论文总字数：10780字

摘 要

可视化教学就是将抽象的文字信息、内容等以直观的图形、图像等方式呈现出来，使学习内容、思维过程、教学过程三者皆可视化、清晰化。可视化教学作为一种行之有效的教学策略,应用到中学物理光学教学中,能够促进教师的教和学生的学。本文中我们讨论了可视化教学的应用在中学物理光学的优势，研究了可视化教学在中学物理光学教学中的应用，设计了中学物理光学教学中“光的色彩 颜色”和“凸透镜成像的规律”教学案例。研究表明在中学物理光学教学中运用可视化教育，可以激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性与主动性，有利于培养学生的物理应用能力和综合素质。

关键词：可视化教育，中学物理，光学教学

Abstract：Visual teaching is the presentation of abstract text information, content and so on with visual graphics, images and so on, so that the learning content, the process of thinking, and the teaching process are all visualized and clear. As an effective teaching strategy, visual teaching is applied to the teaching of physics optics in middle schools, which can promote teachers" teaching and students" learning. In this paper, we discuss the advantages of visual teaching in physics optics in middle school, study the application of visual teaching in physics optics teaching in middle school, and design the teaching cases of "color of light" and "law of convex lens imaging" in the teaching of physics optics in middle school. The study shows that using visual education in physics optics teaching in middle school can stimulate students" interest in learning, arouse the enthusiasm and initiative of students" study, and help to cultivate students" ability of physical application and comprehensive quality.

Keywords：visual education，middle school physics, optics teaching

目录

1 绪论 4

1.1课题研究的背景 4

1.1.1课题研究的历史与进展 4

1.1.2可视化教育在中学物理光学教学中的研究概况 4

1.2研究现状 4

1.3研究意义 5

1.3.1顺应时代潮流，丰富课堂内容 5

1.3.2 推行德性教育，开发多元智力 5

1.3.3抓住STS教育，贯彻生活化物理教学 5

1.3.4融合可视化设计，推进物理教学 6

2 可视化教学在中学物理光学教学中的应用现状 6

2.1可视化教学理论基础 6

2.1.1建构主义学习理论 6

2.1.2认知发展理论 6

2.1.3脑科学理论 6

2.2 可视化教学在中学物理光学教学中的应用现状 7

3 可视化教育在中学物理光学教学中的建议 7

3.1运用可视化的新型教学模式 7

3.2激发学生的学习兴趣和主动学习的意识 8

3.3培养学生的物理应用能力，提高综合素质 9

4 可视化教育在中学物理光学教学中的教学设计 10

4.1《光的色彩 颜色》教学设计 10

4.2 《凸透镜成像规律》教学设计 14

5 评价与总结 19

5.1评价 19

5.2总结 19

参考文献 21

致谢 22

1 绪论

1.1课题研究的背景

1.1.1课题研究的历史与进展

随着计算机技术的快速发展，视觉感知成为知识获取的主要途径之一，我们正身处于一个“可视化”的时代！20 世纪 80 年代，“可视化”第一次出现于美国国家自然科学基金会上，首先应用于计算机领域。目前，关于可视化的研究已渗透到各个领域，形成一定的规模。

国外可视化的研究起步较早，大部分的研究主要体现在可视化的概念界定。马丁·爱普和雷莫·伯卡德首次提出了“知识可视化”，并提出知识可视化视觉表征的分类。在知识可视化的基础上，思维可视化逐渐发展起来，将“思维”具体化与形象化并集中对可视化视觉表征手段和可视化与教学的整合研究。

我国最早从2005年开始可视化研究。为了使得教学设计的过程更加便捷化、智能化，近些年已有很多国内专家将研究聚焦到教学设计的自动化上，试图从技术角度解决这些矛盾，并研制了一些教学设计自动化工具，试图通过这些工具辅助教学设计者和其他教学产品开发人员提高教学设计过程和教学开发过程^[1]。从最初的几篇文章到 2016 年，研究已经进入了高峰期。我国可视化的研究历经了“知识可视化”和“思维可视化”两个阶段。华东师范大学对此进行了专项研究。

1.1.2可视化教育在中学物理光学教学中的研究概况

随着可视化的发展，可视化教学在相关学科中的应用日趋增多。而关于物理学科的可视化教学研究略有不足，大部分相关文章都侧重于教学中应用的可视化技术及教学中采用的可视化工具、方法，对初中物理光学教学的研究，目前为止，对运用可视化教学在中学物理光的相关研究较少，留下了一个可以进行探索与研究的空间。

1.2研究现状

下面从三个方面来分析可视化教学设计的研究现状：
（1）可视化教学设计的理论研究。从建构主义学习理论、认知发展理论、脑科学理论等方面对可视化教学设计的理论进行研究。在研究理论的基础上，提出可视化教学设计意义和价值。
（2）教学设计实现可视化的方法。对于教学设计可视化方法的研究有很多，在此问题领域研究得出的结论为：可视化教学设计适用于教学内容、教学目标、教学重难点、教学过程内容和学习总结等方面，通过深入的研究教学目标、教学方法、教学过程、学习总结以实现可视化的方法，并对上述能够实现可视化的方法进行归纳与总结，从而形成基本的“规则”，为教师进行可视化教学设计提供了方法指导。

