畫過程示意圖，培養初中學生過程分析的習慣

黎映霞

摘要：初中物理教學要著力習慣養成，其中，培養過程分析習慣是其中之一。筆者用初中物理的動態規律或工作過程的教學內容為例，說明如何通過訓練學生畫過程示意圖，培養學生的過程分析習慣。

關鍵詞：過程示意圖；過程分析習慣；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）06-0096

一、問題的提出

初中學生學習物理，若只是被動接受講解（無論是教師的還是課件的講解，不養成分析的習慣，就會習慣記憶結論，遇到新情景不是照搬結論就是一籌莫展。要授之以漁，讓學生學會思考，就要從培養學生的分析習慣開始。示意圖（Diagram）也稱為線段圖、結構圖等，在教學手段日漸豐富的今天，使用示意圖依然對分析復雜過程十分有效。那么，如何使用過程示意圖分析問題呢？

復雜的過程，需要用示意圖來分析的，初中主要有兩類：一是機械類的；二是運動過程類的。下面，筆者分別通過舉例方式說明如何運用過程示意圖分析問題。

二、機械類

初中物理人教版教材中出現的機械有汽油機四沖程、活塞式抽水機、世界最大的連通器（三峽大壩）等。由于學生對機械相對陌生，常看不懂課本的過程示意圖，教師用課本的圖來分析時，學生缺少對機械的動態認識，理解不深；若改用動畫課件來分析，學生雖多了動態整體感受，但又流于表面，理解不透原理。

其實只要將課本的示意圖的呈現方式稍作調整，不照搬照講課本的圖，而是先在黑板逐步畫出機械的輪廓，再逐一添加關鍵元件，讓學生從外至內，由表及里地熟悉機械及其部件；接著分析運動過程時，抓住關聯，通常是機械的核心部件，找好切入點或線索，就可將機械運動的靜態與動態有機結合。最后通過舉一反三培養學生用示意圖的分析習慣。

例1. 分析汽油機的工作四沖程時，大部分學生對課本的過程示意圖（圖1）不甚理解，學生看四沖程的動畫展示（圖2）又不明就里。教師可以示范如何分析吸氣沖程，讓學生模仿分析剩下的三個沖程。

教師示范：1.畫輪廓：如圖3.1，簡介氣缸和飛輪。2.加元件：在圖3.1上，畫進氣門、排氣門、活塞和曲軸連桿的位置，如圖3.2。3.指出關聯——飛輪轉半周帶動活塞運動一程（從氣缸一端到另一端為一程）。4.圍繞核心——“汽油是如何進入氣缸的”，抓住線索——“飛輪轉動帶動活塞運動”，分析得出，活塞向下運動導致氣缸氣壓變小（類比針筒吸取藥液過程，如圖3.3），汽油被大氣壓壓入。5. 學生總結，畫出圖3.4。

通過畫示意圖，將吸氣沖程像定影顯影膠卷般，還原成清晰、動態、完整的沖程。這樣的教學方式操作簡易，學生易于模仿和接受。

學生舉一反三：要求學生畫出示意圖，標出各要素的變化，說明其過程，通過舉一反三，讓學生掌握分析方法。分析中，教師用諸如“如何使汽油充分燃燒”“燃燒之后的廢氣如何處理”等問題引領思路，能力強的學生會抓住線索——“飛輪帶動活塞運動”，模仿吸氣沖程的分析步驟，完成分析和畫出示意圖。對能力一般的學生，教師可在關鍵處點撥，如提問“某沖程的能量如何轉化”“氣缸溫度升高的好處是什么”“燃燒后產生的高溫高壓氣體出路在哪”等等，引導學生思考并協助畫出過程示意圖。對于程度參差不齊的學生，教師還可以采用“逐步放手”的方式教學：在第二沖程分析中請能力強的學生上臺板演，臺下學生跟著畫示意圖；第三沖程由學生四人小組合作完成，第四沖程由學生個人獨立完成。每一沖程均要求學生開口說明及總結過程，通過開口思維，使知識易于生成。

當然，對示意圖的重視和有效地利用示意圖之間還是有距離的。這就更要讓學生在不斷使用中強化鞏固分析習慣，嘗試之后的成功解決問題才能最終鞏固分析習慣。活塞式抽水機、三峽大壩等的教學亦可采用類似方式，師生畫出機械及關鍵部件，分階段討論，教師舉一，學生反三，通過學生討論、總結、畫示意圖等方式鍛煉學生的分析能力，培養其習慣。由于過程的不可設計性，教師與學生的思想、學生與學生的思想會發生碰撞，討論與生成進一步豐富過程本身，使其豐滿和立體，這樣的教學，節奏可控，過程不可控，課堂充滿了探索未知的樂趣。

