艾 靜 熊建文

（華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

1 問(wèn)題的提出

部分學(xué)生在解題時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)“教師一講就懂，自己一做就錯(cuò)”、“讀完題目完全不知道該怎么下手”等問(wèn)題.找不到各量之間關(guān)系、物理構(gòu)圖能力差、思維過(guò)程紊亂是上述問(wèn)題形成的重要原因.教師指導(dǎo)學(xué)生合理地運(yùn)用思維導(dǎo)圖，可幫助學(xué)生構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)有序的思維過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維能力.

2 相關(guān)理論的介紹

2.1 物理解題常用過(guò)程模式

通過(guò)“高級(jí)思維”（Advanced Thinking）活動(dòng)，找到一條從問(wèn)題初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的通路，就是“物理問(wèn)題解決”過(guò)程.“物理解題”屬于“物理問(wèn)題解決”的范疇，它是深化與發(fā)展解題者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要手段，我們可以通過(guò)物理解題來(lái)檢驗(yàn)解題者物理學(xué)習(xí)的效果.圖1是物理解題的一般過(guò)程模式.

圖1

2.2 專家和新手在問(wèn)題解決中的差異

問(wèn)題的解決都需要具備一定的知識(shí)、策略和技能，上述因素的不足往往是導(dǎo)致問(wèn)題不能有效解決的重要原因.新手對(duì)有關(guān)知識(shí)領(lǐng)域的了解不夠，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)有限，相應(yīng)的技能和圖式遠(yuǎn)不如專家，導(dǎo)致其在激活正確圖式、形成有效的表征及選擇成功的策略等方面均有所缺失，影響了問(wèn)題的順利解決.因此，要使新手盡快成為該領(lǐng)域的專家，就必須按科學(xué)的思維方式來(lái)對(duì)新手進(jìn)行訓(xùn)練.

2.3 思維導(dǎo)圖在物理綜合性問(wèn)題解決中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

思維導(dǎo)圖（Mind Map）又稱心智圖，最初是20世紀(jì)60年代英國(guó)心理學(xué)家托尼巴贊（Tony Buzan）創(chuàng)造的一種改進(jìn)筆記的方法，它是一種輻射狀的思維表達(dá)方式，現(xiàn)已發(fā)展為一種高級(jí)思維的認(rèn)知工具.物理綜合性問(wèn)題的過(guò)程復(fù)雜，題中隱含的條件較多，涉及到的知識(shí)和需要運(yùn)用的解題技能較多，不少學(xué)習(xí)者在綜合性問(wèn)題的建構(gòu)環(huán)節(jié)時(shí)常出現(xiàn)問(wèn)題.思維導(dǎo)圖最大的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）能使建構(gòu)環(huán)節(jié)的思維過(guò)程具體、可視地呈現(xiàn)出來(lái)，在減少記憶負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也能方便使用者深度剖析自己思維過(guò)程中存在的與專家之間的差異，發(fā)展批評(píng)性思維能力；（2）按照一定規(guī)則繪制出的思維導(dǎo)圖能促進(jìn)大腦的自由發(fā)展，從不清晰的思考和混亂的結(jié)構(gòu)中創(chuàng)造秩序，對(duì)于塑造使用者良好的思維品質(zhì)具有較明顯的作用，是一個(gè)打開(kāi)大腦潛能的強(qiáng)有力的圖解工具；（3）思維導(dǎo)圖充分調(diào)動(dòng)了左右腦的功能，使用全腦思維，從而打破了傳統(tǒng)的思維方式，借助圖形語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了輕松記憶和創(chuàng)造性思維.上述優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明思維導(dǎo)圖可以成為我們分析物理綜合性問(wèn)題的有效工具.

3 思維導(dǎo)圖在物理綜合性問(wèn)題解決過(guò)程中的應(yīng)用剖析

3.1 思維導(dǎo)圖能為物理綜合性問(wèn)題的分析提供充足、有效的知識(shí)儲(chǔ)備

（1）運(yùn)用思維導(dǎo)圖在“一題多變”的情境復(fù)習(xí)總結(jié)中，為物理綜合性問(wèn)題積累盡可能多的問(wèn)題圖式.

綜合性問(wèn)題過(guò)程復(fù)雜，但大多由不同的物理模型組合而成，因此熟悉不同的物理模型，將典型物理模型歸類匯總形成便于儲(chǔ)存和提取的問(wèn)題圖式的工作顯得尤為重要，傳統(tǒng)的筆記方式不僅僅使得這個(gè)過(guò)程過(guò)于煩瑣、枯燥，而且匯總后的知識(shí)往往不能被有效地存儲(chǔ)和提取，被放置在一旁，極大地浪費(fèi)了資源.

