思维导图在高中物理习题教学中的应用

(江苏省苏州市吴江区青云实验中学，江苏 苏州 215235)

思维导图不仅作为思维过程的辅助工具，呈现大脑对各阶段信息的处理过程，更是人们作为发现问题、分析问题及解决问题的有效途径。习题教学与思维导图相结合，可提升课堂的有效性，培育学生的核心素养。

1 高中物理习题教学的地位和现状

习题教学是学生运用所学知识解决问题的实践，能够加深其对基本概念、基本规律的深度理解，能够提高学生分析、解决问题的能力，从而有效培养学生的科学思维能力，习题教学对教学目标的高质量达成起关键作用。

1.1 习题教学在高中物理教学中的地位

习题教学时间比重较大、形式多样，包含经典例题讲解、随堂训练、试卷讲评、专题复习及综合复习等。新授课让学生对知识有了浅层了解，而习题课则检验他们对基本物理概念、规律及公式的灵活运用程度，实时反馈了学生掌握知识的水平层次，促成了学生的深度学习。教师通过习题教学，使学生学会综合运用知识，剖析具体问题情境，找出思维方法，有效解决问题，收获成就感，从而提升学习乐趣，再用兴趣反哺学习动力，达成良性循环;习题教学完善了学生的知识体系，串起前后知识的逻辑关系，体现了各种科学思维方法,学生从中深刻领悟、灵活运用科学方法，锻炼了科学思维能力；选取多维度、富内涵的发散性题目，利于激发学生的批判性、创造性思维。

1.2 高中物理习题教学的现状

当前高中物理习题教学中存在一定误区：(1) 重数量，轻质量，缺乏典型性、启发性；(2) 重难度，轻基础，造成学生产生畏惧心理；(3) 重结论，轻过程，学生碰到灵活多变的题，因生搬硬套犯错。学生的解题中存在以下误区：(1) 目标不明确，解题步骤无逻辑；(2) 题目练得多，自己思考少，学生有听得懂、不会做的经历，碰到多变题型不会抓取关键。

2 思维导图的教学模式

无论是新授、复习、实验还是习题等课型，思维导图均可应用其中，使知识框架的建构有秩序、有层次及有逻辑。思维导图使知识可视化、立体化，帮助学生在认知冲突中前行，建构起再认识的脉络，从而扎实锻炼学生的思维、实践及创新能力，提升学生素养，思维导图的教学模式如图1所示。

图1

3 思维导图与高中物理习题教学的关系

思维导图可助力学生建构知识网络体系，学生脑海中储存的知识越多，知识点间联系越紧密，思维导图越丰满。教学前，教师应以思维导图形式将所学知识展现给学生，当然学生的参与也是必要的。在讲解习题中，也要帮助学生将知识的点、线、网及面，层层发散铺开。有了完整体系，学生解题时避免了毫无头绪、生搬硬套。

思维导图帮助教师将解题方法、思维过程显性化。教师演示是学生的模仿参照，是学生构图的基石，学生面对直观的解题体系，变得游刃有余。思维导图促进了学生从浅层记忆到深度理解，同时培养了学生的互助合作能力。图1所示模式中的自主构图、共建导图，既锻炼了学生思维，又提高了其分工协作的能力。

4 思维导图在高中物理习题教学中的应用示例

动能定理的重难点为：运用动能定理解决恒力做功、变力做功和多阶段问题，让学生初步掌握动能定理的运用。学生在熟练掌握较容易问题的解决方法后，再让其掌握复杂过程问题的解决方法，比如多轨道问题以及连接体问题。

4.1 创设情境，提出问题

师：上节课我们已经学习了动能定理。本节课我们来探究三个问题，请思考。

学生面对三个问题展开思考，但似乎不知从何处着手，带着疑问进入课堂。

4.2 复习旧知，展开联想

师：请大家回忆上节课所学动能定理相关知识。

教师引导学生回顾，并以思维导图进行展示。

学生目不转睛，注意力集中，开动大脑，一幅幅图景呈现在脑海中。根据学生的回忆，结合教师的引导，画出的思维导图如图2所示。

图2

4.3 准备资料，独立构图

问题情境1：如图3所示，将质量m=2kg的一个铁球从离地面H=2m高处由静止开始释放，落入沙地并陷入其中h=5cm深处，不计空气阻力，g取10m/s2，求沙地对铁球的平均阻力。

图3

学生在必修1中已经学会用牛顿运动定律和运动学公式解决问题，依然习惯用以前的方法。教师先让学生尝试运用习惯的思路来解题，放手让他们解决问题。教师注意观察学生的课堂行为，捕捉学生的解题思路。

