中学物理教材的重难点内容表达方式的研究

上官水雨　于鷃

摘要：随着多媒体技术的快速发展，多媒体教学已经成为学校课堂教学方式的主流，但是多媒体表达方式并不规范。文章旨在探讨中学物理教材重难点内容在多媒体画面上的最优表达方式，通过分析文字、图像、动画、视频媒体的优缺点及主要应用，研究教材中物理概念、规律、实验的最佳的媒体表达方式，希望文章中的部分内容能为大家制作多媒体画面提供思路。

关键词： 多媒体画面艺术规则； 多媒体表达方式； 中学物理教材

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）31-0110-03

1 绪论

1） 问题的提出

信息大数据时代到来为多媒体教学的进一步发展提供了机遇，多媒体技術受到广泛师生欢迎，成为活跃教学课堂必不可少的组成部分。但是，一些多媒体教学信息的表达方式存在着问题，例如：只是把教材内容复制，照本宣科[1]；盲目加大信息量；文字、图片内容不清晰等。

2） 研究目的

因此，针对中学物理教材的重难点内容与中学生认知规律，试图通过案例分析各种媒体表达方式的利弊，设计出适合的多媒体画面表达方式，希望为中学教材内容科学高效地搬迁到多媒体画面上进行教学提供参考。

3） 研究内容

选取2012年人教版八年级下册物理教材为研究对象，依次运用文字媒体、图像媒体、动画媒体、视频媒体对牛顿第一定律进行表达，分析比较四种媒体的优势与不足；通过将物理知识划分为物理概念、物理规律、物理实验三种知识类型，借助多媒体画面艺术规则涉及的内容来优化目前的多媒体表达方式。

2 相关概念和理论

2.1 基本概念

教学重点是根据教学的目标，对教材进行科学的分析之后，确定的最基本和最核心的教学内容，一般是学科中所阐述的最重要的原理、规律，或者是学科思想或者学科特色的集中体现。教学难点是指学生不易理解的知识，或不易掌握的技能技巧。

“媒体”是指信息的载体和加工、传递信息的工具。目前，大部分人理解的多媒体是指多种媒体的综合，通常包括文本，声音和图像等多种媒体形式。本文研究的表达方式是指多媒体画面上呈现教学信息所使用的特定媒体、组织的方式等。它包含两个方面：一方面要表达出教学信息，另一方面要求高效完成教学工作所采取的方法和形式。

2.2 相关理论

1） 多媒体学习认知理论

多媒体学习认知理论是梅耶（Mayer）以建构主义学习理论、认知负荷理论和双编码理论为基础，通过大量的心理实验予以证明提出的。该理论认为“按照人的心理工作方式设计的多媒体信息比没有按照人的心理工作方式设计的多媒体信息更可能产生有意义学习”。

2） 多媒体画面艺术规则

多媒体画面艺术规则是从多媒体画面艺术理论中提炼出来的。具体地讲，是本着对该理论领会思路、融会贯通和学以致用的指导思想，按照设计、开发多媒体教材的需求进行选择，并且经过归纳整理后罗列出来的。包括八个方面，共34条规则。

3） 物理概念、规律教学理论

概念教学是物理教学中的一个重要环节，一般也是教学活动基础和首要任务。教学一般先辅助学生建立物理概念，再进一步培养学生描述物理现象与规律，最后用规律去分析解决疑难。同时物理概念也是联系物理教与学的纽带，师生之间通过围绕概念剖析规律，互相交流完成教学目标[2]。

上述理论在指导多媒体画面上的表达方式具有重要意义：

①将教材的“教”与学生的“学”结合，设计合理的媒体表达方式。

②根据物理知识类型划分教材重难点内容为物理概念、物理规律、物理实验，设计具有代表性的表达方式。

3 分析各种媒体表达方式优缺点

牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

1） 文字媒体

①优点：信息密度大，表意精确，不易产生歧义。也因其抽象不具体，文字的加工具有个性化，能反复品位精读，没有文字是很难清楚地阐明一条定律。

②缺点：文字是语言符号，人类对语言处理几乎依靠左脑，仅靠文字传达教学信息在效率和效果上都不是最佳。且需逐字阅读，信息传递呈线性，建立对定律的整体理解也慢。对于初中生，文本过于单调，易让人抵触，失去耐心。文字抽象不具体的视觉效果很难动摇学生对于力与运动关系的错误认识。

2） 图像媒体

基于牛顿第一定律所描述的理想化状态，是很难找到能满足条件的日常图像来解释定律的，在此采用思维导图作为图像媒体。

图2 结构清晰的思维导图

①优点：思维导图以图像媒体的形式勾勒出知识结构，关键词在色彩、面线点的辅助下，给予学生显性刺激，可以有力地激发对关键词的联想，方便学生整理知识体系，思维导图的形象化表达无疑是屏幕文本的进步。

