思維可視化與高三物理教學(xué)

徐海慶

一、運(yùn)用學(xué)科思維導(dǎo)圖進(jìn)行思維可視化教學(xué)

高三教學(xué)不同于新授，也不同于章節(jié)、單元復(fù)習(xí)，高三教學(xué)是綜合性復(fù)習(xí)。特別是到了二輪復(fù)習(xí)更是注重提點(diǎn)構(gòu)面，以系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的專題性復(fù)習(xí)為主。這時(shí)如能利用學(xué)科思維導(dǎo)圖進(jìn)行復(fù)習(xí)教學(xué)，不僅可以提高學(xué)生的綜合復(fù)習(xí)成績，更能充分調(diào)動學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

電磁感應(yīng)是高中物理教材中的一個(gè)十分重要的教學(xué)內(nèi)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(yùn)動學(xué)觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)、圖像分析、電路分析、電量、焦耳熱計(jì)算等內(nèi)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(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)學(xué)生畫的思維導(dǎo)圖。

能夠完成這樣一張直觀、立體，可視化的思維導(dǎo)圖，要求學(xué)生不僅掌握基本知識和各分支知識點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)，更要有清晰的網(wǎng)絡(luò)在腦海中形成?？梢哉f畫完這樣一張思維導(dǎo)圖后，學(xué)生不僅從整體上掌握了電磁感應(yīng)這部分內(nèi)容的知識結(jié)構(gòu)，而且已經(jīng)在頭腦中系統(tǒng)地建構(gòu)了屬于自己的知識體系。通過這張圖的繪制，學(xué)生的思維能力得到了充分的鍛煉與提高。

二、運(yùn)用解題流程圖進(jìn)行思維可視化教學(xué)

高三教學(xué)不論是一輪、二輪復(fù)習(xí)，還是最后沖刺階段，不可避免地要進(jìn)行習(xí)題教學(xué)。習(xí)題教學(xué)是以指導(dǎo)學(xué)生在駕馭所掌握知識的基礎(chǔ)上，能靈活用來解決實(shí)際問題為主要任務(wù)。如果把前面談到的綜合性復(fù)習(xí)看成宏觀教學(xué)的話，那么習(xí)題教學(xué)就是從微觀上進(jìn)行的教學(xué)。而目前學(xué)生存在的情況是在習(xí)題課上“一聽就懂”“一看就會”，但真正自己獨(dú)立做時(shí)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(xué)生來改變這一狀況呢？事實(shí)上這里主要是學(xué)生思考的方法有問題，實(shí)際上，解決一個(gè)問題的大部分過程是學(xué)生在腦海中實(shí)現(xiàn)的。那么學(xué)生在思考時(shí)，他們所想的對教師而言不亞于一個(gè)“黑箱”。如果學(xué)生的思維過程隱藏在頭腦中而不呈現(xiàn)出來，那么他們是很難察覺到自己的錯(cuò)誤和思維過程中的漏洞的。解題流程圖可以清楚地呈現(xiàn)解題的內(nèi)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(xiàn)的思維障礙的有效方法，更是實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué)的有效途徑。

使用解題流程圖時(shí)應(yīng)根據(jù)題目條件與目標(biāo)問題，畫出思維路線圖（如圖2），按圖中步驟展開可視化教學(xué)。

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(zhuǎn)動裝置（如圖3），四根輕桿OA、OC、AB和CB與兩小球及一小環(huán)通過鉸鏈連接，輕桿長均為l，球和環(huán)的質(zhì)量均為m，O端固定在豎直的輕質(zhì)轉(zhuǎn)軸上，套在轉(zhuǎn)軸上的輕質(zhì)彈簧連接在O與小環(huán)之間，原長為L。裝置靜止時(shí)，彈簧長為3L/2。轉(zhuǎn)動該裝置并緩慢增大轉(zhuǎn)速，小環(huán)緩慢上升。彈簧始終在彈性限度內(nèi)，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(shù)k；②AB桿中彈力為零時(shí)，裝置轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動裝置所做的功W。圖4為思維路線圖。

三、運(yùn)用學(xué)科模型圖進(jìn)行思維可視化教學(xué)

高中階段物理模型主要有質(zhì)點(diǎn)、輕彈簧、點(diǎn)電荷等實(shí)體物質(zhì)模型和勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場等場物質(zhì)模型；理想氣體平衡態(tài)，原子所處的基態(tài)、激發(fā)態(tài)等狀態(tài)模型；勻變速直線運(yùn)動、勻速圓周運(yùn)動、平拋運(yùn)動等過程模型三大類。在習(xí)題教學(xué)時(shí)教師如能引導(dǎo)學(xué)生將思考問題的內(nèi)在方式方法和思維路徑，通過緊緊抓住物理模型的本質(zhì)特征，充分利用其規(guī)律、圖像加以呈現(xiàn)的話，同樣能實(shí)現(xiàn)思維可視化教學(xué)。

帶電粒子在交變電場中的運(yùn)動是近幾年高考中的難點(diǎn)，也是高三復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)的重點(diǎn)。如果我們能充分利用物理模型進(jìn)行思維可視化教學(xué)就能使教學(xué)效能大為提升，以下面習(xí)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(xiàn)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(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子的重力，求：①若電子從t=0時(shí)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(yīng)從哪一時(shí)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(shè)為x方向）始終做勻速直線運(yùn)動，沿電場方向（設(shè)為y方向）在周期性電場力的作用下做勻變速直線運(yùn)動，每半個(gè)周期內(nèi)電子的合運(yùn)動是類平拋運(yùn)動。這時(shí)可以要求學(xué)生畫出電子運(yùn)動的vy-t圖像和軌跡圖（如圖6），結(jié)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(yùn)動一個(gè)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(yùn)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(shí)間相同，都為T/4，一個(gè)周期后恰好回到OO'線，可畫出vy-t圖像和軌跡圖（如圖7），結(jié)合兩圖就知應(yīng)在t=T/4+k·T/2（k=0，1，2，…）時(shí)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(jù)教學(xué)要求靈活運(yùn)用學(xué)科思維導(dǎo)圖、解題流程圖和學(xué)科模型圖，就能充分抓住學(xué)生思維方法、思維路徑中的不足之處，展開可視化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生構(gòu)建自己的知識體系，提高學(xué)生的物理思維能力。