黃火根
摘? ?要:高中物理動態(tài)問題的分析對學生物理素養(yǎng)的考查效果較好,但實際的教學效果不理想。結(jié)合學生由此類問題產(chǎn)生的思維障礙,例舉了5個思維導圖在動態(tài)問題分析中應用的實例,充分體現(xiàn)了思維導圖在實際教學中的優(yōu)越性,提高課堂效果的同時,提升思維品質(zhì),形成學科的核心素養(yǎng)。
關鍵詞:動態(tài)問題分析;思維障礙;思維導圖;核心素養(yǎng)
高中物理中的動態(tài)問題由于涉及的物理量多、物理量之間相互關聯(lián)與制約、過程繁多且有多種可能性,所以能很好地培養(yǎng)學生的推理能力及分析綜合能力,也成為高考的高頻考點。但學生在分析此類問題時,往往顧此失彼、表述混亂,導致思維出現(xiàn)障礙,學習效率不高。教師在講解此類問題時,也很難找到讓學生易于接受的呈現(xiàn)方式。結(jié)合多年的教學實踐經(jīng)驗,筆者認為,思維導圖以其獨特的特點,能高效地解決這類問題。
1? 思維導圖的涵義
思維導圖[ 1 ]是英國“記憶之父”尼·巴贊開發(fā)出來的一種組織性思維工具,是思維可視化呈現(xiàn)的一種方式,現(xiàn)已發(fā)展為高級思維的認知工具。在學習的過程中,思維導圖能突破思維的靜態(tài)展示,能讓思維的構建過程可視化,大大促進學習者學習效率的提升。
2? 思維導圖在動態(tài)問題分析中的優(yōu)勢
高中物理動態(tài)問題[ 2 ]即指一些物理量的變化而引起其它物理量的連鎖變化,往往伴隨著過程的動態(tài)變化。教師在此類問題的傳統(tǒng)教學中,呈現(xiàn)給學生的過程往往是靜態(tài)的、知識和規(guī)律是孤立的。學生對此類問題的分析也很茫然,不知所措。如果分析此類問題時用思維導圖來輔助教學,可以達到以下顯著的效果。
2.1? 可視性好
思維導圖通常以文字、公式、圖示的方法呈現(xiàn),可以讓學習者對過程的分析及物理量間的制約關系一目了然,形象直觀。
2.2? 邏輯性強
動態(tài)問題的分析考查很強的邏輯推理能力,而思維導圖的構建過程恰能體現(xiàn)這一推理過程,較好地呈現(xiàn)出物理量及規(guī)律間清晰的邏輯關系。
2.3? 動態(tài)性足
學習者對動態(tài)問題分析的思維障礙就在于對動態(tài)變化過程的理解,而思維導圖則能很好地體現(xiàn)動態(tài)的變化過程,學習者順著動態(tài)變化的思維過程較易解決問題。
2.4? 實效性高
傳統(tǒng)的動態(tài)變化問題的分析與展示需要繁多的文字與板書,需要教師過多的語言陳述,學習者接受的效果不佳,而由于思維導圖的簡潔、高效,則省略了過多繁冗的語言描述,促進了教學效率的提高。
3? 例析思維導圖在動態(tài)問題分析中的應用
3.1? 機車啟動類
機車啟動方式常見有兩種:以額定功率啟動、以恒定加速度啟動。其中涉及物理量有速度、加速度、牽引力、發(fā)動機功率,涉及的物理過程有勻加速、勻速、變加速,從教學實踐來看,高一學生分析起來難度較大且表述不清楚。但在老師引導下,嘗試用思維導圖展示動態(tài)分析的過程,效果顯著。導圖如圖1、2所示。
以額定功率啟動:
以恒定加速度啟動:
3.2? 彈簧動態(tài)變化類
例:如圖3所示,將小球從高空落下,下方豎直放置著一個輕彈簧,小球落至a點開始與彈簧接觸,當下落至b點時,彈簧被壓縮到最短??諝獾淖枇Σ挥嫞瑒t在小球從a點落至b點過程中,下面說法正確的是:
A.小球的速度先增加后減小
B.小球的加速度逐漸增加