②缺点：思维导图呈现知识时，要让所有学生明白图的内容，需结合制作者的理解方向来教学。它适用于逻辑性、条理性较强的知识上，如考试知识点的梳理，并非教材所有内容都适合，不能将每个细节包括进来，否则过于繁杂。其色彩、形、文、线的设计要有利于学生对知识的理解。

3） 动画媒体

图3 动画的主界面

①优点：一、直观简单的动画演示对吸引注意力，活跃课堂气氛，营造良好的课堂探究氛围有很大帮助。作为辅助教材的一种有效手段，弥补了学生空间想象力的匮乏，以一种具体简洁的方式呈现牛顿第一定律的推理过程。二、交互动画的运用让有限的屏幕画面得到了最大限度的利用，强大的交互功能也吸引了学生参与教学活动。

②缺点：形象的动画演示甚至伴随着声音的形式出现，具体化了色彩、画面，导致学生想象力降低。动画制作费时费力，当教学内容能够用文字或图像表达清楚时，应选择简单媒体。再者，因学科特殊，动画对面、线、点、构图、镜头、色彩的运用更苛刻，模拟动画须符合客观科学，处理好艺术与科学间的联系很重要。

4） 视频媒体

三维技术下的视频影像：前60秒全景展示神舟七号飞船由发射到进入预定轨道的全过程；之后中景呈现三位宇航员在太空舱准备出舱前的活动；1分27秒开始全景展现宇航员操作助推器及出舱的整个活动过程，最后以浩瀚的宇宙景观结束。整段视频时长2分39秒，有宏伟的背景音乐渲染气氛及关键性字幕解释。

①优点：视频呈現出的空间美感，比图片多了动态美，将牛顿第一定律从文字里解放出来，结合中国的航天技术创造性地说明牛顿第一定律的真实存在。其最大特色是“真实”与“创意”结合，学生易接受也延展了想象空间。

②缺点：当视频信息量太大时，会影响学生判断力，分散学习者的注意力。另外，视频节奏快，难免重点不突出 ，学生不能准确抓住要掌握的内容。视频不宜长，且需掌握镜头组接、画面美感的设计，否则会加重学生的认知负荷。

四种媒体表达的优缺点及主要应用如下表所示：

表1 四种媒体优缺点总结

[媒体类型 优点 缺点 主要应用 文字媒体 信息密度大，概括性最高 单调抽象 表述概念、定义、规律等核心知识内容 图像媒体

（思维导图） 易激发联想，构建知识架构 制作思路要求清晰且透明，不适合细节展示 建构逻辑性、条理性较强的知识体系 动画媒体 形式直观，交互功能强大 具体化了画面，降低学生想象力，制作费时费力，科学性要求高 呈现抽象或难以观测到的现象、规律等 视频媒体 画面信息丰富且真实 节奏快，重点难突出 补充实验与课外知识 ]

4 研究物理教材重难点知识表达方式

4.1 研究物理概念表达方式

功率：

教材从传统教学设计上直接引入功率概念：“功与做功所用时间之比叫做功率，它在数值上等于单位时间内所做的功。”这对于学生理解功率的物理概念形成清晰的物理图景准备不充分。根据课标规定和物理概念的特点，多媒体画面重新设计成两大部分内容：前部分为功率的探究活动，如图4。后部分比较两种做功快慢的方法，为辨析做功快慢与多少提供案例，在此基础上再解读功率概念。

该多媒体画面有两个特点：一是用大量有趣的简笔画形象，表现教材中搬砖参与的物理量，学习联系实际，不乏趣味；二是将功率与前概念功对比，避免了两者混淆。书本教材为主的教学环境，学生难免有“枯燥”和“难学”之感。该画面设计，指导思想由“以文为主”转变为“以图为主”，利用图形、色彩、材质等配合文本，将抽象概念改编成深入浅出、通俗易懂的形象名词，让学习过程像看科教片、参观展览一样有趣。

由此得出对课件的合理构思应该是，将教材的内容，按照信息化的制作和显示环境进行设计，尽可能将多媒体教材优势发挥出来。

4.2 研究物理规律表达方式

阿基米德原理：

“浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体受到的重力。公式表示：F浮 = G排。”其中涉及到的浮力，对于学生既熟悉又陌生，生活积累和小学自然常识课中已有感性认识，但要提高到理性认识，需要通过科学分析、推理与归纳。如何调动他们的学习兴趣是关键。

