浙江省上虞中學陳勇剛老師：思維可視化在力學教學中的應用

思維可視化是指運用一系列圖示技術把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程。在物理教學中，很多抽象的概念和思考讓學生覺得困難和容易混亂，此時，思維可視化的方法有很好的應用。

物理問題的解決往往可以分為以下幾個步驟：

1.審題；

2.尋找問題的解法；

3.表達解法；

4.驗算總結。

其中，最困難、最復雜的是尋找問題的解法這一環節。比如對于一道典型的力學題目，我們的大腦經常會做三大壞事：

如圖所示，一組糙斜面的傾角θ，物體與斜面間的動摩擦因數μ，一物塊在以水平力F的作用下靜止在斜面上，若g已知，最大靜摩擦力可認為等于滑動摩擦力，問：要使物體靜止在斜面上，物塊的質量應為多大？

1.隨意判斷：摩擦力肯定是沿斜面向下的；

2.隨意邏輯: 壓力肯定是Gcos θ，所以摩擦力就是μGcos θ；

3.隨意結論: 要求的物理量是m，已知條件和質量間好像沒什么公式可套……所以我沒有辦法做出題目。

為了解決這種問題，我們可以引用可視化思維的方法，讓問題流程化（流程圖）、圖形化（思維導圖），更容易解答。

流程圖

比如，對于共點力平衡問題，對知識體系比較熟悉的老師都知道，這類問題的一般解決思路如下：

1.明確研究對象；

2.對研究對象正確地受力分析，并做出受力圖 ；

3.判定研究對象是否處于平衡狀態 ；

4.運用平衡條件，選擇合適的方法列出平衡方程解題 ；

5.視問題的要求，對結果做出說明或討論。

然而，老師的思路和方法，如果僅僅是從長期的經驗中積累出來的，不能用更巧妙的方式總結和傳達給學生，那么學生就很難掌握上面的思路。這時我們可以使用流程圖來描述這個過程：

通過流程圖的形象化描述，學生就更容易理解。

這樣對分析步驟的精細加工，不僅可以應用于共點力平衡問題類的問題，也應該可以推廣到所有的力學分析當中去。

比如，在沒有采用流程圖的時候，對于一般的受力分析，我們交給學生們的解決方法模板如下：

（受力分析步驟1.0版）

1.根據題意選取研究對象；2.按照重力、彈力、摩擦力、其他力的順序分析物體的受力情況；3.畫出受力分析的示意圖；4.檢查是否有錯誤。

這是我們的1.0版本，描述得并不清晰，學生既難以理解，也難以記憶。后來，我們把它升級到2.0版本，用順口溜的方式呈現。

（受力分析步驟2.0版）

1.明確對象后；2.場力是否有；3.已知緊隨后；4.彈力看四周；5.靜摩擦力；6.必須區分清；7.分析有困難；8.忙把狀態尋；9.平衡合力零；10.加速牛二循；11.整體隔離換；12.柳暗變花明；13.只畫性質力；14.防止漏添力；15.空間轉平面；16.助你繁化簡；17.規范作力圖；18.助你速解題。

順口溜版本的好處，在于它朗朗上口方便記憶。不過上面18句話組成的順口溜，顯得太長了，方便記憶的效果并不明顯。對此，我又繼續升級，縮減為了8句話：

（受力分析步驟2.5版）

1.明確對象后；2.場力是否有；3.已知緊隨后；4.彈力看四周；5.分析有困難；6.忙把狀態尋；7.平衡合力零；8.加速牛二循。

通過這樣的精簡，方便學生記憶的效果就能夠得到充分地體現。然而，它仍然缺失了方便學生理解的功能，所以只能算是2.5版本。

為了起到讓學生方便理解的功能，后面的升級中，我就引入了流程圖的形式，將上面的順口溜中的思想要素提煉出來，繪制成一幅簡單的流程圖。

這樣改變以后，學生的理解就得到了明顯的加強。面對具體問題時，如果一時沒有靈感，那就對照著流程圖思考，一步步都嚴格走下去，結果很容易就能找到思路了——這一次的升級成功了，因此可以算作3.0版本。

（受力分析步驟3.0版）

（受力分析步驟3.5版）

這一次升級的良好效果讓我決定，在后續的升級中繼續保留流程圖的形式，而只在此形式上做具體內容的補充。比如，在上圖的基礎上，細分考慮了平衡與加速的區別、摩擦力方向的判定等步驟。最終，我們形成了受力分析步驟的3.5版本。

通過解題思路教學的一系列演化對比可以發現，流程圖比純文字信息更有利于學生的深度理解，能夠顯著地加強學生的思考能力。

思維導圖

除去受力分析流程圖以外，我在實際教學中還會經常使用思維導圖這一工具。在幫助學生掌握宏觀思考能力、理清復雜的知識系統方面，思維導圖能夠起到強大的作用。

思維導圖運用圖像、線條、色彩、關鍵詞等刺激大量思維和記憶的要素，把大量枯燥的文字資料或大堆紛繁復雜的思路和線索，整理成為一目了然、重點突出的放射狀導圖，讓我們的大腦能夠進行最有效的吸收和消化。

在日常的課程中，我們可以使用簡單的括號圖，迅速理清章節的知識結構和體系，如下圖：

當然，我們也可以充分使用鮮艷的色彩和精細的線條，制作出一幅非常精美的思維導圖。這種思維導圖既能夠在當時起到幫助我們迅速理解章節知識體系的作用，也可以留存起來，方便日后的復習使用。一整個章節的所有內容，往往只用一張思維導圖就能夠覆蓋了，非常方便。