（3）可视化教学设计方法的可行性与应用效果。可视化教学设计实现了手脑并用，实现了图形的空间组合,使教师全身心参与到积极的实践中，更有利于教学问题的解决^[2]。

1.3研究意义

1.3.1顺应时代潮流，丰富课堂内容

随着时代的发展，教学设计作为呈现教学思想、教学理念、教学活动的信息，是很多信息内容交织、杂合之后的复杂产物，单纯地运用语言形容很难呈现出信息之间的关系，可视化的教学设计能够将文字难以表达出来的信息通过图像等转化为视觉信息，使得原本枯燥的文字信息转化为形象的视觉信息，从而顺应时代的潮流，丰富了课堂内容。

1.3.2 推行德性教育，开发多元智力

德性教育是古今中外学校教育的核心内容之一，也是人生教育的重要课题，多元智力冲破了传统的智力观，为学生的个性化发展提供了新的道路，可视化教学设计 对德性教育的推行起与开发学生多元智力起着至关重要的作用。教师在可视化教学理论的指导下，加强对自身智能领域和对学生的教育性理解，积极营造有利于学生德性与多元智力发展的教育情境。

1.3.3抓住STS教育，贯彻生活化物理教学

在运用可视化教学设计需要抓住s t s教育，向学生渗透科学、技术、社会之间的关系同时，在中学物理教学中要贯彻"生活化"物理教学，例如多做贴近学生生活的实验,选择并布置生活化的物理作业等营造生活化的物理课堂的方式，有利于增强学生的学习兴趣和自主探究的意识，培养了综合素质。

1.3.4融合可视化设计，推进物理教学

物理课程中涉及的抽象概念一直是学生理解上的难点，在课堂教学中教师可利用可视化软件模拟教学中难以用语言描述清楚的教学内容，使抽象的理论直观化、形象化^[3]。在教学设计中运用可视化设计，将复杂的文字表述转化为图示表述，使得教学思路更加清晰，也增强了学生的学习兴趣。教师可以任意借助图形、模型等可以引发学生视觉体验的物体，轻松表达复杂的教学过程。教师还可以选择思维导图、概念图等表达信息，简化文字繁多的枯燥与教学的压力。总之，多维度地运用可视化工具呈现教学设计是可视化教学设计最大的突破和特色以推进物理教学。

2 可视化教学在中学物理光学教学中的应用现状

2.1可视化教学理论基础

2.1.1建构主义学习理论

建构主义是当代学习理论的革命，也是影响教学设计理论与实践发展的重要理论。知识的建构需要对所学的内容进行阐述与表达，这是建构知识的必要方式，也是检测知识建构水平的有效方式^[4]，其中主动意识的建构对于学生的发展起着重要作用，如果没有主动意识上的建构，将不能真正理解知识。因此，教师要根据学生已有的知识和经验，引导学生主动的构建，使学生真正的理解所学知识。教师可以运用可视化教学方法，多以图形、图像等形式传授知识，学生能够主动构建学习的情境；同时运用学生熟悉的方法传递知识，学生能够将其与已有的认知结构中的知识融合；可视化教学过程中以学生的“看”和“画”为主，注重引导学生主动“画”知识，进而促进学生对知识的主动建构。

2.1.2认知发展理论

认知心理学家皮亚杰把人认知的发展分为四个阶段。其中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并且处于直观思维图式向运算思维图式的过渡时期。认知的发展规律对学生的学习起着及其重要的作用，因此教学需要适应学生的认知发展水平，根据学生的思维发展水平选择合适的方式传授知识。

2.1.3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。左右脑功能的开发需要给予大脑丰富的适宜刺激。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。

2.2 可视化教学在中学物理光学教学中的应用现状

在学习光学知识的过程中，学生更倾向于动态视频与静态图片类的学习，教师能够运用一些可视化教学的方法，这为在中学物理教学中开启可视化教学设计提供了实施基础。 中学物理教师在教学中已经有了可视化的思想，但在具体的教学设计、教学案例的施行上还有待方法上的进一步提升。

3 可视化教育在中学物理光学教学中的建议

3.1运用可视化的新型教学模式

运用可视化教学这样一种全新的教学方法，是一种设计方法路径的转变，也是一种全新的技术，教学设计体现出“技术”的本质特点，打破了传统文字呈现的设计范式，为教学研究领域的发展增添新的翅膀，真正体现教学设计宽广而包容的多元化发展路线。可视化教学从产生到至今，也在不断发生改变改变，但是无论是以何种形式呈现，其最终的目的都是使得教学设计以清晰、简洁和系统化的形式展现。教学设计并不是要穷尽它的图形，而是需要形成一定的可视化规则来满足教师的需求，为更多的教师提供可以参考的使用模版随着对可视化教学研究的深入进行，教学设计的可视化展现出各式各样的形态。对于中学物理光学的教学，要继续改进目前现有的教学模式，多维度地运用可视化的方式向学生呈现出来。例如在光的色彩 颜色教学中灵活运用多媒体向学生展示绚丽多彩的图片，如图3-1 演唱会和图3-2 雨后彩虹引发学生的视觉感受。在探究凸透镜成像的规律教学中灵活运用思维导图，如图3-3凸透镜成像规律思维导图让学生的思维从抽象转化为形象思维。

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