2-1 下部所示。双重编码理论指出人有两套信息处理系统：图像系统（Imagens）、语言系统（Logogens），它们分别处理图像信息和语言信息。当图像信息和图像信息作用于人的时候，语言系统独立处理语言信息，而图像系统独立处理图像信息，然后通过参照链接将两种呈现的信息连结在一起。如果这种链接能建立起来，则学习效果好[9]。Paivio 和 Csapo（1973）的经典实验表明，实验对象对实验材料的记忆准确率从图片到具体词汇再到抽象词汇递减[10]。加涅的信息加工理论中提到信息的编码和有效储存，一方面可以采用分析说明、叙述结构、识别范式、归类和分块、框架结构图示、概念匹配图示、精细加工等方法，组织信息。另一方面，通过形成网络、概念图、类比、复诵、记忆术和其他各种图示，提供引导性问题和提示，运用记住每一个步骤的方法，监督问题解决过程是否成功，用不同方式表现问题等，有效储存信息[11]。双重编码理论意义在于可视化教学将抽象知识以图像的形式进行视觉表证展现，为基于语言通道的理解提供了很大的辅助和提高，大大降低了语言通道的认知负荷，促进了思维的发展。故通过可视化教学将将知识以图像形式呈现，同时结合教师的语言讲解，促进语言系统和图像系统链接，提高学生对文字信息编码能力和对物理知识的理解能力，有助于取得更好的教学效果。
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3 运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的教学设计.... 12
3.1 高中物理力学部分教学概述.....12
3.1.1 高中物理力学部分教学的主要内容及特点......12
3.1.2 高中物理力学部分教学中常见的问题.....12
3.1.3 高中物理力学部分可视化教学的可行性分析...........13
3.2 可视化教学突出课堂教学重点的教学设计原则.........13
3.3 运用可视化教学突出课堂教学重点的教学过程.........14
4 运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的教学案例.... 20
4.1 突出以力的分解应用为课堂教学重点的教学案例.....20
4.2 突出实验课课堂教学重点的教学案例.......23
4.3 突出复习课课堂教学重点的教学案例.......26
4.4 突出习题课课堂教学重点的教学案例.......30
5 教学实践研究.....37
5.1 实践研究方案设计............ 37
5.2 实验数据分析............39
5 教学实践研究
5.1 实践研究方案设计
本次实践教学的研究目的是验证运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点对学生学习效果及学习兴趣的影响，从而能够科学的评价可视化教学对于突出高中物理力学课堂教学重点的功效及不足，为将来运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的实践教学提供一定的借鉴。（1）对实验组与对照组的学生进行问卷调查，了解实施可视化教学实践前后，学生学习兴趣的变化。（2）对两组学生的物理成绩进行测试，将第一单元测试成绩作为前测成绩，并对所得数据进行统计分析。然后，对实验组实施为期一个学期的可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的教学活动，对照组采用学校常规教学。在实践教学过程中针对某一节课的教学效果进行小测验。实践教学结束后，选用学校的期末考试成绩作为后测成绩。并对以上测试收集的实验数据进行统计分析，得出相关的实验结论。（3）时间安排：在开学第一周对两个组进行学习兴趣问卷调查。第三周收集第一单元考试成绩并进行统计分析。根据教学进度安排及时进行小测验，收集小测验成绩并进行分析。期末考试结束收集两个组的期末考试成绩并进行统计分析，再次对两个组进行学习兴趣问卷调查。实践结束前对学生进行访谈并对访谈结果进行分析。
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结论
通过对运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的实践研究，笔者发现，可视化教学在突出高中物理力学课堂教学重点中有积极作用。本研究将进一步推动可视化教学在突出高中物理其他部分课堂教学重点的应用。总结如下：
（1）运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点可以提高学生学习成绩。通过对第一单元测验和期末考试的成绩对比分析可以看出，实验组期末考试成绩高于对照组的成绩，并且存在显著差异，实验组进步幅度要高于对照组，这说明可视化教学应用于突出高中物理力学课堂教学重点可以提高学生的成绩。
（2）运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点可以改善学生的学习习惯，提高学生课堂的参与度。通过对实验组学生的访谈结果分析，笔者发现，运用可视化教学能够帮助学生理解抽象的物理概念。思维导图的绘制有利于复习章节知识，形成知识网络，改变学生传统的做笔记形式，进而改善学习习惯。实验步骤流程图的绘制有利于学生完成小组实验。习题课中引导学生画过程状态图和思维流程图可以帮助学生解读题目并形成解题思路。在老师引导学生绘图的过程中，以学生为中心，充分体现学生主体地位，使每个学生都参与到课堂教学中。
（3）运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点可以促进学生的思维发展。学生绘图过程中进行小组讨论，充分发挥集体的优势，不仅建立了深厚的友情，而且培养学生在交流中获取有价值信息的能力。小组成员之间交流讨论，以图片和文字为信息载体，展示自己的思维成果，同时吸收他人思维成果的优点来弥补自己的不足。学生在此过程中不仅加强了对知识的记忆和理解，还实现了对知识的运用和分析。随着时间的推移，学生的评价能力也得到了发展。
（4）运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点的实践活动促进了教师的观念转变。运用可视化教学突出高中物理力学课堂教学重点教学实践过程中，教师也有很多的体会和思考。首先，教师要深入研究高中物理力学知识，细化教学过程，在教学过程中不断创新。其次，教师在传授知识的同时，应注重学生的思维发展。
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参考文献（略）