李 娜 李江林

（湖北師范大學物理與電子科學學院，湖北 黃石435002）

靜電場是電磁學一個重要的知識，只有掌握好靜電場的相關知識才能有效地開展電磁學后續(xù)相關知識。靜電場是一門嶄新的學習課程，它具有概念性新和研究對象新的特點，如靜電場中的電場線，就是一種看不見的客觀存在的新概念，因此大多數(shù)學生在理解靜電場的規(guī)律和特性方面存在一定的困難。同時靜電場中大量晦澀難懂的公式和概念會讓剛?cè)氪髮W的學生望而生畏。

思維導圖是一種有效、簡單、實用的思維模式，廣泛地應用于記憶、學習、思索等的思維“地圖”中，對大腦發(fā)散思維的開展有極大好處。托尼·巴贊是一名著名的心理學家，早在19世紀70年代就已經(jīng)提出了思維導圖的相關概念，并由此創(chuàng)立出了的一種不同于以往的思維工具和學習方法[1]。思維導圖原本的作用是為了改變傳統(tǒng)的、比較復雜的線性筆記，以提高學生的記憶。目前為止，在學習、管理、教學等多個方面得到了廣泛的應用，多個國家紛紛將思維導圖這一工具加入了原有的教育教學策略，并得到了非常好的效果[2]。國內(nèi)實際教學過程中采用思維導圖作為教學工具的研究比較晚，所以導致目前這一方面取得的研究成果較少。思維導圖在國內(nèi)通常被使用在初高中的一些基礎學科教學中，目前仍然處于初步嘗試階段，大學物理教學方面采用思維導圖的方式進行教學的研究就比較少，特別是關于提高教學有效性方面的研究比較少[3]。

在學習靜電場過程中，大學教師由于課時少、任務重會在短時間輸出大量的知識點，這便要求學生必須在較短的時間學會這些知識點，由此造成學生的學業(yè)壓力比較大。思維導圖可以幫助學生對已學習過的知識進行更加全面地梳理，理清知識結構框架，從整體上把握靜電場的知識。思維導圖重點部分在于研究認知結構和探索認知結構所產(chǎn)生的思維變化[4]。本文將從以下幾個方面進行介紹。

1 思維導圖

思維導圖也可以被稱為腦圖、心智地圖，顧名思義，它其實就是一種用圖形方式凸顯內(nèi)容的思維工具，用來提高學習效率，學生就可以采用一種簡單并且實用的方法進行發(fā)散性思維的表達了，而且它可以在枯燥的物理學習中加入一些趣味性，讓原本無聊的學習變得更加有趣。思維導圖采用了圖形和文字相結合的技巧，主題關鍵詞可以采用圖形和顏色等方式，對內(nèi)容進行加工修飾，幫助人們平衡發(fā)展邏輯與想象、科技與藝術，便于激發(fā)人類大腦的潛能[5]。思維導圖作為一個教學工具，在構建知識框架圖的過程中，學生能自己對靜電場各部分概念之間的理解進行梳理，有利于深入理解靜電場的內(nèi)容。思維導圖可以幫助師生建立一個完整的靜電場知識框架體系，有助于師生對靜電場部分內(nèi)容進行整合，使靜電場教學更具有科學性。思維導圖的重點在于關鍵詞的提取，這一點也很鍛煉學生的與語言表達能力。它是記憶與學習、思維與應用相結合的有效方法，強調(diào)從被動學習向主動學習轉(zhuǎn)變。

2 思維導圖在靜電場中的應用

2.1 理清靜電場蘊含的知識點

靜電場部分知識點比較零碎。初步把它們分為三大類：兩個基本概念、兩個基本實驗定律、兩個基本定理。從兩個基本概念進行分析理解，學習電場強度這部分時，要熟練掌握電場線的特性、方向和密度。電場線的三大特性：第一，從正電荷開始，在負電荷結束；第二，空間里沒有點電荷的存在，任何兩條電場線都不存在相交；第三，靜電場中電場線永遠不會閉合[6]。勻強電場的含義是本部分的重點，在學習勻強電場時，必須要熟練掌握試探電荷，利用試探電荷進行實驗，可以算出電場強度而通過電場的疊加原理就可以算出在學習電勢時，對于電勢、電勢能和電勢差的物理意義進行理解，也要能夠明白點電荷的電勢分布，電勢疊加原理和等勢面也是學習電勢的重點。在場強與電勢的微分關系這部分內(nèi)容的學習中，電勢疊加是一種標量疊加，解答相對比較簡單，所以在這種情形下，通常采用先求出電勢分布，然后通過它們之間的微分關系來對場強發(fā)布進行解答。

