思維導(dǎo)圖在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

(江蘇省蘇州市吳江區(qū)青云實(shí)驗(yàn)中學(xué)，江蘇 蘇州 215235)

思維導(dǎo)圖不僅作為思維過(guò)程的輔助工具，呈現(xiàn)大腦對(duì)各階段信息的處理過(guò)程，更是人們作為發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的有效途徑。習(xí)題教學(xué)與思維導(dǎo)圖相結(jié)合，可提升課堂的有效性，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1 高中物理習(xí)題教學(xué)的地位和現(xiàn)狀

習(xí)題教學(xué)是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的實(shí)踐，能夠加深其對(duì)基本概念、基本規(guī)律的深度理解，能夠提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，習(xí)題教學(xué)對(duì)教學(xué)目標(biāo)的高質(zhì)量達(dá)成起關(guān)鍵作用。

1.1 習(xí)題教學(xué)在高中物理教學(xué)中的地位

習(xí)題教學(xué)時(shí)間比重較大、形式多樣，包含經(jīng)典例題講解、隨堂訓(xùn)練、試卷講評(píng)、專題復(fù)習(xí)及綜合復(fù)習(xí)等。新授課讓學(xué)生對(duì)知識(shí)有了淺層了解，而習(xí)題課則檢驗(yàn)他們對(duì)基本物理概念、規(guī)律及公式的靈活運(yùn)用程度，實(shí)時(shí)反饋了學(xué)生掌握知識(shí)的水平層次，促成了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。教師通過(guò)習(xí)題教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用知識(shí)，剖析具體問(wèn)題情境，找出思維方法，有效解決問(wèn)題，收獲成就感，從而提升學(xué)習(xí)樂(lè)趣，再用興趣反哺學(xué)習(xí)動(dòng)力，達(dá)成良性循環(huán);習(xí)題教學(xué)完善了學(xué)生的知識(shí)體系，串起前后知識(shí)的邏輯關(guān)系，體現(xiàn)了各種科學(xué)思維方法,學(xué)生從中深刻領(lǐng)悟、靈活運(yùn)用科學(xué)方法，鍛煉了科學(xué)思維能力；選取多維度、富內(nèi)涵的發(fā)散性題目，利于激發(fā)學(xué)生的批判性、創(chuàng)造性思維。

1.2 高中物理習(xí)題教學(xué)的現(xiàn)狀

當(dāng)前高中物理習(xí)題教學(xué)中存在一定誤區(qū)：(1) 重?cái)?shù)量，輕質(zhì)量，缺乏典型性、啟發(fā)性；(2) 重難度，輕基礎(chǔ)，造成學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理；(3) 重結(jié)論，輕過(guò)程，學(xué)生碰到靈活多變的題，因生搬硬套犯錯(cuò)。學(xué)生的解題中存在以下誤區(qū)：(1) 目標(biāo)不明確，解題步驟無(wú)邏輯；(2) 題目練得多，自己思考少，學(xué)生有聽(tīng)得懂、不會(huì)做的經(jīng)歷，碰到多變題型不會(huì)抓取關(guān)鍵。

2 思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式

無(wú)論是新授、復(fù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)還是習(xí)題等課型，思維導(dǎo)圖均可應(yīng)用其中，使知識(shí)框架的建構(gòu)有秩序、有層次及有邏輯。思維導(dǎo)圖使知識(shí)可視化、立體化，幫助學(xué)生在認(rèn)知沖突中前行，建構(gòu)起再認(rèn)識(shí)的脈絡(luò)，從而扎實(shí)鍛煉學(xué)生的思維、實(shí)踐及創(chuàng)新能力，提升學(xué)生素養(yǎng)，思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式如圖1所示。

圖1

3 思維導(dǎo)圖與高中物理習(xí)題教學(xué)的關(guān)系

思維導(dǎo)圖可助力學(xué)生建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，學(xué)生腦海中儲(chǔ)存的知識(shí)越多，知識(shí)點(diǎn)間聯(lián)系越緊密，思維導(dǎo)圖越豐滿。教學(xué)前，教師應(yīng)以思維導(dǎo)圖形式將所學(xué)知識(shí)展現(xiàn)給學(xué)生，當(dāng)然學(xué)生的參與也是必要的。在講解習(xí)題中，也要幫助學(xué)生將知識(shí)的點(diǎn)、線、網(wǎng)及面，層層發(fā)散鋪開(kāi)。有了完整體系，學(xué)生解題時(shí)避免了毫無(wú)頭緒、生搬硬套。

思維導(dǎo)圖幫助教師將解題方法、思維過(guò)程顯性化。教師演示是學(xué)生的模仿參照，是學(xué)生構(gòu)圖的基石，學(xué)生面對(duì)直觀的解題體系，變得游刃有余。思維導(dǎo)圖促進(jìn)了學(xué)生從淺層記憶到深度理解，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的互助合作能力。圖1所示模式中的自主構(gòu)圖、共建導(dǎo)圖，既鍛煉了學(xué)生思維，又提高了其分工協(xié)作的能力。