采用思維導(dǎo)圖進(jìn)行歸類匯總就可以有效地解決上述問(wèn)題，思維導(dǎo)圖能避開(kāi)大篇幅的枯燥的文字記錄，將相似題型濃縮在一張圖片上，便于比較，方便查找和復(fù)習(xí).平時(shí)的日積月累可以一方面避免學(xué)生漫無(wú)目的的“題海戰(zhàn)術(shù)”，將相似題型匯總分析和比較，既便于審題時(shí)利用情境的相似性產(chǎn)生遷移，也能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；另一方面可以使學(xué)生在審題環(huán)節(jié)特別是測(cè)試時(shí)的問(wèn)題分析中能迅速提取在頭腦中已儲(chǔ)存的問(wèn)題圖式，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，為問(wèn)題的建構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

例1.質(zhì)量均為m的物體A和B分別系在一根不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩兩端，繩子跨過(guò)固定在傾角為30°的光滑斜面頂端的定滑輪上，斜面固定在水平地面上.開(kāi)始時(shí)把物體B拉到斜面底端，這時(shí)物體A離地面的高度為0.8m，如圖2所示.若摩擦力均不計(jì)，從靜止開(kāi)始放手，讓它們運(yùn)動(dòng)，取g＝10m／s2.求：

圖2

（1）物體A著地時(shí)的速度；

（2）物體B沿斜面上滑的最大距離.

說(shuō)明：例1是比較典型的連接體問(wèn)題，在學(xué)習(xí)中我們應(yīng)該善于運(yùn)用發(fā)散性思維將與之相類似的題目進(jìn)行比較和歸類，將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)問(wèn)題圖式，運(yùn)用思維導(dǎo)圖對(duì)知識(shí)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，鍛煉學(xué)生思維的深刻性和創(chuàng)造性.圖3運(yùn)用思維導(dǎo)圖將同一類型的題目進(jìn)行歸類.

圖3

（2）運(yùn)用思維導(dǎo)圖在“一題多解”類問(wèn)題的歸類匯總中，為物理綜合性問(wèn)題的分析積累盡可能多的解題方法和技能.

物理綜合性問(wèn)題在問(wèn)題建構(gòu)的環(huán)節(jié)涉及到多個(gè)過(guò)程的分析，不同過(guò)程分析時(shí)運(yùn)用的原理和方法在細(xì)節(jié)上略有不同，但總的解題思路有限.在知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)歸納時(shí)運(yùn)用思維導(dǎo)圖，將求解問(wèn)題的基本思路進(jìn)行歸類匯總，一方面可以增強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)理解運(yùn)用的融會(huì)貫通，同時(shí)以圖式模型存儲(chǔ)在頭腦中的解題思路由于建立了相互之間的聯(lián)系，便于整體記憶和信息的提取.如圖3所示，在追及相遇類問(wèn)題中運(yùn)用思維導(dǎo)圖將典型的解題思路歸類，為綜合性問(wèn)題的問(wèn)題建構(gòu)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

例2.一小汽車從靜止開(kāi)始以3m／s的加速度行駛，恰有一自行車以6m／s的速度從車邊勻速駛過(guò)，求：汽車從開(kāi)動(dòng)后在追上自行車之前經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間后兩者相距最遠(yuǎn)？此時(shí)距離是多少？

說(shuō)明：圖4中所涉及的4種方法是該類問(wèn)題最基本的求解思路，涵蓋了勻變速直線運(yùn)動(dòng)這一章的大部分內(nèi)容，運(yùn)用思維導(dǎo)圖這樣一張小小的圖片就能將幾乎一章的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)、歸類和記憶，這是傳統(tǒng)筆記方式所不能比擬的，這種方法不僅簡(jiǎn)單、而且高效.

圖4

3.2 運(yùn)用思維導(dǎo)圖建構(gòu)綜合性物理問(wèn)題的思維過(guò)程，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力

例3.（2011年廣東理綜卷）如圖5所示，以A、B和C、D為端點(diǎn)的兩半圓形光滑軌道固定于豎直平面內(nèi)，一滑板靜止在光滑水平地面上，左端緊靠B點(diǎn)，上表面所在平面與兩半圓分別相切于B、C.一物塊被輕放在水平勻速運(yùn)動(dòng)的傳送帶上E點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)到A時(shí)剛好與傳送帶速度相同，然后經(jīng)A沿半圓軌道滑下，再經(jīng)B滑上滑板.滑板運(yùn)動(dòng)到C時(shí)被牢固粘連.物塊可視為質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量為m，滑板質(zhì)量M＝2m，兩半圓半徑均為R，板長(zhǎng)l＝6.5R，板右端到C的距離L在R＜L＜5R范圍內(nèi)取值.E距A為s＝5R，物塊與傳送帶、物塊與滑板間的動(dòng)摩擦因素均為μ＝0.5，重力加速度取g.

圖5

試討論物塊從滑上滑板到離開(kāi)滑板右端的過(guò)程中，克服摩擦力做的功Wf與L的關(guān)系，并判斷物塊能否滑到CD軌道的中點(diǎn).

