思維可視化與高三物理教學

徐海慶

一、運用學科思維導圖進行思維可視化教學

高三教學不同于新授，也不同于章節、單元復習，高三教學是綜合性復習。特別是到了二輪復習更是注重提點構面，以系統化、結構化的專題性復習為主。這時如能利用學科思維導圖進行復習教學，不僅可以提高學生的綜合復習成績，更能充分調動學生主動參與學習的積極性，培養學生的發散思維能力。

電磁感應是高中物理教材中的一個十分重要的教學內容，它位于電場、磁場之后交流電之前，具有承上啟下的作用，綜合了受力分析、運動學觀點、能量觀點、圖像分析、電路分析、電量、焦耳熱計算等內容。要分析這樣的綜合問題需要有較高的思維能力。圖1是筆者在二輪復習教學時學生畫的思維導圖。

能夠完成這樣一張直觀、立體，可視化的思維導圖，要求學生不僅掌握基本知識和各分支知識點間的關聯，更要有清晰的網絡在腦海中形成。可以說畫完這樣一張思維導圖后，學生不僅從整體上掌握了電磁感應這部分內容的知識結構，而且已經在頭腦中系統地建構了屬于自己的知識體系。通過這張圖的繪制，學生的思維能力得到了充分的鍛煉與提高。

二、運用解題流程圖進行思維可視化教學

高三教學不論是一輪、二輪復習，還是最后沖刺階段，不可避免地要進行習題教學。習題教學是以指導學生在駕馭所掌握知識的基礎上，能靈活用來解決實際問題為主要任務。如果把前面談到的綜合性復習看成宏觀教學的話，那么習題教學就是從微觀上進行的教學。而目前學生存在的情況是在習題課上“一聽就懂”“一看就會”，但真正自己獨立做時都感到不好下手，有的甚至反映看完題目腦子一片空白，根本想不到要用什么定理、定律來解決問題。如何幫助學生來改變這一狀況呢？事實上這里主要是學生思考的方法有問題，實際上，解決一個問題的大部分過程是學生在腦海中實現的。那么學生在思考時，他們所想的對教師而言不亞于一個“黑箱”。如果學生的思維過程隱藏在頭腦中而不呈現出來，那么他們是很難察覺到自己的錯誤和思維過程中的漏洞的。解題流程圖可以清楚地呈現解題的內在思路，使解題步驟、路徑及思維方法清晰可見，它是克服解題過程中出現的思維障礙的有效方法，更是實現可視化教學的有效途徑。

使用解題流程圖時應根據題目條件與目標問題，畫出思維路線圖（如圖2），按圖中步驟展開可視化教學。

下面以2016年江蘇高考物理試卷第14題為例來分析。原題如下：

一轉動裝置（如圖3），四根輕桿OA、OC、AB和CB與兩小球及一小環通過鉸鏈連接，輕桿長均為l，球和環的質量均為m，O端固定在豎直的輕質轉軸上，套在轉軸上的輕質彈簧連接在O與小環之間，原長為L。裝置靜止時，彈簧長為3L/2。轉動該裝置并緩慢增大轉速，小環緩慢上升。彈簧始終在彈性限度內，忽略一切摩擦和空氣阻力，重力加速度為g。求：①彈簧的勁度系數k；②AB桿中彈力為零時，裝置轉動的加速度ω0；③彈簧長度從3L/2緩慢縮短為L/2的過程中，外界對轉動裝置所做的功W。圖4為思維路線圖。

三、運用學科模型圖進行思維可視化教學

高中階段物理模型主要有質點、輕彈簧、點電荷等實體物質模型和勻強電場、勻強磁場等場物質模型；理想氣體平衡態，原子所處的基態、激發態等狀態模型；勻變速直線運動、勻速圓周運動、平拋運動等過程模型三大類。在習題教學時教師如能引導學生將思考問題的內在方式方法和思維路徑，通過緊緊抓住物理模型的本質特征，充分利用其規律、圖像加以呈現的話，同樣能實現思維可視化教學。

帶電粒子在交變電場中的運動是近幾年高考中的難點，也是高三復習教學時的重點。如果我們能充分利用物理模型進行思維可視化教學就能使教學效能大為提升，以下面習題為例來分析。

在金屬板A、B間加上如圖5乙所示的大小不變、方向周期性變化的交變電壓，其周期為T?，F有電子以平行于金屬板的速度v0從兩板中央射入（如圖5甲）。已知電子的質量為m，電荷量為e，不計電子的重力，求：①若電子從t=0時刻射入，恰能平行于金屬板飛出，則金屬板至少為多長？②若電子恰能從兩板中央平行于板飛出，電子應從哪一時刻射入？兩板間距至少為多大？

分析題目條件和問題①可知電子沿OO'方向（設為x方向）始終做勻速直線運動，沿電場方向（設為y方向）在周期性電場力的作用下做勻變速直線運動，每半個周期內電子的合運動是類平拋運動。這時可以要求學生畫出電子運動的vy-t圖像和軌跡圖（如圖6），結合兩圖就可知要使電子恰能平行于金屬板飛出，在OO'方向上至少運動一個周期，故金屬板長至少為L=V0T。

分析題目條件和問題②，要使電子從兩板中央平行于板飛出，則電子沿電場方向的運動情況為先加勻速再勻減速，然后反向勻加速再勻減速，每段時間相同，都為T/4，一個周期后恰好回到OO'線，可畫出vy-t圖像和軌跡圖（如圖7），結合兩圖就知應在t=T/4+k·T/2（k=0，1，2，…）時射入。兩板間距要求滿足在加速、減速階段電子不打到極板上有，，解得兩板間距至少為。

筆者相信只要我們根據教學要求靈活運用學科思維導圖、解題流程圖和學科模型圖，就能充分抓住學生思維方法、思維路徑中的不足之處，展開可視化教學，培養學生自主學習能力，幫助學生構建自己的知識體系，提高學生的物理思維能力。