淺談新思維具象法在高中物理課堂教學(xué)中的嘗試

毛嚇梅

摘? ?要：新思維具象法簡單地說，是知識可視化與思維可視化的統(tǒng)稱。本文以高中物理必修2中的“萬有引力定律”這一章節(jié)為例，淺談如何應(yīng)用新思維具象圖輔助高中物理課堂教學(xué)。

關(guān)鍵詞：新思維具象法;物理教學(xué);思維可視化;知識可視化

1? 理論基礎(chǔ)

新思維具象法是福建師范大學(xué)“物理新思維工作室”攜手一線的物理教師在國內(nèi)首次提出的概念。新思維具象法是指通過對抽象的物理公式、定理或某特定模塊進(jìn)行深入地思考與邏輯結(jié)構(gòu)理解后，把原本看不到的知識結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)、思維路徑、思維方式用擬物化的圖形表達(dá)出來，從而使物理知識與思維邏輯架構(gòu)得到融合[ 1 ]。簡單地說，新思維具象法主要體現(xiàn)在知識可視化與思維可視化的統(tǒng)一。

目前課堂教學(xué)中常用的可視化教學(xué)工具有概念圖、流程圖、表格、思維導(dǎo)圖、多媒體軟件等[ 2 ]。傳統(tǒng)的圖示方法比較側(cè)重于知識的整合，而對知識本身的邏輯關(guān)聯(lián)體現(xiàn)較少，且缺少生動性。新思維具象法則可以借助擬人化或擬物化的圖形表現(xiàn)把學(xué)科知識本身的邏輯關(guān)聯(lián)及思維結(jié)構(gòu)方式形象地體現(xiàn)出來。新思維具象法繼承傳統(tǒng)可視化工具的優(yōu)點(diǎn)的同時還彌補(bǔ)了其不足之處，揚(yáng)長避短，真正體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)對高中物理學(xué)科教學(xué)的要求：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

目前新思維具象法的應(yīng)用更多是在于初中物理教學(xué)中，因為初中物理主要培養(yǎng)的是學(xué)生的直觀思維，在初中應(yīng)用這種方法更易上手，但高中物理教學(xué)中對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)要求更甚。物理的知識內(nèi)容體系相較于初中而言更為抽象，缺乏邏輯思維能力的學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)上會很被動，致使在物理學(xué)習(xí)上失去興趣。新思維具象法這種教學(xué)方法能夠?qū)⒊橄蟮奈锢砀拍睢⒁?guī)律、知識具象化地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，有了形象的知識體系架構(gòu)、物理思維呈現(xiàn)，讓學(xué)生對這些知識有了更清晰的理解，降低理解難度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而起到提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的目的。讓學(xué)生從原先的“淺思考”的學(xué)習(xí)模式更有效地往“深思考”過渡。因此，在高中物理教學(xué)中應(yīng)用新思維具象法更為必要。

2? 應(yīng)用實(shí)例

具象圖形的繪制主要是要能使學(xué)生的淺層知識結(jié)構(gòu)得到具象化圖形的補(bǔ)充，讓學(xué)生的抽象思維與直觀思維能夠密切結(jié)合，充分體現(xiàn)。因此，在應(yīng)用新思維具象法進(jìn)行繪圖時，首先要能夠深入地理清各知識之間的邏輯關(guān)聯(lián)，對其知識結(jié)構(gòu)脈絡(luò)進(jìn)行初步整理，然后通過形象的圖形描繪出來。

下面以高中萬有引力定律中的天體運(yùn)動這一模塊為例，來簡要說明在高中教學(xué)中如何借助新思維具象法來培養(yǎng)學(xué)生知識的系統(tǒng)性與思維的邏輯性。

天體運(yùn)動是學(xué)完勻速圓周運(yùn)動后的一個章節(jié)，是對勻速圓周運(yùn)動及萬有引力定律的實(shí)例應(yīng)用。學(xué)生在對天體運(yùn)動問題分析過程中容易出現(xiàn)公式混用，模型不清等問題。為了解決這個問題，讓學(xué)生能夠理清該模塊的相關(guān)概念，加深理解，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會新思維具象圖的繪制。

