基于思維導圖的高中物理新授課教學探討
——以“探究感應電流的產生條件”為例

(江蘇省蘇州市吳江區汾湖高級中學，江蘇 蘇州 215211)

英國著名心理學家東尼·博贊依據人類大腦發散性思考的特點和方式，提出了一種圖像思維工具——思維導圖，其主要作用在于幫助學習者抓住問題的中心，由中心向四周發散，形成相應的知識和方法鏈。華東師大劉濯源教授在此基礎上提出了基于學科特點和規律的“學科思維導圖”，融學科思維特點、知識和方法于一體。在教學中，恰當地運用思維導圖，可以有效幫助學生構建知識和方法的體系，形成知識鏈；引導學生按照學科的特點和邏輯去思考問題，形成正確的物理觀念和學會科學的探究方法。筆者以“探究感應電流的產生條件”的幾個教學片段為例，嘗試在高中物理新授課中運用思維導圖，引導學生以“圖式”的方式思考問題、構建學習內容的知識體系。

1 學情分析

“探究感應電流的產生條件”是“電磁感應”這章的第二節，位于“劃時代的發現”之后。在本章的第一節中，學生通過對稱、類比等思想方法，由“電生磁”類推至“磁生電”，對“電磁感應”和“感應電流”等專業術語已有一定的認知，本節教材正是在此基礎上引發的思考。在初中物理教材中(以蘇科版為例)，已安排有“觀察磁生電現象”，提出了“切割模型”，并對“發電機”原理和能量轉化作了定性的分析。基于以上的分析，我們認為學生對“產生的條件”已有一定的認知，且對切割模型比較熟悉，也正是此原因，學生易認為“切割”是產生感應電流的必要條件，這是在本節教學中需要突破的地方。

2 教材結構和內容分析

本節教材從結構上看，是按科學探究的一般順序：“提出問題—實驗觀察—分析論證—歸納結論”來設計的；從具體的內容和呈現方式看，教材從初中的“切割模型”入手，提出問題：還有哪些情況可以產生感應電流？從而引入“實驗觀察”，通過記錄“條形磁鐵插拔”等情況下電流表指針偏轉情況，得到幾種具體能夠產生感應電流的情況，然后通過分析論證，歸納出具體產生條件。在本節教材的“問題與練習”欄目中共設計了7道習題，前6題涉及的是在各種情況下，要求學生根據具體情境的分析能否產生感應電流，最后一題涉及的是在“磁變”和“切割”同時存在的情況下，如何不產生感應電流。這7個問題緊緊圍繞本節的重點內容而設計，起到了較好的補充作用。

3 思維導圖在高中物理新課教學中的應用

3.1 用“氣泡圖”培養學生的發散思維

在本節課的引入階段，可以利用“氣泡圖”引導課堂教學，培養學生的發散思維，具體問題設計如下。

問題1：我們在初中已研究過磁生電的問題，請同學們回憶一下，對此你還有哪些認識？

設計該問題的目的在于激發學生去積極調動腦海里的“庫存”，將學生的“前概念”展示出來。從學生回答看，涉及以下方面：電磁感應的概念、回路特征—閉合、模型—切割磁感線。教師在此基礎上，運用思維導圖中的“氣泡圖”梳理學生的已有認識(如圖1)。依據學生的回答，教師順勢追問。

圖1

問題2：如何理解“切割”？

這一問題的提出，目的是為后續內容中的“有效切割速度”的理解打下鋪墊。學生依據自身的體會，交流各種看法。在這個問題下，教師也可以充分利用器材做好各種演示，如：V與B垂直、V與B平行、V與B方向斜交，請學生分析各種情況下的有效切割速度V。

3.2 利用“多氣泡圖”比較異同

問題3：除了我們熟悉的切割模型，在哪些情況下，也有可能產生感應電流？請討論、交流。

在交流過程中，教師記錄學生可能想到的各種情景。請學生利用手邊實驗器材，如毫安表、電池、多個線圈、條形磁鐵、導線、滑動變阻器、開關等，驗證各種猜想，并記錄實驗操作和結果。

以上設計依托科學探究的一般方法進行研究，在學生掌握研究方法的基礎上，更注重培養學生的實驗設計、動手等能力。當然，在實際的教學中，為了進一步降低難度、使課堂教學能夠順利進行，避免學生漫無天際地猜想，在問題3的設計中還可以進一步鋪設“臺階”，如教師可以引導學生抓住本節的主線——磁生電，細化為：如何提供實驗所需的磁場？提供恒定的B還是變化的B？回路是否需要固定？最后教師依據學生實驗探究的結論，畫出“多氣泡圖”(如圖2)，將各種情況下能夠產生感應電流的現象歸并到一起，便于學生比較、分析，從而在紛繁復雜的現象中找出異同。

圖2

3.3 利用“括號圖”收斂歸一

“在現象的背后找出規律”是本節的重點也是難點。筆者在本節教學中所做的嘗試是通過幾個具體的問題設計，針對各類表象進行分析。如：從三大類現象看，在不切割、保持開關閉合或磁鐵不動等現象中均沒有產生，而在切割、開關閉合或斷開、磁鐵的插拔中均有產生，從這些現象中你發現了什么規律？這一問題設計的目的在于引導學生關注一個字：變。只有在運動、變化中，才有可能產生感應電流。學生在有了這一概念后，教師再追問：是什么物理量發生了變化？學生結合本節課的主線：磁生電，第一反應是“B變了”。此時筆者沒有立即對此回答做出否定或補充，而是順著學生的回答，再次討論“磁鐵插拔、停留”和“開關閉合、斷開”等實驗現象，引導學生發現在這些現象的背后確實是因為磁場發生了變化，從而加深對他們觀點的認可。然后再引導學生分析“切割模型”，制造認知沖突，讓學生發現在這一個現象中，他們的結論并不適用。顯然，“B變”不是最根本的原因。最后學生只能順著“變”這一主線，再去尋找該現象中的特點。此時教師可以利用思維導圖中的“括號圖”加以歸類，如圖3所示，利用“括號圖”，學生通過直觀的比較、找出異同，最后通過分類討論找到必要條件。

圖3