三、運動過程類

畫運動過程的示意圖是解決運動學問題的關鍵。 畫示意圖要明確其目的和方法。

簡單的運動問題應找出物體路程之間的關系，因此，最簡單的示意圖應包含兩個物體的初、末位置，并利用示意圖找出兩個運動之間的關聯（相同點或者關系）。

復雜的運動過程，畫示意圖是為了是把復雜的運動過程分成幾個簡單階段，劃分的關鍵是確定節點（拐點），從而將初末位置之間的路程再分成幾個階段，從而得解。節點（拐點）通常是速度的拐點或者速度相同點。

當然，學生思維能力的提高不是一蹴而就的，它需要沉淀與積累。學生在剛接觸物理的八年級上學期，教師可以在聲學中適當滲透一些難度較小的相遇問題分析（例2），在八年級下學期的力學學習時，或更晚一些的九年級總復習階段增加一些難度稍大的訓練，例如杠桿轉動過程中的變量分析（例3）、對彈簧彈力作用下的運動過程分析（例4），從而讓學生的分析習慣得以鞏固，分析能力螺旋式上升。

例2. 汽車以 15 m/s 的速度向對面高山駛去，在司機鳴笛后 8 s 聽到了回聲，求汽車鳴笛時離對面高山的距離。（此時聲音的傳播速度是340m/s）

分析與解：初位置是車鳴笛時，末位置是司機聽到回聲時，畫出聲音傳播路程S聲與汽車運動路程S車，示意圖如圖4。兩路程的關聯，在于時間相同，聲與車的路程之和等于所求路程的兩倍，在示意圖中標出關聯（t=8s等）。分析至此，絕大部分學生都可以自行寫出關系式：S聲+S車2S；ν聲t+ν車=2S，從而得解。

例3. 緩慢提升地面上的均勻桿的一端的拉力如何變化（拉力始終垂直杠桿向上）

分析與解：初位置是杠桿水平時，末位置是杠上升到半空時。標出杠桿的五要素——支點、力及力臂，如圖5.1所示。引導學生觀察分析五要素的變化情況，從而找出初末位置之間的關聯——重力臂變小，重力及動力臂不變，根據杠桿平衡條件可推出動力隨之變小。

舉一反三：學生可模仿完成變式練習：若拉力始終豎直向上，拉力又如何變化？學生畫示意圖，如圖5.2可發現，雖重力臂和動力臂都變小，但初末位置之間的力臂構成兩個相似三角形，故重力臂與動力臂的比值始終是1∶2的關系，這就是關聯點。所以拉力不變。

例4. 在光滑的水平面上，一輕質彈簧一端固定在墻上的O點，自由伸長到B點。今用一小物體把彈簧壓縮到A點，然后釋放。小物體向右運動，能經B點最遠到C點，如圖6.1所示，不計空氣阻力，試分析物體從A運動到C的過程中，動能如何變化？路程SAB是否等于路程SBC？

分析與解：初位置A，末位置C。在示意圖中標出B點之前的彈力F1向右，與速度同向，為動力，加速；B點之后彈力F2向左與速度反向，為阻力，減速。B是過程的拐點，從而劃分AB加速和BC減速階段，示意圖如圖6.2。則B點速度及動能有最大值，A、C點速度和動能為零。兩個過程只有彈力做功，只有動能與彈性勢能相互轉化，A、C點速度為零，其彈性勢能相同，即形變量相等，即SAB=SBC。

舉一反三：如圖6.1所示，水平地面上，一輕質彈簧一端系在墻上的O點，自由伸長到B點，今用一小物體m把彈簧壓縮到A點，然后釋放，小物體能運動到C點靜止，不計空氣阻力，試判斷物體從A到B速度___________________（選填“增大”“減小”“先增大后減小”“先減小后增大”），從B到C速度___________________，物體在B點所受合力_______零（選填“是”或“不是”）。

分析與解：通過上題，學生已經清楚過程分析的目的和方法，學生會將示意圖畫出，并找出初位置A、末位置C及拐點D。 可通過小組討論及個別發言等方式讓學生從模仿中進一步掌握方法。學生通過受力分析不難找到拐點應在AB間的速度最大值處——彈力F1等于摩擦力f的D處。從而將過程分為AD從零開始加速和DC減速至零兩個過程。示意如圖6.3：

四、結束語

從以上幾個例子中可以看出，畫出過程示意圖，有助于了解機械結構、聯動機制，從核心部件出發分析則不難掌握機械的運轉過程；畫出運動過程示意圖，有利于看清路程關系，通過分析拐點，可將復雜運動過程劃分成幾個階段，結合受力分析或平衡條件分析，從而得解。在平時的教學中，教師應注意引導學生用過程示意圖分析過程，養成分析習慣，從而能解決新問題或復雜問題。

參考文獻：

[1] 徐 速.示意圖提示條件下小學生數學問題解決的研究[J].數學教育學報，2006（2）.

[2] 史興連.不容忽視的運動過程示意圖[J].物理通報，2014（10）.

（作者單位：廣東省廣州市第二中學 510040）