基于思維導(dǎo)圖的高中物理新授課教學(xué)探討
——以“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”為例

(江蘇省蘇州市吳江區(qū)汾湖高級中學(xué)，江蘇 蘇州 215211)

英國著名心理學(xué)家東尼·博贊依據(jù)人類大腦發(fā)散性思考的特點和方式，提出了一種圖像思維工具——思維導(dǎo)圖，其主要作用在于幫助學(xué)習(xí)者抓住問題的中心，由中心向四周發(fā)散，形成相應(yīng)的知識和方法鏈。華東師大劉濯源教授在此基礎(chǔ)上提出了基于學(xué)科特點和規(guī)律的“學(xué)科思維導(dǎo)圖”，融學(xué)科思維特點、知識和方法于一體。在教學(xué)中，恰當(dāng)?shù)剡\用思維導(dǎo)圖，可以有效幫助學(xué)生構(gòu)建知識和方法的體系，形成知識鏈；引導(dǎo)學(xué)生按照學(xué)科的特點和邏輯去思考問題，形成正確的物理觀念和學(xué)會科學(xué)的探究方法。筆者以“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”的幾個教學(xué)片段為例，嘗試在高中物理新授課中運用思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生以“圖式”的方式思考問題、構(gòu)建學(xué)習(xí)內(nèi)容的知識體系。

1 學(xué)情分析

“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”是“電磁感應(yīng)”這章的第二節(jié)，位于“劃時代的發(fā)現(xiàn)”之后。在本章的第一節(jié)中，學(xué)生通過對稱、類比等思想方法，由“電生磁”類推至“磁生電”，對“電磁感應(yīng)”和“感應(yīng)電流”等專業(yè)術(shù)語已有一定的認(rèn)知，本節(jié)教材正是在此基礎(chǔ)上引發(fā)的思考。在初中物理教材中(以蘇科版為例)，已安排有“觀察磁生電現(xiàn)象”，提出了“切割模型”，并對“發(fā)電機(jī)”原理和能量轉(zhuǎn)化作了定性的分析?；谝陨系姆治?，我們認(rèn)為學(xué)生對“產(chǎn)生的條件”已有一定的認(rèn)知，且對切割模型比較熟悉，也正是此原因，學(xué)生易認(rèn)為“切割”是產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件，這是在本節(jié)教學(xué)中需要突破的地方。

2 教材結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析

本節(jié)教材從結(jié)構(gòu)上看，是按科學(xué)探究的一般順序：“提出問題—實驗觀察—分析論證—歸納結(jié)論”來設(shè)計的；從具體的內(nèi)容和呈現(xiàn)方式看，教材從初中的“切割模型”入手，提出問題：還有哪些情況可以產(chǎn)生感應(yīng)電流？從而引入“實驗觀察”，通過記錄“條形磁鐵插拔”等情況下電流表指針偏轉(zhuǎn)情況，得到幾種具體能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，然后通過分析論證，歸納出具體產(chǎn)生條件。在本節(jié)教材的“問題與練習(xí)”欄目中共設(shè)計了7道習(xí)題，前6題涉及的是在各種情況下，要求學(xué)生根據(jù)具體情境的分析能否產(chǎn)生感應(yīng)電流，最后一題涉及的是在“磁變”和“切割”同時存在的情況下，如何不產(chǎn)生感應(yīng)電流。這7個問題緊緊圍繞本節(jié)的重點內(nèi)容而設(shè)計，起到了較好的補(bǔ)充作用。

3 思維導(dǎo)圖在高中物理新課教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 用“氣泡圖”培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

在本節(jié)課的引入階段，可以利用“氣泡圖”引導(dǎo)課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，具體問題設(shè)計如下。