學生在對兩個基本原理進行學習時，高斯定理和環(huán)路定理是靜電場這部分內(nèi)容的重點和難點。將從三個方面對高斯定理進行闡述分析。第一點就是E通量，明確它的概念；第二點便是高斯定理的物理意義，對高斯定理這一點要有一個比較深刻的理解，能夠靈活使用高斯定理，通過這一定理導出電場強度疊加原理和庫侖定律；第三點要求得比較高，要會應用高斯定理計算電場，這里要明確它計算的條件和步驟。在學習靜電場中的環(huán)路定理時，了解靜電場力所做的功以及這個原理的概念。

對兩個基本實驗定律進行梳理時，將這部分內(nèi)容分成了兩個部分，一個是庫侖定律，另一個是疊加原理。在學習電荷的過程中，首先要弄清電荷的基本概念，其中不僅要正確理解正負電荷的定義和“同性相斥、異性相吸”這一客觀現(xiàn)象，還要掌握電荷守恒定律和電荷量子化這兩種重要特性。同時，需要能夠熟練應用這些特性。庫侖定律中有兩大重要內(nèi)容，一個是方向相反但大小相等，并且沿著它們之間的連線；另一個是大小與距離r2成反比，與它們各自的電荷q1及q2成正比，即，k作為比例常量，常常取決于各物理量之間單位的選取。其中矢量形式的表達式為學習疊加原理時，理清它的文字表述及物理意義。

學習靜電場分布求解時，理解電場強度概念的物理意義，電場強度這部分中的三種計算方法是尤為重要的。在電勢計算的應用中要熟悉掌握兩個計算方法。

學生學習靜電場的基本概念和公式，逐步深入介紹每個知識點后面蘊含的內(nèi)容。采用層層遞進的講解方式相對于只是單純的講解更容易讓學生產(chǎn)生聯(lián)想，并記住相關知識，使學生在一定程度上縮短學習時間。

2.2 理清各個知識點之間的理論聯(lián)系

思維導圖是一個能夠呈現(xiàn)自己思維過程的工具，學生在繪制思維導圖的過程中，能迅速掌握整個知識結構，促進學生形成直覺思維，并且能夠加快學生知識的遷移。將思維導圖用于所做靜電場的總結，可以清晰呈現(xiàn)獨立知識點之間的關聯(lián)性。

據(jù)思維導圖的特點，筆者對靜電場的內(nèi)容有了整體的了解后，再對各個部分進行梳理，形成一個結構體系。由圖1可以看出靜電場的知識分為了四大類：兩個基本概念、兩個基本實驗定律、兩個基本定理、靜電場分布求解。圖1的框架圖可以幫助學生更好地把握重點，能夠整體理解靜電場的主要內(nèi)容。 然后在對四個部分進行細致梳理。根據(jù)圖1的知識結構圖，能夠幫助學生對靜電場有一個大致的理解，方便其對知識的匯總。它凸顯出了各個知識點的聯(lián)系，將復雜煩瑣的知識點清晰化，物理概念和規(guī)律是物理知識的核心部分，學生可以根據(jù)學習內(nèi)容對靜電場的知識進行梳理。圖1至圖5是筆者制作的靜電場各部分不同模塊的思維導圖。通過圖1對靜電場部分有了大致了解，知道了本章的重點，然后在對各個部分逐一攻破。學生在進行第一部分兩個基本概念的學習時，把握整個部分的學習，對電場強度的概念進行進一步的理解，聯(lián)系電勢進行學習，著重突破電勢與靜電場的微分關系。圖2至圖5展現(xiàn)了這四個部分的細化分析，而這四個部分相輔相成。

圖1 靜電場的知識框架圖

圖2 兩個基本概念的知識框架圖

圖3 兩個基本原理的知識框架圖

圖4 兩個基本實驗定律的知識框架圖

圖5 靜電場分布求解方法的知識框架圖

從學生角度來看,采用思維導圖歸類方式可將各個零散的知識點進行整合，組建成一個知識網(wǎng)絡，透過孤立知識點看到內(nèi)在聯(lián)系，加深對靜電場理論體系的理解，使學生從學習物理的表層內(nèi)容而逐漸實現(xiàn)深度學習。

3 結語

本文重點研究了思維導圖在靜電場部分的應用。從本文的內(nèi)容來看，思維導圖明顯在靜電場的學習中發(fā)揮了極其重要的輔助作用，思維導圖的這種形式可以作為一種學習和教學方法廣泛應用于靜電場學習中，促進其成為物理課上的一個必不可缺的部分。學生通過思維導圖將已有的知識構建相應的知識框架圖，整合物理知識點并體驗共享的樂趣，教師則可以幫助學生理解物理概念的實質(zhì)，探索深層次物理概念之間的關系，提高他們解決問題的能力，并激發(fā)他們的想象力和創(chuàng)新能力。