思維可視化對提高學(xué)生物理思維能力的研究

秦曉琴 劉衛(wèi)

摘 ?要：思維可視化是一種直觀的可將知識與思維進(jìn)行表征的工具，在諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文從高中生學(xué)習(xí)物理存在的問題出發(fā)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知能力以及高中物理學(xué)科特點，從思維可視化提高學(xué)生物理思維能力的角度進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：思維可視化;可視化工具;物理思維

中學(xué)物理的基本要求是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)的概念與規(guī)律，應(yīng)用規(guī)律去解釋生活現(xiàn)象，去解決實際問題，然而在實際學(xué)習(xí)中，學(xué)生卻存在這很多問題，普遍反應(yīng)上課可以聽懂，但是課后做題目卻無從下手，感覺知識點自己都掌握了，但是總會犯一些細(xì)節(jié)性的錯誤。導(dǎo)致學(xué)生沒有成就感，形成畏難的情緒。所以在高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，提高思維能力，提高學(xué)習(xí)能力是非常重要的。

一、高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理存在的問題的原因

知識相對碎片化，缺少知識框架，欠缺建立知識之間的聯(lián)系的觀念。對于概念的內(nèi)涵外延理解不清楚，相似的知識之間存在著混淆。學(xué)習(xí)物理缺乏大局觀，知識內(nèi)化能力差，舉一反三能力不強(qiáng)，學(xué)習(xí)總結(jié)能力不強(qiáng)，建構(gòu)物理模型的能力比較弱。綜述可以看出，主要原因是學(xué)生的思維能力差，所以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是解決上述問題的關(guān)鍵。

二、問題解決的工具——思維可視化工具

思維可視化概念是由劉濯源主任首先提出，所謂的思維可視化是指運用一系列可視化的技術(shù)以及生成圖示的軟件技術(shù)，將原本來不可視的思考方法和思考路徑形象地呈現(xiàn)出來，使其清晰可見的過程?？梢暬季S工具，有兩種表述方式：一是指圖形化的思考工具;二是指利用計算機(jī)構(gòu)建思維導(dǎo)圖的創(chuàng)作工具。圖形化的工具有很多，目前比較成熟的包括思維導(dǎo)圖、概念圖、魚骨圖、流程圖、模型圖等輔助思考和表達(dá)的繪圖形式。

三、思維可視化工具促進(jìn)學(xué)生物理思維能力

要解決學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中存在的問題，就要培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力，思維可視化的圖示背后體現(xiàn)了不同思維方式，有發(fā)散性思維、結(jié)構(gòu)化思維、邏輯思維、演繹思維以及數(shù)理空間思維。通過使用這些圖示化的工具輔助學(xué)習(xí)、思考和表達(dá)，從而達(dá)到訓(xùn)練和培養(yǎng)思維的效果。應(yīng)用可視化思維工具，以形象化的方式表征學(xué)生對文本的理解，能夠幫助學(xué)生拓寬思考的空間，培養(yǎng)思維能力。

（一）思維可視化工具建構(gòu)物理概念與規(guī)律

物理概念跟物理規(guī)律是高中物理的核心，在高中物理課本中概念與規(guī)律都是用一句話表述出來，通過在課堂中老師對于概念和規(guī)律的建構(gòu)以及同學(xué)們對于概念規(guī)律理解內(nèi)化后，可以通過可視化的圖形將規(guī)律或者概念的建構(gòu)過程呈現(xiàn)出來，而不是一味地死記硬背，這樣可以培養(yǎng)同學(xué)們的邏輯思維能力，演繹思維以及結(jié)構(gòu)化思維。

例如高中物理基本概念加速度，學(xué)生經(jīng)常容易犯錯的點是對于加速度數(shù)學(xué)表達(dá)式的理解，這個式子只是比值定義式，加速度的大小與速度變化量跟時間都是無關(guān)的，這里類比了之前速度的定義，便可以比較容易糾正學(xué)生們的思維誤區(qū)，得出加速度與速度變化量是無關(guān)的，只跟物體本身有關(guān)，同時也鞏固了之前學(xué)過的知識。同時提高了學(xué)生分析、歸納、總結(jié)等思維能力。通過思維導(dǎo)圖的建立，學(xué)生可以將加速度的建構(gòu)過程，以及加速度的理解進(jìn)行理解加工后再現(xiàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的反思能力。

（二）思維可視化工具建構(gòu)物理知識體系

在學(xué)完必修一第一章時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識點非常零碎，通過建立思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生直觀地感受到知識之間的聯(lián)系，同時可以將第一章的知識串在一起，也可以很清楚地理解各個知識點之間的關(guān)系。在物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識都非常零碎，不能將各個知識點聯(lián)系起來，對于知識的提取也是零碎的，通過思維導(dǎo)圖可以將所學(xué)的知識串起來，形成一個完整的知識體系，這樣在解決問題知識提取的過程中便可以很好地通過關(guān)鍵詞提取信息。思維導(dǎo)圖的建立過程是學(xué)生進(jìn)一步理解的過程，同時也顯示了學(xué)生對于知識內(nèi)化的結(jié)果，不僅可以減輕記憶壓力，而且可以養(yǎng)成習(xí)慣，提高學(xué)習(xí)效率。

四、思維可視化工具使用過程中存在的問題

思維可視化便于提高學(xué)生的物理思維能力，但是在使用過程中要注意以下幾點問題：

（一）教師要及時糾正學(xué)生根據(jù)可視化工具呈現(xiàn)出的思維，學(xué)生根據(jù)自己的知識內(nèi)化程度將思維呈現(xiàn)過程也是暴露問題的過程。所以教師借助學(xué)生呈現(xiàn)的結(jié)果，可以做到對癥下藥，引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行再次加工。

（二）思維呈現(xiàn)的方式多樣化。學(xué)生在借助可視化工具呈現(xiàn)思維的方式有很多種，所用的顏色選取也具有多樣性，教師要尊重學(xué)生的個性，只需要將知識性的問題進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生可以理解后再進(jìn)行思維可視化。

（三）教會學(xué)生選擇可視化的工具，去更好地呈現(xiàn)思維方式，在教學(xué)過程中，學(xué)生對于可視化工具了解比較欠缺，這就需要教師向?qū)W生介紹可視化的工具，同時分析利弊，便于學(xué)生做出選擇。

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作者簡介：秦曉琴（1990-），女，漢族，甘肅人，研究生，研究方向：學(xué)科教學(xué)物理