問題1：我們在初中已研究過磁生電的問題，請同學(xué)們回憶一下，對此你還有哪些認(rèn)識？

設(shè)計該問題的目的在于激發(fā)學(xué)生去積極調(diào)動腦海里的“庫存”，將學(xué)生的“前概念”展示出來。從學(xué)生回答看，涉及以下方面：電磁感應(yīng)的概念、回路特征—閉合、模型—切割磁感線。教師在此基礎(chǔ)上，運用思維導(dǎo)圖中的“氣泡圖”梳理學(xué)生的已有認(rèn)識(如圖1)。依據(jù)學(xué)生的回答，教師順勢追問。

圖1

問題2：如何理解“切割”？

這一問題的提出，目的是為后續(xù)內(nèi)容中的“有效切割速度”的理解打下鋪墊。學(xué)生依據(jù)自身的體會，交流各種看法。在這個問題下，教師也可以充分利用器材做好各種演示，如：V與B垂直、V與B平行、V與B方向斜交，請學(xué)生分析各種情況下的有效切割速度V。

3.2 利用“多氣泡圖”比較異同

問題3：除了我們熟悉的切割模型，在哪些情況下，也有可能產(chǎn)生感應(yīng)電流？請討論、交流。

在交流過程中，教師記錄學(xué)生可能想到的各種情景。請學(xué)生利用手邊實驗器材，如毫安表、電池、多個線圈、條形磁鐵、導(dǎo)線、滑動變阻器、開關(guān)等，驗證各種猜想，并記錄實驗操作和結(jié)果。

以上設(shè)計依托科學(xué)探究的一般方法進(jìn)行研究，在學(xué)生掌握研究方法的基礎(chǔ)上，更注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計、動手等能力。當(dāng)然，在實際的教學(xué)中，為了進(jìn)一步降低難度、使課堂教學(xué)能夠順利進(jìn)行，避免學(xué)生漫無天際地猜想，在問題3的設(shè)計中還可以進(jìn)一步鋪設(shè)“臺階”，如教師可以引導(dǎo)學(xué)生抓住本節(jié)的主線——磁生電，細(xì)化為：如何提供實驗所需的磁場？提供恒定的B還是變化的B？回路是否需要固定？最后教師依據(jù)學(xué)生實驗探究的結(jié)論，畫出“多氣泡圖”(如圖2)，將各種情況下能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象歸并到一起，便于學(xué)生比較、分析，從而在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象中找出異同。

圖2

3.3 利用“括號圖”收斂歸一

“在現(xiàn)象的背后找出規(guī)律”是本節(jié)的重點也是難點。筆者在本節(jié)教學(xué)中所做的嘗試是通過幾個具體的問題設(shè)計，針對各類表象進(jìn)行分析。如：從三大類現(xiàn)象看，在不切割、保持開關(guān)閉合或磁鐵不動等現(xiàn)象中均沒有產(chǎn)生，而在切割、開關(guān)閉合或斷開、磁鐵的插拔中均有產(chǎn)生，從這些現(xiàn)象中你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？這一問題設(shè)計的目的在于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注一個字：變。只有在運動、變化中，才有可能產(chǎn)生感應(yīng)電流。學(xué)生在有了這一概念后，教師再追問：是什么物理量發(fā)生了變化？學(xué)生結(jié)合本節(jié)課的主線：磁生電，第一反應(yīng)是“B變了”。此時筆者沒有立即對此回答做出否定或補(bǔ)充，而是順著學(xué)生的回答，再次討論“磁鐵插拔、停留”和“開關(guān)閉合、斷開”等實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在這些現(xiàn)象的背后確實是因為磁場發(fā)生了變化，從而加深對他們觀點的認(rèn)可。然后再引導(dǎo)學(xué)生分析“切割模型”，制造認(rèn)知沖突，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)在這一個現(xiàn)象中，他們的結(jié)論并不適用。顯然，“B變”不是最根本的原因。最后學(xué)生只能順著“變”這一主線，再去尋找該現(xiàn)象中的特點。此時教師可以利用思維導(dǎo)圖中的“括號圖”加以歸類，如圖3所示，利用“括號圖”，學(xué)生通過直觀的比較、找出異同，最后通過分類討論找到必要條件。

圖3