思维可视化与高三物理教学

徐海庆

一、运用学科思维导图进行思维可视化教学

高三教学不同于新授，也不同于章节、单元复习，高三教学是综合性复习。特别是到了二轮复习更是注重提点构面，以系统化、结构化的专题性复习为主。这时如能利用学科思维导图进行复习教学，不仅可以提高学生的综合复习成绩，更能充分调动学生主动参与学习的积极性，培养学生的发散思维能力。

电磁感应是高中物理教材中的一个十分重要的教学内容，它位于电场、磁场之后交流电之前，具有承上启下的作用，综合了受力分析、运动学观点、能量观点、图像分析、电路分析、电量、焦耳热计算等内容。要分析这样的综合问题需要有较高的思维能力。图1是笔者在二轮复习教学时学生画的思维导图。

能够完成这样一张直观、立体，可视化的思维导图，要求学生不仅掌握基本知识和各分支知识点间的关联，更要有清晰的网络在脑海中形成。可以说画完这样一张思维导图后，学生不仅从整体上掌握了电磁感应这部分内容的知识结构，而且已经在头脑中系统地建构了属于自己的知识体系。通过这张图的绘制，学生的思维能力得到了充分的锻炼与提高。

二、运用解题流程图进行思维可视化教学

高三教学不论是一轮、二轮复习，还是最后冲刺阶段，不可避免地要进行习题教学。习题教学是以指导学生在驾驭所掌握知识的基础上，能灵活用来解决实际问题为主要任务。如果把前面谈到的综合性复习看成宏观教学的话，那么习题教学就是从微观上进行的教学。而目前学生存在的情况是在习题课上“一听就懂”“一看就会”，但真正自己独立做时都感到不好下手，有的甚至反映看完题目脑子一片空白，根本想不到要用什么定理、定律来解决问题。如何帮助学生来改变这一状况呢？事实上这里主要是学生思考的方法有问题，实际上，解决一个问题的大部分过程是学生在脑海中实现的。那么学生在思考时，他们所想的对教师而言不亚于一个“黑箱”。如果学生的思维过程隐藏在头脑中而不呈现出来，那么他们是很难察觉到自己的错误和思维过程中的漏洞的。解题流程图可以清楚地呈现解题的内在思路，使解题步骤、路径及思维方法清晰可见，它是克服解题过程中出现的思维障碍的有效方法，更是实现可视化教学的有效途径。

使用解题流程图时应根据题目条件与目标问题，画出思维路线图（如图2），按图中步骤展开可视化教学。

下面以2016年江苏高考物理试卷第14题为例来分析。原题如下：

一转动装置（如图3），四根轻杆OA、OC、AB和CB与两小球及一小环通过铰链连接，轻杆长均为l，球和环的质量均为m，O端固定在竖直的轻质转轴上，套在转轴上的轻质弹簧连接在O与小环之间，原长为L。装置静止时，弹簧长为3L/2。转动该装置并缓慢增大转速，小环缓慢上升。弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为g。求：①弹簧的劲度系数k；②AB杆中弹力为零时，装置转动的加速度ω0；③弹簧长度从3L/2缓慢缩短为L/2的过程中，外界对转动装置所做的功W。图4为思维路线图。

三、运用学科模型图进行思维可视化教学

高中阶段物理模型主要有质点、轻弹簧、点电荷等实体物质模型和匀强电场、匀强磁场等场物质模型；理想气体平衡态，原子所处的基态、激发态等状态模型；匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动等过程模型三大类。在习题教学时教师如能引导学生将思考问题的内在方式方法和思维路径，通过紧紧抓住物理模型的本质特征，充分利用其规律、图像加以呈现的话，同样能实现思维可视化教学。

带电粒子在交变电场中的运动是近几年高考中的难点，也是高三复习教学时的重点。如果我们能充分利用物理模型进行思维可视化教学就能使教学效能大为提升，以下面习题为例来分析。

在金属板A、B间加上如图5乙所示的大小不变、方向周期性变化的交变电压，其周期为T。现有电子以平行于金属板的速度v0从两板中央射入（如图5甲）。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子的重力，求：①若电子从t=0时刻射入，恰能平行于金属板飞出，则金属板至少为多长？②若电子恰能从两板中央平行于板飞出，电子应从哪一时刻射入？两板间距至少为多大？

分析题目条件和问题①可知电子沿OO'方向（设为x方向）始终做匀速直线运动，沿电场方向（设为y方向）在周期性电场力的作用下做匀变速直线运动，每半个周期内电子的合运动是类平抛运动。这时可以要求学生画出电子运动的vy-t图像和轨迹图（如图6），结合两图就可知要使电子恰能平行于金属板飞出，在OO'方向上至少运动一个周期，故金属板长至少为L=V0T。

分析题目条件和问题②，要使电子从两板中央平行于板飞出，则电子沿电场方向的运动情况为先加匀速再匀减速，然后反向匀加速再匀减速，每段时间相同，都为T/4，一个周期后恰好回到OO'线，可画出vy-t图像和轨迹图（如图7），结合两图就知应在t=T/4+k·T/2（k=0，1，2，…）时射入。两板间距要求满足在加速、减速阶段电子不打到极板上有，，解得两板间距至少为。

笔者相信只要我们根据教学要求灵活运用学科思维导图、解题流程图和学科模型图，就能充分抓住学生思维方法、思维路径中的不足之处，展开可视化教学，培养学生自主学习能力，帮助学生构建自己的知识体系，提高学生的物理思维能力。