4 思維導(dǎo)圖在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用示例

動(dòng)能定理的重難點(diǎn)為：運(yùn)用動(dòng)能定理解決恒力做功、變力做功和多階段問(wèn)題，讓學(xué)生初步掌握動(dòng)能定理的運(yùn)用。學(xué)生在熟練掌握較容易問(wèn)題的解決方法后，再讓其掌握復(fù)雜過(guò)程問(wèn)題的解決方法，比如多軌道問(wèn)題以及連接體問(wèn)題。

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題

師：上節(jié)課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)能定理。本節(jié)課我們來(lái)探究三個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)思考。

學(xué)生面對(duì)三個(gè)問(wèn)題展開(kāi)思考，但似乎不知從何處著手，帶著疑問(wèn)進(jìn)入課堂。

4.2 復(fù)習(xí)舊知，展開(kāi)聯(lián)想

師：請(qǐng)大家回憶上節(jié)課所學(xué)動(dòng)能定理相關(guān)知識(shí)。

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧，并以思維導(dǎo)圖進(jìn)行展示。

學(xué)生目不轉(zhuǎn)睛，注意力集中，開(kāi)動(dòng)大腦，一幅幅圖景呈現(xiàn)在腦海中。根據(jù)學(xué)生的回憶，結(jié)合教師的引導(dǎo)，畫(huà)出的思維導(dǎo)圖如圖2所示。

圖2

4.3 準(zhǔn)備資料，獨(dú)立構(gòu)圖

問(wèn)題情境1：如圖3所示，將質(zhì)量m=2kg的一個(gè)鐵球從離地面H=2m高處由靜止開(kāi)始釋放，落入沙地并陷入其中h=5cm深處，不計(jì)空氣阻力，g取10m/s2，求沙地對(duì)鐵球的平均阻力。

圖3

學(xué)生在必修1中已經(jīng)學(xué)會(huì)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決問(wèn)題，依然習(xí)慣用以前的方法。教師先讓學(xué)生嘗試運(yùn)用習(xí)慣的思路來(lái)解題，放手讓他們解決問(wèn)題。教師注意觀察學(xué)生的課堂行為，捕捉學(xué)生的解題思路。

學(xué)生在積極主動(dòng)思考，每個(gè)人都在紙上寫(xiě)、畫(huà)、修改，認(rèn)真構(gòu)圖。教師從旁觀察，對(duì)學(xué)生的構(gòu)圖主要分為兩類展示，圖4是用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題，圖5是用動(dòng)能定理解決問(wèn)題。運(yùn)用兩種方法所得結(jié)論相同，但動(dòng)能定理相對(duì)簡(jiǎn)單。

圖4

圖5

師：同學(xué)們利用所學(xué)知識(shí)運(yùn)用了兩種方法，一題多解。

學(xué)生們學(xué)會(huì)了如何抓取有效關(guān)鍵信息，思維導(dǎo)圖幫助他們將知識(shí)的點(diǎn)、線、網(wǎng)以及面層層發(fā)散鋪開(kāi)，把思維變得有序。在構(gòu)建導(dǎo)圖過(guò)程中，滲透了分析問(wèn)題方法，訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯思維，使得問(wèn)題解決水到渠成。

師：請(qǐng)問(wèn)情境1是屬于恒力做功過(guò)程還是變力做功過(guò)程？難易程度如何？

生：恒力做功，難度較小。

圖6

師：可見(jiàn)恒力做功問(wèn)題不僅可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來(lái)解決，也可以用動(dòng)能定理來(lái)解決，請(qǐng)思考以下問(wèn)題。

問(wèn)題情境2：如圖6所示，小球用繩系住，使其在光滑的水平桌面上繞中心軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)拉力由F增大到8F時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑從r減小到r/2。在此過(guò)程中拉力所做的功為多少？

學(xué)生積極思考，熱烈討論，眼神透露疑問(wèn)和不解。

師：情境2中是恒力還是變力做功？可不可以用功的公式直接求得？

生：變力做功，不能直接求，因?yàn)榱﹄S位移非線性變化。

師：那么請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)，結(jié)合交流討論，繪制思維導(dǎo)圖。

教師從旁觀察，適時(shí)展示多組同學(xué)的思維導(dǎo)圖，有問(wèn)題的、有欠缺的、有正確的及相對(duì)完美的導(dǎo)圖，選出最優(yōu)思維導(dǎo)圖予以展示(如圖7)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)變力做功問(wèn)題的理解，表明運(yùn)用動(dòng)能定理解題的高效性。

