浙江省上虞中學(xué)陳勇剛老師：思維可視化在力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

思維可視化是指運(yùn)用一系列圖示技術(shù)把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現(xiàn)出來，使其清晰可見的過程。在物理教學(xué)中，很多抽象的概念和思考讓學(xué)生覺得困難和容易混亂，此時(shí)，思維可視化的方法有很好的應(yīng)用。

物理問題的解決往往可以分為以下幾個(gè)步驟：

1.審題；

2.尋找問題的解法；

3.表達(dá)解法；

4.驗(yàn)算總結(jié)。

其中，最困難、最復(fù)雜的是尋找問題的解法這一環(huán)節(jié)。比如對(duì)于一道典型的力學(xué)題目，我們的大腦經(jīng)常會(huì)做三大壞事：

如圖所示，一組糙斜面的傾角θ，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ，一物塊在以水平力F的作用下靜止在斜面上，若g已知，最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力，問：要使物體靜止在斜面上，物塊的質(zhì)量應(yīng)為多大？

1.隨意判斷：摩擦力肯定是沿斜面向下的；

2.隨意邏輯: 壓力肯定是Gcos θ，所以摩擦力就是μGcos θ；

3.隨意結(jié)論: 要求的物理量是m，已知條件和質(zhì)量間好像沒什么公式可套……所以我沒有辦法做出題目。

為了解決這種問題，我們可以引用可視化思維的方法，讓問題流程化（流程圖）、圖形化（思維導(dǎo)圖），更容易解答。

流程圖

比如，對(duì)于共點(diǎn)力平衡問題，對(duì)知識(shí)體系比較熟悉的老師都知道，這類問題的一般解決思路如下：

1.明確研究對(duì)象；

2.對(duì)研究對(duì)象正確地受力分析，并做出受力圖 ；

3.判定研究對(duì)象是否處于平衡狀態(tài) ；

4.運(yùn)用平衡條件，選擇合適的方法列出平衡方程解題 ；

5.視問題的要求，對(duì)結(jié)果做出說明或討論。

然而，老師的思路和方法，如果僅僅是從長期的經(jīng)驗(yàn)中積累出來的，不能用更巧妙的方式總結(jié)和傳達(dá)給學(xué)生，那么學(xué)生就很難掌握上面的思路。這時(shí)我們可以使用流程圖來描述這個(gè)過程：

通過流程圖的形象化描述，學(xué)生就更容易理解。

這樣對(duì)分析步驟的精細(xì)加工，不僅可以應(yīng)用于共點(diǎn)力平衡問題類的問題，也應(yīng)該可以推廣到所有的力學(xué)分析當(dāng)中去。

比如，在沒有采用流程圖的時(shí)候，對(duì)于一般的受力分析，我們交給學(xué)生們的解決方法模板如下：

（受力分析步驟1.0版）

1.根據(jù)題意選取研究對(duì)象；2.按照重力、彈力、摩擦力、其他力的順序分析物體的受力情況；3.畫出受力分析的示意圖；4.檢查是否有錯(cuò)誤。

這是我們的1.0版本，描述得并不清晰，學(xué)生既難以理解，也難以記憶。后來，我們把它升級(jí)到2.0版本，用順口溜的方式呈現(xiàn)。

（受力分析步驟2.0版）

1.明確對(duì)象后；2.場力是否有；3.已知緊隨后；4.彈力看四周；5.靜摩擦力；6.必須區(qū)分清；7.分析有困難；8.忙把狀態(tài)尋；9.平衡合力零；10.加速牛二循；11.整體隔離換；12.柳暗變花明；13.只畫性質(zhì)力；14.防止漏添力；15.空間轉(zhuǎn)平面；16.助你繁化簡；17.規(guī)范作力圖；18.助你速解題。

順口溜版本的好處，在于它朗朗上口方便記憶。不過上面18句話組成的順口溜，顯得太長了，方便記憶的效果并不明顯。對(duì)此，我又繼續(xù)升級(jí)，縮減為了8句話：

（受力分析步驟2.5版）

1.明確對(duì)象后；2.場力是否有；3.已知緊隨后；4.彈力看四周；5.分析有困難；6.忙把狀態(tài)尋；7.平衡合力零；8.加速牛二循。

通過這樣的精簡，方便學(xué)生記憶的效果就能夠得到充分地體現(xiàn)。然而，它仍然缺失了方便學(xué)生理解的功能，所以只能算是2.5版本。

為了起到讓學(xué)生方便理解的功能，后面的升級(jí)中，我就引入了流程圖的形式，將上面的順口溜中的思想要素提煉出來，繪制成一幅簡單的流程圖。

這樣改變以后，學(xué)生的理解就得到了明顯的加強(qiáng)。面對(duì)具體問題時(shí)，如果一時(shí)沒有靈感，那就對(duì)照著流程圖思考，一步步都嚴(yán)格走下去，結(jié)果很容易就能找到思路了——這一次的升級(jí)成功了，因此可以算作3.0版本。

（受力分析步驟3.0版）

（受力分析步驟3.5版）

這一次升級(jí)的良好效果讓我決定，在后續(xù)的升級(jí)中繼續(xù)保留流程圖的形式，而只在此形式上做具體內(nèi)容的補(bǔ)充。比如，在上圖的基礎(chǔ)上，細(xì)分考慮了平衡與加速的區(qū)別、摩擦力方向的判定等步驟。最終，我們形成了受力分析步驟的3.5版本。

通過解題思路教學(xué)的一系列演化對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，流程圖比純文字信息更有利于學(xué)生的深度理解，能夠顯著地加強(qiáng)學(xué)生的思考能力。

思維導(dǎo)圖

除去受力分析流程圖以外，我在實(shí)際教學(xué)中還會(huì)經(jīng)常使用思維導(dǎo)圖這一工具。在幫助學(xué)生掌握宏觀思考能力、理清復(fù)雜的知識(shí)系統(tǒng)方面，思維導(dǎo)圖能夠起到強(qiáng)大的作用。

思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖像、線條、色彩、關(guān)鍵詞等刺激大量思維和記憶的要素，把大量枯燥的文字資料或大堆紛繁復(fù)雜的思路和線索，整理成為一目了然、重點(diǎn)突出的放射狀導(dǎo)圖，讓我們的大腦能夠進(jìn)行最有效的吸收和消化。

在日常的課程中，我們可以使用簡單的括號(hào)圖，迅速理清章節(jié)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系，如下圖：

當(dāng)然，我們也可以充分使用鮮艷的色彩和精細(xì)的線條，制作出一幅非常精美的思維導(dǎo)圖。這種思維導(dǎo)圖既能夠在當(dāng)時(shí)起到幫助我們迅速理解章節(jié)知識(shí)體系的作用，也可以留存起來，方便日后的復(fù)習(xí)使用。一整個(gè)章節(jié)的所有內(nèi)容，往往只用一張思維導(dǎo)圖就能夠覆蓋了，非常方便。