学生在积极主动思考，每个人都在纸上写、画、修改，认真构图。教师从旁观察，对学生的构图主要分为两类展示，图4是用运动学公式和牛顿运动定律解决问题，图5是用动能定理解决问题。运用两种方法所得结论相同，但动能定理相对简单。

图4

图5

师：同学们利用所学知识运用了两种方法，一题多解。

学生们学会了如何抓取有效关键信息，思维导图帮助他们将知识的点、线、网以及面层层发散铺开，把思维变得有序。在构建导图过程中，渗透了分析问题方法，训练了学生的逻辑思维，使得问题解决水到渠成。

师：请问情境1是属于恒力做功过程还是变力做功过程？难易程度如何？

生：恒力做功，难度较小。

图6

师：可见恒力做功问题不仅可用牛顿运动定律和运动学公式来解决，也可以用动能定理来解决，请思考以下问题。

问题情境2：如图6所示，小球用绳系住，使其在光滑的水平桌面上绕中心轴做匀速圆周运动。当拉力由F增大到8F时，圆周运动的半径从r减小到r/2。在此过程中拉力所做的功为多少？

学生积极思考，热烈讨论，眼神透露疑问和不解。

师：情境2中是恒力还是变力做功？可不可以用功的公式直接求得？

生：变力做功，不能直接求，因为力随位移非线性变化。

师：那么请同学们根据所学，结合交流讨论，绘制思维导图。

教师从旁观察，适时展示多组同学的思维导图，有问题的、有欠缺的、有正确的及相对完美的导图，选出最优思维导图予以展示(如图7)，进一步加深学生对变力做功问题的理解，表明运用动能定理解题的高效性。

图7

4.4 合作探究，共建导图

多过程问题可考查学生读题、审题、分析、建模、推理以及运用数学处理情境问题的能力，基于情境的特点，教师可引导学生进行小组讨论、合作探究，互动产生火花与共鸣，而后共建导图，培养学生的合作精神。

图8

问题情境3：如图8所示，ABCD是碗式容器，容器内两壁AB、CD与底面BC的连接处是一段与BC相切的圆弧(衔接处无能量损失)，底面BC是水平的，其长度d=0.50m，容器边缘离底面的高度为h=0.30m，在A处由静止开始释放质量为m的木块。已知容器两壁是光滑的，而底面BC面与木块间的动摩擦因数为μ=0.10，木块在容器内来回滑动，最后停下来，则停的地点到B的距离为多少？

师：该过程可分为几个阶段？来回滑动几次怎么求？可以停在AB或CD上吗？不能的话？停在哪里？请大家讨论。

生：最终停在B、C之间，如停在AB、CD上则无法达到受力平衡。

师：请大家再思考，合作探究，以导图形式呈现。

学生讨论、沉思、辩论、交换构思，在碰撞互动中升华，教师展示思维导图(如图9)。通过情境创设、问题驱动，促进自主建构；通过合作探究，提升思维互动性；通过绘制思维导图，促进深度学习。

图9

4.5 总结巩固，拓展延伸

本节课运用动能定理解决相关生活情境问题，从恒力做功到变力做功再到多过程问题，层层深入，符合学生认知发展规律。

教师通过对三种情境的分析，充分展示学生的导图，并尊重学生成果，促进良好的生成。让每一位同学感受导图的实用性、多样性，但不变的是知识的逻辑呈现，使学生掌握了运用思维导图分析、解决问题的本领。

教师引导学生不断完善运用动能定理处理生活情境问题的基本方法与思路。为后续运用动能定理解决连接体问题以及多个物体组成的系统问题做铺垫。近几年江苏高考频频出现连接体、多过程问题，此类问题运用导图分析较好。

通过对动能定理的初步运用，学生体会到其优越性，即凡是不涉及求时间或加速度的，一般都可用动能定理，无需考虑细枝末节。思维导图是问题解决的帮手，而问题解决是掌握知识的重要途径。思维导图教学比传统的讲述更有说服力，让物理课堂生动、形象、有趣味。再复杂的问题都是一个个问题组成，再复杂的系统都是一个个物体组成，建立思维导图，从点、线到面，多角度、多维度构建知识网络体系，使问题解决有序推进，图10是学生运用动能定理解决生活情境问题的思路分析。

图10

5 结语

思维导图应用于习题教学可以促进学生积极思考，拓宽思维的广度，延展思维的深度，还锻炼了学生的动手作图能力。思维导图促进他们从宏观系统层面去掌握知识的点、线及面，形成完整的知识网络。学生在分析情境时，往往对关键词语、已知量、条件及未知量所涉及信息未能有效及时地抓取，导致无从下手。思维导图可以帮助学生建立物理模型，发散科学思维，使情境可视化、直观化、生动化，可以促进思维能力的提升。笔者进行了教学实践，不仅将思维导图融入习题教学，而且在其他课型上使用思维导图，收效良好。