圖7

4.4 合作探究，共建導(dǎo)圖

多過(guò)程問(wèn)題可考查學(xué)生讀題、審題、分析、建模、推理以及運(yùn)用數(shù)學(xué)處理情境問(wèn)題的能力，基于情境的特點(diǎn)，教師可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論、合作探究，互動(dòng)產(chǎn)生火花與共鳴，而后共建導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。

圖8

問(wèn)題情境3：如圖8所示，ABCD是碗式容器，容器內(nèi)兩壁AB、CD與底面BC的連接處是一段與BC相切的圓弧(銜接處無(wú)能量損失)，底面BC是水平的，其長(zhǎng)度d=0.50m，容器邊緣離底面的高度為h=0.30m，在A處由靜止開(kāi)始釋放質(zhì)量為m的木塊。已知容器兩壁是光滑的，而底面BC面與木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.10，木塊在容器內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)，最后停下來(lái)，則停的地點(diǎn)到B的距離為多少？

師：該過(guò)程可分為幾個(gè)階段？來(lái)回滑動(dòng)幾次怎么求？可以停在AB或CD上嗎？不能的話？停在哪里？請(qǐng)大家討論。

生：最終停在B、C之間，如停在AB、CD上則無(wú)法達(dá)到受力平衡。

師：請(qǐng)大家再思考，合作探究，以導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)。

學(xué)生討論、沉思、辯論、交換構(gòu)思，在碰撞互動(dòng)中升華，教師展示思維導(dǎo)圖(如圖9)。通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)自主建構(gòu)；通過(guò)合作探究，提升思維互動(dòng)性；通過(guò)繪制思維導(dǎo)圖，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

圖9

4.5 總結(jié)鞏固，拓展延伸

本節(jié)課運(yùn)用動(dòng)能定理解決相關(guān)生活情境問(wèn)題，從恒力做功到變力做功再到多過(guò)程問(wèn)題，層層深入，符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

教師通過(guò)對(duì)三種情境的分析，充分展示學(xué)生的導(dǎo)圖，并尊重學(xué)生成果，促進(jìn)良好的生成。讓每一位同學(xué)感受導(dǎo)圖的實(shí)用性、多樣性，但不變的是知識(shí)的邏輯呈現(xiàn)，使學(xué)生掌握了運(yùn)用思維導(dǎo)圖分析、解決問(wèn)題的本領(lǐng)。

教師引導(dǎo)學(xué)生不斷完善運(yùn)用動(dòng)能定理處理生活情境問(wèn)題的基本方法與思路。為后續(xù)運(yùn)用動(dòng)能定理解決連接體問(wèn)題以及多個(gè)物體組成的系統(tǒng)問(wèn)題做鋪墊。近幾年江蘇高考頻頻出現(xiàn)連接體、多過(guò)程問(wèn)題，此類問(wèn)題運(yùn)用導(dǎo)圖分析較好。

通過(guò)對(duì)動(dòng)能定理的初步運(yùn)用，學(xué)生體會(huì)到其優(yōu)越性，即凡是不涉及求時(shí)間或加速度的，一般都可用動(dòng)能定理，無(wú)需考慮細(xì)枝末節(jié)。思維導(dǎo)圖是問(wèn)題解決的幫手，而問(wèn)題解決是掌握知識(shí)的重要途徑。思維導(dǎo)圖教學(xué)比傳統(tǒng)的講述更有說(shuō)服力，讓物理課堂生動(dòng)、形象、有趣味。再?gòu)?fù)雜的問(wèn)題都是一個(gè)個(gè)問(wèn)題組成，再?gòu)?fù)雜的系統(tǒng)都是一個(gè)個(gè)物體組成，建立思維導(dǎo)圖，從點(diǎn)、線到面，多角度、多維度構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系，使問(wèn)題解決有序推進(jìn)，圖10是學(xué)生運(yùn)用動(dòng)能定理解決生活情境問(wèn)題的思路分析。

圖10

5 結(jié)語(yǔ)

思維導(dǎo)圖應(yīng)用于習(xí)題教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生積極思考，拓寬思維的廣度，延展思維的深度，還鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手作圖能力。思維導(dǎo)圖促進(jìn)他們從宏觀系統(tǒng)層面去掌握知識(shí)的點(diǎn)、線及面，形成完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生在分析情境時(shí)，往往對(duì)關(guān)鍵詞語(yǔ)、已知量、條件及未知量所涉及信息未能有效及時(shí)地抓取，導(dǎo)致無(wú)從下手。思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生建立物理模型，發(fā)散科學(xué)思維，使情境可視化、直觀化、生動(dòng)化，可以促進(jìn)思維能力的提升。筆者進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，不僅將思維導(dǎo)圖融入習(xí)題教學(xué)，而且在其他課型上使用思維導(dǎo)圖，收效良好。