思維可視化在高考物理復習中的應用

(福建省泉州市城東中學,福建　泉州　362000)

思維可視化是指運用一系列圖示技術把不可視的思維呈現出來,使其清晰可見的過程。本文以“力學”復習為例,談談在高考物理復習中如何應用思維可視化工具,挖掘試題背后的思維規律,開展解題的思維訓練,提高復習效率。

1　試題結構可視化

大多數力學試題表述的事件是“研究對象在一定環境中處于某種狀態或經歷某一過程”，有的題目提供的背景是模型化的事件,有的題目會依托真實的物理事件,但也都是可以轉化為模型化的事件,所以大多數高考試題中的對象、環境、狀態、過程都是模型化的，因此高考力學試題的結構可以用圖1表示。在高中階段,對象模型大多數為質點，運動模型包括勻速直線運動、勻變速直線運動、勻變速曲線運動、圓周運動等,環境模型包括場環境模型、裝置模型,規律等包括三條定律、兩個定理。

圖1

2　解題流程可視化

物理試題的邏輯規律是簡約的,解決物理問題的方法也是簡約且有序的。從圖1可以看出,解決物理試題時首先找對象,構建對象模型,一般高考力學試題的研究對象都可以視為質點。第二步是分析環境,把對象從環境中隔離出來,分析對象所在的環境,根據環境的特點分析對象的受力情況,畫受力示意圖。第三是分析運動,構建運動模型,畫運動過程草圖。第二、第三兩個步驟沒有明確的先后順序,可交替進行,根據牛頓運動定律進行定性分析時,有時可由運動模型分析受力情況,有時則由受力分析得出運動模型。第四,根據所畫的運動過程圖和受力圖,選擇合適的規律列方程求解，解題流程圖如圖2。

圖2

3　知識結構可視化

對模型進一步細化,運動模型可以用圖3表示，環境模型則如圖4所示。在圖3、圖4的基礎上可以進一步發散,將相關的內容整合到一張圖中。這個工作可以引導學生用思維導圖軟件自主完成。

圖3

圖4

圖1中的規律、定理即力學的三條定律和兩個定理，可以用圖5表示。通過三條主線,可以將力和運動聯系起來,解題的過程其實就是找力和運動的聯系。

圖5

4　概念結構可視化

從全局出發,搭好大的框架后需要對內容進行細化。內容的細化工作之一是概念的復習，用概念圖可以很好的展示概念與概念之間的聯系。畫概念圖時不是簡單將概念羅列出來,要找到概念與概念之間的邏輯關系。比如,描述運動的物理量有位置、位移、速度、速度變化量、加速度等,用圖6可以描述運動概念之間的邏輯關系。

圖6

再比如,描述電場的物理量有電場強度、電勢能、電勢、電勢差等,用圖7可以使這幾個概念形成較穩固的知識鏈結構,突出知識之間的遞進關系。

圖7

5　解題思維過程可視化

物理解題是在形象思維的平臺上進行邏輯思維,而形象思維的平臺通俗的說就是畫圖打草稿，主要畫兩個圖,一是受力示意圖,二是運動過程圖。這里要強調的是,在畫圖的過程中,要在圖中用符號標注出物理量。根據試題的特點,把物理量分為三類：一是特征量,描述對象的特征量如質量m、電量q等,描述環境的特征量如電場強度E、磁感應強度B、勁度系數k、動摩擦因數μ等;二是狀態量,如速度v、動能Ek、動量P等;三是過程量,如時間t、位移s、功W、沖量I等，下面用一道例題說明草圖的畫法。

例:一質量為m,電量為q的電荷在勻強電場中做勻加速直線運動,在時間間隔t內位移為s,動能變為原來的9倍,求電場強度E。

解析:如圖8所示,先畫運動過程圖，包括三個部分,第一部分：明確描述對象,標注特征量m、q;第二部分：標注狀態量v、3v；第三部分：標注過程量s、t,其中v、3v和a是引入的物理量。再畫出受力示意圖。

圖8

可見,畫圖起至關重要的作用,畫草圖其實就是找條件的過程,將需要的條件標注在圖中,再看圖決策列方程,這是良好的解題習慣,復習中應該要求學生先畫圖，再列方程。

一圖勝千字,圖是最直觀的語言,易讀、易懂、易記而且記得牢。實現“思維可視化”的最有效方式便是用“圖”把“思維”呈現出來，實現“思維可視化”。

參考文獻：

[1]王邦平.贏在會學——高中物理總復習[M].北京:電子工業出版社,2012.

[2]劉濯源.贏在學習力[M].沈陽:萬卷出版社,2008.