繪制前需先弄清楚學(xué)生問題所在及容易弄混的知識點(diǎn)：學(xué)生對于人造地球衛(wèi)星公式中的“r”具體代入計算的是題目中的哪個數(shù)值容易混淆;天體中涉及的公式多，不會選用合適的公式解答;公式列出后計算上的能力不足又暴露了。要想解決這些問題，就要求學(xué)生能夠真正理解清楚天體運(yùn)動中的知識內(nèi)涵，了解各類天體運(yùn)動的運(yùn)動特點(diǎn)并會做出區(qū)分。天體運(yùn)動問題中實(shí)際用到的公式就兩個：一是環(huán)繞天體中心天體運(yùn)動時F萬=F向 ;二是物體在中心天體表面運(yùn)動時F萬=mg。 但實(shí)際上它所涉及到的問題還有天體質(zhì)量與密度的估算、開普勒三大定律的應(yīng)用、萬有引力與重力的關(guān)系、衛(wèi)星運(yùn)行過程中各參數(shù)的分析、衛(wèi)星的變軌問題、雙星多星問題等等。如何理順這些問題的邏輯關(guān)系，正確地把思維具象地表現(xiàn)出來，需要教師的啟發(fā)與引領(lǐng)。

下面介紹其中一種繪圖方式，萬有引力定律的應(yīng)用主要是在天體運(yùn)動中應(yīng)用，而飛船是我們?nèi)祟愄剿魈盏慕煌üぞ撸士梢砸浴帮w船”的樣子為整個知識思維具象畫的輪廓，以該輪廓展開，發(fā)揮想象力，將該思維圖填充完整。如圖1所示，萬有引力定律的提出經(jīng)歷了“地心說”與“日心說”兩大派百年的對抗，然后再由第谷自制天文望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)，開普勒根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出開普勒三大定律，然后牛頓再由這三大定律總結(jié)出萬有引力定律。這兩個物理學(xué)史推進(jìn)了萬有引力與航天的發(fā)展，故可以把這兩個點(diǎn)當(dāng)成這艘遨游太空的“飛船”的推進(jìn)器。開普勒三大定律及萬有引力定律作為天體運(yùn)動的兩大基礎(chǔ)定律，引導(dǎo)著“飛船”的飛行。而我們在研究天體運(yùn)動有關(guān)的計算中必用的兩公式是：F萬=F向與黃金代換公式GM=gR2，這兩個公式貫穿整個飛行過程。而在天體運(yùn)動中，我們主要要解決兩類問題：一是人造地球衛(wèi)星問題，二是其他宇宙天體問題。這兩類問題可以由兩機(jī)翼延伸出去，各延伸出四個子問題：人造地球衛(wèi)星中掌握三個宇宙速度、地球同步衛(wèi)星、地球近地衛(wèi)星和衛(wèi)星變軌問題;其他宇宙天體中掌握如何測天體質(zhì)量、測天體密度、發(fā)現(xiàn)未知天體和雙星問題、多星問題。

這艘飛船帶著人類對宇宙的探索開始在浩瀚宇宙中飛行，而學(xué)生也帶著這幅“神舟號”飛船的新思維具象圖踏上了深入學(xué)習(xí)萬有引力定律的學(xué)海征程。

“神舟號”飛船具象圖中就萬有引力和航天這一章節(jié)的知識體系進(jìn)行歸納，除了系統(tǒng)地體現(xiàn)了這一章節(jié)的整體知識框架，也在學(xué)習(xí)描繪具象圖的過程中把對這一知識框架的思考整理過程體現(xiàn)出來。即體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)對高中物理觀念和科學(xué)思維的培養(yǎng)要求，也對學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任方面有一定的培養(yǎng)。運(yùn)用新思維具象圖教學(xué)可以充分讓集中思維與發(fā)散思維得到完美結(jié)合。當(dāng)然，不同教師對于這塊專題的理解側(cè)重點(diǎn)不一樣，也可以用不同的圖像來展示具有個性的思維方式。

3? 總結(jié)

新思維具象圖不僅可以應(yīng)用于復(fù)習(xí)課，同樣可以運(yùn)用于概念課、規(guī)律課、實(shí)驗課等，教師首先要認(rèn)識到可視化工具對學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極影響，同樣要有意識地引導(dǎo)教師自身及學(xué)生進(jìn)行可視化工具的應(yīng)用。形象的知識結(jié)構(gòu)、流暢的知識脈絡(luò)使高中抽象的物理概念及規(guī)律變得更易接受、明晰、有趣。并且在構(gòu)建這樣擬物化圖形的同時，學(xué)生大腦中思維的碰撞充分鍛煉與激發(fā)了學(xué)生的抽象思維與創(chuàng)造性思維，不再是簡簡單單的公式記憶，靠刷題來加深理解的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]王素云，陳祖標(biāo).基于“雙核構(gòu)架模型”的初中物理教學(xué)改革研究[J].物理教學(xué)探討，2018（11）：15-18.

[2]石蕊，王較過，王歡.知識可視化工具在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖南中學(xué)物理，2015（9）：5-8.