芻議物理識圖能力的培養
——由一道市統考題學生錯誤說起

黃起樽

（福建省大田縣第一中學）

（市統考題）如圖，一個質量1kg的物體A（可視為質點）放在水平轉盤上，離中心光滑小孔的距離為0.4m。一根細線一端與A相連，另一端穿過小孔固定，細線剛好伸直。物體和轉盤間的最大靜摩擦力等于重力的0.5倍，g取10m/s2。問：

（1）當轉盤角速度為ω1=2rad/s時，細線的拉力為多大？

（ 2）略

學生答題：細線的拉力T=mωr=1.6N。考后，師生對話。

師：為什么這樣做？

生：考試時，一看到細線拉著物體，馬上就想到是細線的拉力提供做勻速圓周運動的向心力。

師：你知道有“魔盤”娛樂設施嗎？生：知道。

師：審題時，你有想過“魔盤”情景嗎？生：沒有，對“魔盤”一點念頭都沒有。

錯因分析：（1）不明確向心力的來源。對同為被動力的摩擦力和細線拉力，在轉盤由靜止開始逐漸增大角速度的過程中如何表現——“先有摩擦力還是先有細線的拉力”，學生并不清楚。（2）識圖能力薄弱。解題習慣養成上，不能由題意示圖展開充分聯想，再現問題的本質，即問題的原型——“魔盤”情景；說明學生缺乏對此類問題的自我反思與總結，思考問題過于膚淺，思維缺乏深刻性。課堂上，在教師的啟發與引導下，大多數學生都能識別示圖并分析得出結論；但要求他們自己獨立解決該類問題時，似乎表現出沒有真正掌握識圖的本領，從而導致對問題的錯解。

研究啟示：根據研究表明，在對初中生全部物理能力（物理想象能力、物理思維能力、物理運算能力、運用物理知識能力、運用科學方法能力）表現中，初中生的物理想象能力水平最低。我們的課題研究也發現，高中生對解題過程畫示意圖的思想重視不夠，進入高一時還沒養成良好的畫圖習慣，52%學生（樣本為高一學生共549人）較隨意，遇到困難時才想去畫；識圖與畫圖相輔相成，遇到物理問題有示圖時，喜歡物理的學生更會發揮想象進行聯想，建立物理情景。要提高識圖能力，即要能達到看圖思景，就要對示圖所蘊含的物理概念、規律及物理思想方法等有深刻的理解。下面以學生錯題為例，談如何培養學生的識圖能力。

一、創設物理實驗教學環境，激發興趣，豐富學生的感性認識，培養想象力

物理概念、規律是抽象思維的產物，為學生提供具體的、生動的感性材料，將有助于他們對概念、規律的理解和掌握。物理教學中，

通過實驗演示、視頻或多媒體課件模擬展示等手段，激發學生的好奇心，讓學生認真觀察，使學生獲得豐富的感性認識和想象力，促進了物理問題由具體到抽象的轉化。正如廷德爾所說：“有了精確的實驗和觀測作為研究的依據，想象力便成為自然科學理論的設計師。”

如“魔盤”情景教學：現在有一種叫做“魔盤”的娛樂設施（如圖），設“魔盤”轉動的角速度為ω，一個質量為m的小孩坐在距離軸心r處隨盤一起轉動。試分析小孩運動的向心力來源。

評析：分析前先展播“魔盤”娛樂視頻，讓學生大腦充滿“魔盤”的感性認識和娛樂情景，然后抽象出問題的本質（如右圖）。人未滑到器壁且相對圓盤靜止時，什么力充當向心力？接著讓學生思考“離轉動中心越遠的人，這種滑動的趨勢為什么越厲害”。學生在真實的情境中解決問題、在真實體驗中獲得知識和發展，學生真正成為學習的主體，體現了物理核心素養的落實。心理學的研究表明，在人所接受的信息當中，有83%來自視覺器官。有感性經驗的物理知識，在大腦中記憶就會更牢固。

二、形同質異比較，提高識圖辨析能力

加德納先生指出，要擺脫教育困境，就應該讓學生像“學科專家”那樣去學習和思考。把與“魔盤”情景相似的問題呈現給學生，要求學生“從表面差異很大的事物間找出本質上的共同點，而從表面極相似的事物間找出本質上的差異”，從而提高思維的敏捷性與靈活性，形成良好的識圖辨析能力。

拓展練習：如統考題圖，若中心小孔處是一轉軸，其他條件不變，物體A隨轉盤一起運動。試畫出轉盤角速度ω由0緩慢增大到4rad/s時，細線上的拉力F與角速度ω2的圖象（線未斷）。

評析：物體A運動過程，體現出與“魔盤”情景不同的本質——摩擦力先逐漸增大，達最大值后保持不變；而拉力則在摩擦力達到最大值時才從零開始逐漸增大，最大靜摩擦力是拉力有無的“分水嶺”。

三、精選典型練習，鞏固提升識圖能力

美國心理學家桑代克“嘗試—錯誤學習”練習律，指出“練習的次數愈多，學習的效果愈好”。因此，要使學生獲得解答“魔盤”類問題的識圖能力，教師就要儲備一定的練習供學生使用，學生在“嘗試—糾錯”練習中，不斷地自我反思、自我批判，發展、優化識圖思維，最終形成“觀察—聯想—建模”這一識圖策略。

唐全騰．教師不可不知的心理學［M］．上海：華東師范大學出版社，2013.