浙江省上虞中学陈勇刚老师：思维可视化在力学教学中的应用

思维可视化是指运用一系列图示技术把本来不可视的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程。在物理教学中，很多抽象的概念和思考让学生觉得困难和容易混乱，此时，思维可视化的方法有很好的应用。

物理问题的解决往往可以分为以下几个步骤：

1.审题；

2.寻找问题的解法；

3.表达解法；

4.验算总结。

其中，最困难、最复杂的是寻找问题的解法这一环节。比如对于一道典型的力学题目，我们的大脑经常会做三大坏事：

如图所示，一组糙斜面的倾角θ，物体与斜面间的动摩擦因数μ，一物块在以水平力F的作用下静止在斜面上，若g已知，最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力，问：要使物体静止在斜面上，物块的质量应为多大？

1.随意判断：摩擦力肯定是沿斜面向下的；

2.随意逻辑: 压力肯定是Gcos θ，所以摩擦力就是μGcos θ；

3.随意结论: 要求的物理量是m，已知条件和质量间好像没什么公式可套……所以我没有办法做出题目。

为了解决这种问题，我们可以引用可视化思维的方法，让问题流程化（流程图）、图形化（思维导图），更容易解答。

流程图

比如，对于共点力平衡问题，对知识体系比较熟悉的老师都知道，这类问题的一般解决思路如下：

1.明确研究对象；

2.对研究对象正确地受力分析，并做出受力图 ；

3.判定研究对象是否处于平衡状态 ；

4.运用平衡条件，选择合适的方法列出平衡方程解题 ；

5.视问题的要求，对结果做出说明或讨论。

然而，老师的思路和方法，如果仅仅是从长期的经验中积累出来的，不能用更巧妙的方式总结和传达给学生，那么学生就很难掌握上面的思路。这时我们可以使用流程图来描述这个过程：

通过流程图的形象化描述，学生就更容易理解。

这样对分析步骤的精细加工，不仅可以应用于共点力平衡问题类的问题，也应该可以推广到所有的力学分析当中去。

比如，在没有采用流程图的时候，对于一般的受力分析，我们交给学生们的解决方法模板如下：

（受力分析步骤1.0版）

1.根据题意选取研究对象；2.按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序分析物体的受力情况；3.画出受力分析的示意图；4.检查是否有错误。

这是我们的1.0版本，描述得并不清晰，学生既难以理解，也难以记忆。后来，我们把它升级到2.0版本，用顺口溜的方式呈现。

（受力分析步骤2.0版）

1.明确对象后；2.场力是否有；3.已知紧随后；4.弹力看四周；5.静摩擦力；6.必须区分清；7.分析有困难；8.忙把状态寻；9.平衡合力零；10.加速牛二循；11.整体隔离换；12.柳暗变花明；13.只画性质力；14.防止漏添力；15.空间转平面；16.助你繁化简；17.规范作力图；18.助你速解题。

顺口溜版本的好处，在于它朗朗上口方便记忆。不过上面18句话组成的顺口溜，显得太长了，方便记忆的效果并不明显。对此，我又继续升级，缩减为了8句话：

（受力分析步骤2.5版）

1.明确对象后；2.场力是否有；3.已知紧随后；4.弹力看四周；5.分析有困难；6.忙把状态寻；7.平衡合力零；8.加速牛二循。

通过这样的精简，方便学生记忆的效果就能够得到充分地体现。然而，它仍然缺失了方便学生理解的功能，所以只能算是2.5版本。

为了起到让学生方便理解的功能，后面的升级中，我就引入了流程图的形式，将上面的顺口溜中的思想要素提炼出来，绘制成一幅简单的流程图。

这样改变以后，学生的理解就得到了明显的加强。面对具体问题时，如果一时没有灵感，那就对照着流程图思考，一步步都严格走下去，结果很容易就能找到思路了——这一次的升级成功了，因此可以算作3.0版本。

（受力分析步骤3.0版）

（受力分析步骤3.5版）

这一次升级的良好效果让我决定，在后续的升级中继续保留流程图的形式，而只在此形式上做具体内容的补充。比如，在上图的基础上，细分考虑了平衡与加速的区别、摩擦力方向的判定等步骤。最终，我们形成了受力分析步骤的3.5版本。

通过解题思路教学的一系列演化对比可以发现，流程图比纯文字信息更有利于学生的深度理解，能够显著地加强学生的思考能力。

思维导图

除去受力分析流程图以外，我在实际教学中还会经常使用思维导图这一工具。在帮助学生掌握宏观思考能力、理清复杂的知识系统方面，思维导图能够起到强大的作用。

思维导图运用图像、线条、色彩、关键词等刺激大量思维和记忆的要素，把大量枯燥的文字资料或大堆纷繁复杂的思路和线索，整理成为一目了然、重点突出的放射状导图，让我们的大脑能够进行最有效的吸收和消化。

在日常的课程中，我们可以使用简单的括号图，迅速理清章节的知识结构和体系，如下图：

当然，我们也可以充分使用鲜艳的色彩和精细的线条，制作出一幅非常精美的思维导图。这种思维导图既能够在当时起到帮助我们迅速理解章节知识体系的作用，也可以留存起来，方便日后的复习使用。一整个章节的所有内容，往往只用一张思维导图就能够覆盖了，非常方便。