此題中,最關鍵的是該過程中小球的速度和加速度變化的動態(tài)分析,難在物理量多、難在過程多、難在動態(tài)變化、難在綜合能力要求高,這無論對學生的聽還是對教師的講都是一種挑戰(zhàn)。在教學實踐中發(fā)現(xiàn)同學似懂非懂,很難有清晰的思路與表述。教學中,如能幫助學生順利掌握此類題目,并能靈活應用,學生的能力將有很大的提升。此時動態(tài)思維導圖則能起到很好的教學輔助作用,讓學生在導圖的進階、動態(tài)中實現(xiàn)思維的提升與飛躍。導圖如圖4所示。
3.3? 洛倫茲力的動態(tài)變化類
例:如圖5左所示,已知磁感應強度大小為B,方向垂直向里。一質(zhì)量為m、帶電量為+q的小球,由靜止開始沿動摩擦因數(shù)為μ的絕緣桿下滑。試分析小球的運動情況并求出最大速度。
此題是動力學與電磁學的綜合應用題,能力要求較高,很多學生無從入手,更不會順暢地交流與分析。其實找不到各物理量之間關系、思維過程混亂是上述問題形成的重要原因。教師可指導學生合理地運用思維導圖,將靜態(tài)思維動態(tài)化,讓學生形成井然有序的思維過程,達到提升學科核心素養(yǎng)的目的。導圖如圖6所示。
也可把此題變式,如:其它條件不變,加入如圖5右所示的水平向右的電場E,則小球的運動情況及最大速度又如何?老師在前面做好鋪墊,學生也做好了熱身,就可以熟練地用思維導圖來呈現(xiàn)這一動態(tài)變化的過程。
3.4? 平行板電容器動態(tài)變化類
例:研究與平行板電容器電容有關因素的實驗裝置如圖7所示,下列說法正確的是
A.只將電容器b板向上平移,靜電計指針的張角變小
B.只在極板間插入云母介質(zhì),靜電計指針的張角變小
常見答案A的講解是:當平行板電容器充電后與電源斷開時,電量Q不變,若b板向上平移,則正對面積S減小,根據(jù)電容器決定式得C減小,再根據(jù)電容的定義式得U增大,又根據(jù)靜電計原理可知張角增大。整個過程都是老師在講,最后黑板上只留下支離破碎的板書,學生跟不上老師的思維變換節(jié)奏,思維能力得不到鍛煉,效果不佳。如能用以下思維導圖展示動態(tài)過程,不僅能提升學生學習的積極性與課堂效率,達到復習的目的,更能提升思維品質(zhì)。導圖如圖8所示。
3.5? 閉合電路動態(tài)類
例:如圖9所示的電路,A、B、C為三個相同的燈泡,其電阻大于電源內(nèi)阻,當變阻器的滑動觸頭P向下移動時
A.A燈變亮,B燈變暗
B.電源的總電功率減小
電路中滑動變阻器的阻值變大, 從而影響整個電路中其它物理量的變化。本題的思路是先部分、整體、再部分進行討論,涉及的知識和規(guī)律有:串并聯(lián)電路的電流和電壓關系、部分電路歐姆定律、閉合電路歐姆定律等。學生由于邏輯關系混亂導致思維障礙,甚至有些同學拋棄物理意義,單純記住串反并同的口決來解題,很容易產(chǎn)生錯誤答案,也失去了提升能力的契機。同樣的,動態(tài)思維導圖能將物理量之間的邏輯關系圖式化,讓學生明晰關聯(lián)物理量間的關系,從而順利掌握此類動態(tài)問題,也同時促進學生的推理能力、綜合分析能力的培養(yǎng)。導圖如圖10所示。
當然高中物理還涉及其它的動態(tài)類型:如理想變壓器動態(tài)問題、理想氣體中的動態(tài)變化問題及電磁感應中的動態(tài)分析等,都可以用思維導圖來進行分析與演繹,提高課堂的效率,提升思維品質(zhì),進而形成學科的核心素養(yǎng)。
參考文獻:
[1]陳麗.思維導圖在中學物理教學中的應用探究[J].中學物理教學參考,2017(9):2.
[2]賀怡.高中物理動態(tài)問題分類解析[J].物理教師,2011(10):15.