說(shuō)明：該問(wèn)對(duì)于問(wèn)題的建構(gòu)有較高的要求.來(lái)自高考年報(bào)的分析指出：“這一問(wèn)對(duì)分析推理能力要求很高，對(duì)物塊整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的理解，以及對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段的受力、各力做功的情況的分析是解決全題的關(guān)鍵，雖然沒(méi)有隱含的過(guò)程，但題目的問(wèn)題與物體運(yùn)動(dòng)情況的關(guān)系是隱含的，分析不出來(lái)，該題就無(wú)從下手；其次，題目描述的物理情景較長(zhǎng)，各種條件的敘述比較瑣碎，字符數(shù)較多，對(duì)考生的情景提煉能力要求很高.此外，對(duì)滑板與CD軌道碰后物塊的運(yùn)動(dòng)及物塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，摩擦力做功的情況，相當(dāng)多的考生要想分析清楚是十分困難的，其根本原因在于大多數(shù)考生找不到‘題設(shè)問(wèn)題與物塊、滑板運(yùn)動(dòng)’之間的關(guān)系.”

過(guò)程復(fù)雜、條件繁鎖、隱含的關(guān)系多、思維混亂是綜合性問(wèn)題的典型特點(diǎn).學(xué)生面對(duì)這類問(wèn)題時(shí)傳統(tǒng)的做法往往是反復(fù)讀題，在頭腦中冥思苦想或者提筆列出幾個(gè)簡(jiǎn)單的公式，看能否恰巧推算出結(jié)果，對(duì)問(wèn)題缺乏系統(tǒng)的分析方法，忽視了各物理量之間相互的聯(lián)系，同時(shí)也可能漏掉解題過(guò)程中重要的中間步驟，結(jié)果往往是一團(tuán)亂麻、徒勞無(wú)功.

思維導(dǎo)圖可以將物理量之間的邏輯關(guān)系圖式化，使用者順著這張導(dǎo)圖就能輕松地找到解答問(wèn)題的方法.而當(dāng)思維沒(méi)有方向無(wú)從下手時(shí)，可以利用所給的物理現(xiàn)象和條件進(jìn)行發(fā)散性思維，檢驗(yàn)各個(gè)思維分支和本題的關(guān)聯(lián)程度來(lái)取舍所需要的某一思維線索.一旦思維線索確定，整個(gè)解題的思維過(guò)程也就清晰了.導(dǎo)圖既能清晰地呈現(xiàn)整個(gè)內(nèi)在思維過(guò)程，便于查找思維障礙，又能將思維過(guò)程一目了然地展現(xiàn)出來(lái)，大大降低了認(rèn)知負(fù)荷.如圖6所示，思維導(dǎo)圖將整個(gè)問(wèn)題清晰地呈現(xiàn)在眼前，哪些地方是定性推理部分，哪些地方需要列式求解，問(wèn)題的解答所需的主要步驟全部清晰地呈現(xiàn)了出來(lái).

圖6

3.3 思維導(dǎo)圖在具體運(yùn)用時(shí)的操作程序

思維導(dǎo)圖可用于綜合性物理問(wèn)題的分析過(guò)程，通過(guò)下面4個(gè)程序幫助學(xué)生熟練掌握思維導(dǎo)圖的運(yùn)用：第1步“仿”，最初學(xué)生由于對(duì)物理問(wèn)題及思維導(dǎo)圖的具體運(yùn)用不熟練，所以在第1階段可以仿照教師示范的方式來(lái)繪制解題過(guò)程的思維導(dǎo)圖；第2步“比”，這時(shí)可通過(guò)讓學(xué)生自己繪制思維導(dǎo)圖，再與教師或小組其他成員進(jìn)行對(duì)比；第3步“悟”，領(lǐng)悟教師在解題過(guò)程中具體的求解思路及運(yùn)用的解題技巧；第4步“拓”，設(shè)置相似的物理情境，讓學(xué)生熟練運(yùn)用思維導(dǎo)圖建構(gòu)物理過(guò)程，鍛煉學(xué)生運(yùn)用工具構(gòu)圖的能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

思維導(dǎo)圖是解答物理綜合性問(wèn)題的一種有效的思維工具，有利于我們理解知識(shí)間的相互關(guān)系，形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，有利于我們對(duì)物理知識(shí)實(shí)現(xiàn)高層次的理解和有效存儲(chǔ)知識(shí).在綜合性問(wèn)題的分析中運(yùn)用思維導(dǎo)圖，要做到熟能生巧，從有形到無(wú)形，從手繪到心繪，做到腦中有圖，心中有圖.

1 ［英］東尼·博贊，巴利·博贊著，葉剛譯.思維導(dǎo)圖.北京：中信出版社，2009.

2 喬際平.物理學(xué)習(xí)心理學(xué).北京：高等教育出版社，1991.228

3 M.W.艾森克，M.T.基恩，高定國(guó)，肖曉云譯.認(rèn)知心理學(xué).上海：華東師范大學(xué)出版社，2003.597-607

4 Chi，F(xiàn)eltovich，Glaser：Categorization and representation of physics problems by experts and novices，university of Pittsburgh，1981.

5 廣東省教育考試院.廣東高考年報(bào)（2011）.廣州：廣東高等教育出版社，2012.219-240