设计一段动画视频《曹冲称象》，创设一个问题情境，激发学生学习兴趣，印象深刻，教学效果好。通过观看视频，进一步启发教材上阿基米德称金的故事。视频内容与教材经典故事隐含着古今中外的比较，促使学生意识到浮力定律早就运用在古代中国的日常，同时体会到浓浓的民族情怀。

通过一个三维动画，演示阿基米德原理的实验过程。视频背景色为深蓝，暖色调使人激动，而冷色调使人平静。实验器材选用稍亮的暖色调，这种组合让实验部分显眼醒目，整体和谐不突兀。演示过程任意时间内都可暂停画面，以便选取任意角度观察实验，如图5，实验演示与教材保持高度一致，是对教材静态图像的延伸。

图5 测量石块浮力

此表达方式的优势在于，三维动画比二维更精于实物模拟，“真实的虚拟性”再现教材实验现场。较实拍视频的拍摄手法，动画制作不受拍摄技术器材的约束，可以任意角度展示实验的进程，这对于实验中要求弹簧测力计数值的精确读取有优势，也因动画设计的场景简洁，减少了实验环境的干扰，也就降低阻碍学习的外在认知负荷。另外，动画可集多种媒体一体，比如，图像与板书组合，做到实验数据的科学分析、推理、归纳。

4.3 研究物理实验表达方式

大气压的测量：

学生对认识“我们周围存在大气压强，而且数值还相当大”这一事实构成思维障碍，大气压是个抽象概念，感官无法知觉。托里拆力实验是准确测量大气压的实验，由于水银有毒无法在课堂演示，只能利用教材上的图片讲解。此阶段的初中生物理思维还处在具体运算阶段和前运算阶段、思维往往片面、肤浅、模糊[3]。由于缺乏主动探究，学生似懂非懂，很难真正理解，本实验构成一个难点。

充分利用好教材中的每一个经典实验是很有必要的。此处采用Flash ActionScript2.0制作交互动画来实现托里拆力实验的演示。该课件用于课堂教学或者学生课后练习，画面分割采用二等分形式，分为实验演示区、控件交互区。按照实验中的每一步骤，二者配合呈现，如图6。

图6 “托里拆力实验”动画主场景

实验演示过程采用形、动、色、文等动态和静态元素配合呈现。采用手动控制实验进程的方式，将供操作的“热区”融入到文字中，符合多媒体画面艺术规则关于交互功能“融入度”的要求。画面中五个文字热区即五个实验部分的设计，将画面按黄金比率分割，符合均衡的艺术规则，体现了菜单设计的规范性。这种文字与热区的融合，既简明扼要，也体现了文字表义的潜在美。

如图7，文本准确表意的优势还体现在：每个小实验都会标明水银在试管里的高度，突出实验的主题：大气压能够支撑水银的高度为760mm。右侧设计的问题“请说出你看到的实验现象”、“实验结果的思考”作为启发学生思考的题目，也是提供回答的“热区”，文字在此的配合说明，让学习者主动参与到学习中来。

图7 实验现象解析

该画面在用色上比较规范，背景统一用蓝色，易联想产生理智、平静的感觉，适合科学实验的基调。原理解释框内的背景底色用明亮的黄色，蓝与黄的色彩对比，突出解释框内的文字，注意到了用异色强调重点。热区文字触发时，黑色字体变亮的变化，增添了动态元素，让画面有了活力。

应该指出，多媒体画面制作者需要积累很多符合艺术规则的制作经验，才能夠将画面设计出独特的风格出来：不仅要保证媒体与教学内容匹配呈现，即符合传递知识的需求；又要保持课件整体画面风格的统一，即符合审美心理的需求。

5 总结

对于中学物理多媒体教学，教师要提高课堂教学效率，必须重视多媒体画面的表达方式。基于多媒体画面艺术规则创建画面媒体的表达关键是要深入了解知识的类型特点，确定采用哪种媒体“表义”。

物理概念适宜选择以图文为主的表达方式，通过与前概念的对比、图片图像直观呈现教材内容让物理概念从教材文本抽象的表达中脱颖而出。

物理规律应该注重其推导过程的呈现，以交互动画和视频呈现为佳。交互动画做到关键步骤用数字序列罗列并说明，视频作为补充宜短不宜长，内容要与生活与教材紧密相关。

充分挖掘教材里的经典物理实验，以交互动画或演示视频的形式解决课堂上无法现场演示的困境，按实验步骤顺序依次完成内容的呈现，画面整体风格要有序变化。

参考文献：

[1] 孙先明，付艳锋.多媒体教学中存在的问题及对策[J].教育探索，2006，09：47-48.

[2] 于国宏.初中物理电学部分知识教学研究[D].苏州大学，2013.

[3] 谭曦.浅谈“大气压强”教学重难点的确立[J].中学生数理化（教与学），2011，07：34.