思维可视化在高考物理复习中的应用

2018-04-10

物理之友 2018年3期

(福建省泉州市城东中学,福建　泉州　362000)

思维可视化是指运用一系列图示技术把不可视的思维呈现出来,使其清晰可见的过程。本文以“力学”复习为例,谈谈在高考物理复习中如何应用思维可视化工具,挖掘试题背后的思维规律,开展解题的思维训练,提高复习效率。

1　试题结构可视化

大多数力学试题表述的事件是“研究对象在一定环境中处于某种状态或经历某一过程”，有的题目提供的背景是模型化的事件,有的题目会依托真实的物理事件,但也都是可以转化为模型化的事件,所以大多数高考试题中的对象、环境、状态、过程都是模型化的，因此高考力学试题的结构可以用图1表示。在高中阶段,对象模型大多数为质点，运动模型包括匀速直线运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动、圆周运动等,环境模型包括场环境模型、装置模型,规律等包括三条定律、两个定理。

图1

2　解题流程可视化

物理试题的逻辑规律是简约的,解决物理问题的方法也是简约且有序的。从图1可以看出,解决物理试题时首先找对象,构建对象模型,一般高考力学试题的研究对象都可以视为质点。第二步是分析环境,把对象从环境中隔离出来,分析对象所在的环境,根据环境的特点分析对象的受力情况,画受力示意图。第三是分析运动,构建运动模型,画运动过程草图。第二、第三两个步骤没有明确的先后顺序,可交替进行,根据牛顿运动定律进行定性分析时,有时可由运动模型分析受力情况,有时则由受力分析得出运动模型。第四,根据所画的运动过程图和受力图,选择合适的规律列方程求解，解题流程图如图2。

图2

3　知识结构可视化

对模型进一步细化,运动模型可以用图3表示，环境模型则如图4所示。在图3、图4的基础上可以进一步发散,将相关的内容整合到一张图中。这个工作可以引导学生用思维导图软件自主完成。

图3

图4

图1中的规律、定理即力学的三条定律和两个定理，可以用图5表示。通过三条主线,可以将力和运动联系起来,解题的过程其实就是找力和运动的联系。

图5

4　概念结构可视化

从全局出发,搭好大的框架后需要对内容进行细化。内容的细化工作之一是概念的复习，用概念图可以很好的展示概念与概念之间的联系。画概念图时不是简单将概念罗列出来,要找到概念与概念之间的逻辑关系。比如,描述运动的物理量有位置、位移、速度、速度变化量、加速度等,用图6可以描述运动概念之间的逻辑关系。

图6

再比如,描述电场的物理量有电场强度、电势能、电势、电势差等,用图7可以使这几个概念形成较稳固的知识链结构,突出知识之间的递进关系。

图7

5　解题思维过程可视化

物理解题是在形象思维的平台上进行逻辑思维,而形象思维的平台通俗的说就是画图打草稿，主要画两个图,一是受力示意图,二是运动过程图。这里要强调的是,在画图的过程中,要在图中用符号标注出物理量。根据试题的特点,把物理量分为三类：一是特征量,描述对象的特征量如质量m、电量q等,描述环境的特征量如电场强度E、磁感应强度B、劲度系数k、动摩擦因数μ等;二是状态量,如速度v、动能Ek、动量P等;三是过程量,如时间t、位移s、功W、冲量I等，下面用一道例题说明草图的画法。

例:一质量为m,电量为q的电荷在匀强电场中做匀加速直线运动,在时间间隔t内位移为s,动能变为原来的9倍,求电场强度E。

解析:如图8所示,先画运动过程图，包括三个部分,第一部分：明确描述对象,标注特征量m、q;第二部分：标注状态量v、3v；第三部分：标注过程量s、t,其中v、3v和a是引入的物理量。再画出受力示意图。