思維導圖在高中物理單元教學設計中的運用

呂寒冰　張勇

【摘要】思維導圖有助于教師梳理和分析教材知識結構，掌握學生的認知情況，對單元教學設計起到思維上的統領作用.本文以新人教版必修二“萬有引力與宇宙航行”這一單元為例，運用思維導圖工具進行單元教學設計.

【關鍵詞】高中物理;思維導圖;萬有引力

1 引言

《普通高中課程標準（2017年版2020年修訂）》（簡稱《課標》）提出要培養學生的核心素養.其中物理的核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四方面，這也是未來學生適應快速發展的社會需要和終身學習的必備的品格和關鍵的能力.筆者運用思維導圖的方式，將思維過程可視化，建構單元知識網絡，助力單元教學設計，為高中生形成物理核心素養提供新思路.

2 思維導圖工具助力單元教學設計

當下高中物理教師所面臨的教學改革壓力是巨大的，因此，如何在保障教學改革的穩步推進的同時，為一線教學工作者減負是一個急需解決的問題.其中首要解決的問題就是針對物理學科的特點尋找高效開展單元教學設計的方法.

思維導圖（The Mind Map）又被稱作是心智地圖.是由東尼·博贊（Tony Buzan）創始的一種有效表達發散思維的圖形思維工具，其表現形式是以一個關鍵詞或者想法為中心向外輻射并連接與此有關聯的想法、概念和任務等.它可以通過文字、圖案、圖標和箭頭將內隱的知識點之間的邏輯關系外顯出來.就思維導圖的特點進行分析，有利于對學生能力的培養，同時也非常符合物理學科的特點.

3 思維導圖進行單元教學設計的運用

運用思維導圖進行單元教學設計，要充分把握核心知識搭建單元基石，并探尋內在邏輯構建知識紐帶.其中最重要的是整合單元所要學習的內容，構建核心概念下各個重要概念之間的邏輯關系.運用思維導圖進行單元設計的基本步驟如下：明確單元核心知識→確定單元教學順序→確定微觀教學順序→形成單元思維導圖.筆者以新人教版必修二“萬有引力與宇宙航行”一單元為例就上述步驟進行了具體的教學設計.

3.1 確定單元核心知識

確定單元的核心知識是運用思維導圖進行單元教學設計的首要環節.筆者通過新人教版必修二高中物理教材第七章“萬有引力與宇宙航行”內容的梳理（如表1所示），并結合《課標》對此章節的要求進行分析，確定單元的核心知識.

以下是《課標》對本單元的教學要求：“通過史實，了解萬有引力定律的發現過程.知道萬有引力定律.認識發現萬有引力定律的重要意義.認識科學定律對人類探索未知世界的作用.會計算人造地球衛星的環繞速度.知道第一宇宙速度和第二宇宙速度.”

由“行星運動”引出開普勒定律為牛頓發現的“萬有引力定律”做鋪墊，后續的“發現未知天體”“衛星航天”等知識實則是“萬有引力定律”的運用，從中不難發現“萬有引力與宇宙航行”這一單元是圍繞著“萬有引力定律”展開的.因此“萬有引力定律”可以確定為本單元的核心知識.

3.2 確定單元教學順序

在明確單元核心知識之后，首先要理清核心知識與單元知識的內在邏輯，之后需要圍繞著單元核心知識，最終確定單元教學的主線以及順序.

理清單元知識邏輯關系是確定單元順序的關鍵.首先，筆者以問題串的形式對本單元所要探討的問題的邏輯關系以流程圖的方式呈現出來；之后，將問題與單元知識進行串聯，這樣整個單元的知識的內在邏輯關系就清晰地表達出來了；最后，將所確定的單元核心知識向前、向后延伸構建單元知識的思維導圖.如圖1所示.

圍繞著單元核心知識確定單元教學的主線以及順序.在理清單元內在邏輯關系之后，參照教材的順序確定單元的教學順序.筆者以“萬有引力與宇宙航行”這一單元為例，確定了單元教學順序，如圖2所示.

3.3 確定微觀教學順序

在明確單元教學的主線以及順序之后，接下來把單元教學的整體性的理解落實到每節微觀教學中，從而建立起有核心、有主線、有脈絡的整體單元教學設計框架.

在進行微觀教學設計時，必須遵循客觀的學生認知規律.在對教材充分理解后，針對學生學情，搭建“梯子”能夠幫助學生擴大與挖掘認知的廣度和深度.最終在達成一個又一個的微觀教學目標的同時，逐步實現單元教學目標.

學習高一“萬有引力與宇宙航行”單元之前，學生們知識上的儲備是“牛頓定律”“曲線運動”等，但是大多數學生直到學完“萬有引力與宇宙航行”這一單元也沒有與之前的知識建立實質的聯系.對“宇宙航行”的認識大多來源于一些科幻電影和新聞報道，相比之前學的“彈力”“摩擦力”有豐富的生活經驗與體驗，而對這一單元知識的感性認識并不充足.再加上這一單元的公式繁多，對這一單元知識的學習更是增加了難度.因此，更有邏輯性、整體性和簡潔地將單元知識呈現于教學設計中，指導教學實踐，降低學生學習難度，幫助學生構建整體知識框架是極為重要的.

對“行星的運動軌跡”學生可能沒有太深刻的感性認識，但是對于一年四季的周期變化，學生則是有深刻體驗的，啟發學生思考“行星地球”應該是繞著“太陽”類似于圓的周期運動.這樣就將前面學習的“曲線運動”連接起來.結合歷史上人們對星球運動進行一步步觀測與探索的過程，以人類認知世界的歷史發展順序為錨點，探索更符合學生原有經驗的教學邏輯.因此，教師可以對物理學史進行挖掘來探索教學順序.筆者以“行星運動”這一節為例進行展示（如圖3）.

同時教師也可以通過揭示物理規律形成的思維過程去探索教學順序.筆者以“萬有引力定律”這一節為例進行展示（如圖4）.

通過對上述的分析，可以借助物理學史、物理學家思維過程等方式進行單節課知識點的邏輯框架構建，用思維導圖的方式將其呈現出來用.

3.4 形成單元設計思維導圖

在把握單元教學的整體性并結合學情確定微觀教學順序后，對單元教學進行編排并用思維導圖工具繪制單元教學思維導圖框架，最終形成單元設計思維導圖.筆者以“萬有引力與宇宙航行”為例進行展示（如圖5）.

4 結語

根據對上述運用思維導圖進行單元教學設計實踐的四個具體步驟進行反思，可以發現所用到的并非嚴格意義的從中心向外輻射的思維導圖，更像是思維過程的程序圖.不過，教師在進行教學設計時的兩大關鍵問題就是“教什么”和“怎么教”.那么，既然思維導圖是一種為單元教學設計服務的工具，就可以為了更清晰地、更簡潔地表達教材的“知識結構”與思維的“邏輯結構”而進行相應改變.在將單元教學設計實施于課堂時，可以將單元設計思維導圖作為課堂板書和課堂筆記.

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