概念圖在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用①

(寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

1 問題的提出

物理習(xí)題課重在訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的解題能力,有學(xué)生不會解題,“不會”實際上是解題思路不清。雖然教師可以通過反復(fù)講解使學(xué)生聽懂,但學(xué)生無法清晰地看到解題的思路,長久性的“聽而不看”會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,導(dǎo)致學(xué)生對習(xí)題中所涉及的條件與信息“視而不見”,不能真正理解物理知識,不利于學(xué)生完善知識結(jié)構(gòu)。概念圖可以將解題思路可視化,能夠達(dá)到“一圖勝千言”的效果,是提高習(xí)題教學(xué)效果的有效工具。

2 概念圖簡介

概念圖(concept map)是康奈爾大學(xué)的諾瓦克根據(jù)奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論提出的，它包括概念、命題、交叉連接和層級結(jié)構(gòu)四個基本要素。概念圖作為一種教學(xué)工具、教學(xué)策略和教學(xué)技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于教學(xué)實踐中，產(chǎn)生了很好的效果。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中需要產(chǎn)生積極的心向,即愿意從內(nèi)心接受新知識,并且當(dāng)已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識和新知識之間產(chǎn)生同化作用時,有意義的學(xué)習(xí)才會發(fā)生,概念圖就像橋梁一樣連接著新舊知識。概念圖的可視化和精細(xì)化，使其可以清晰地表現(xiàn)出概念之間的關(guān)系,提供解決問題、總結(jié)知識、教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)以及其他大量教學(xué)活動所需的信息。所以概念圖能夠真正體現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的內(nèi)涵,通過教師有組織、有目的地繪制概念圖，能讓學(xué)生學(xué)會建立概念之間的聯(lián)系,培養(yǎng)其高級思維。

概念圖多用于新授課、探究課和復(fù)習(xí)課,在習(xí)題課中用得較少。同時常規(guī)的習(xí)題教學(xué)重視的是公式的運用,忽略了對解題思路的詳細(xì)說明,而概念圖重在將解題思路和方法詳細(xì)地呈現(xiàn)出來,以提升學(xué)生的形象思維,在學(xué)生的大腦中構(gòu)建習(xí)題中所需概念之間的聯(lián)系,讓學(xué)生自覺地形成知識網(wǎng)絡(luò),學(xué)會使用概念,從而輕松解題。因此如果將解題思路通過概念圖呈現(xiàn)出來,不但便于學(xué)生記憶,而且可以擴(kuò)展學(xué)生的解題思路,起到舉一反三的效果。

3 應(yīng)用概念圖的習(xí)題教學(xué)

在習(xí)題教學(xué)中并不是說要用很復(fù)雜的例題來體現(xiàn)所講的知識點,而是希望通過例題講解讓學(xué)生明白這一類題目的解題思路和方法,通過訓(xùn)練夯實基礎(chǔ)。當(dāng)解題思路通過概念圖展現(xiàn)出來的時候,整個解題過程也就非常清晰地展現(xiàn)出來,看起來明白易懂,思路非常流暢,相比反復(fù)用語言來講解,學(xué)生的接受效果會更佳一些，下面通過案例予以說明。

案例一選自人教版高中物理必修1第四章“牛頓運動定律”第六節(jié)“用牛頓運動定律解決問題(一)”課后習(xí)題第3題。

例1:民航客機(jī)一般都有緊急出口,發(fā)生意外情況的飛機(jī)緊急著陸后,打開緊急出口,狹長的氣囊會自動充氣,生成一條連接出口與地面的斜面,人員可沿斜面滑行到地上。若機(jī)艙口下沿距地面3.2m,氣囊所構(gòu)成的斜面長度為6.5m,一個質(zhì)量60kg的人沿氣囊滑下時所受的阻力為240N,人滑至氣囊低端時速度有多大?

圖1

圖1是用Inspiration軟件繪制的例1的解題思路圖，概念圖是如何將本題的解題思路清晰地呈現(xiàn)出來的?本題的研究對象是人,在力學(xué)中為了研究問題的方便，通常把人理想化為一個質(zhì)點,質(zhì)點是本題中第一個概念,質(zhì)點從機(jī)艙口沿氣囊滑下,將氣囊看作一個斜面模型,人在機(jī)艙口處相當(dāng)于質(zhì)點靜止在斜面頂端,此時v初=0。質(zhì)點在斜面上運動要會到力的作用,通過分析知質(zhì)點受到豎直向下的重力G、垂直斜面向上的支持力N、沿斜面向上的阻力f。將重力分解成兩個力,其中一個分力垂直斜面向下,另一個分力沿斜面向下。力的分解這個概念將重力和它的兩個分力建立了聯(lián)系,分解完重力后可以清楚地看到質(zhì)點在垂直斜面的方向上沒有運動，這是因為支持力和重力的分力G1抵消掉了；而質(zhì)點之所以沿斜面下滑是因為沿斜面方向受到力的作用,質(zhì)點在斜面上做初速度為零的勻加速直線運動。

本題當(dāng)中出現(xiàn)的概念有質(zhì)點、重力、支持力、阻力、力的分解、靜止、勻加速直線運動等，從概念圖中可以看到，通過受力分析，質(zhì)點與重力、支持力、阻力之間建立了聯(lián)系,力的分解與重力建立了聯(lián)系,而垂直斜面的靜止?fàn)顟B(tài)與支持力和重力的一個分力建立了聯(lián)系；質(zhì)點做勻加速直線運動，阻力和重力的另一個分力建立了聯(lián)系。就是因為這些聯(lián)系,將概念“織”在一起,在學(xué)生頭腦中形成了清晰的脈絡(luò)。當(dāng)解題思路完整呈現(xiàn)后,解題過程就顯得非常輕松。

案例二選自人教版高中物理選修3-1第一章“靜電場”第9節(jié)“帶電粒子在電場中的運動”課后練習(xí)第5題。

例2:電子從靜止出發(fā)被1000V的電壓加速,然后進(jìn)入另一個電場強(qiáng)度為5000N/C的勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場,進(jìn)入時的速度方向與偏轉(zhuǎn)電場的方向垂直。已知偏轉(zhuǎn)電極長6cm,求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時的速度及其與進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時的速度方向之間的夾角。

用Inspiration軟件繪制的例2解題思路如圖2，本題中電子先進(jìn)入加速電場，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場后發(fā)生偏轉(zhuǎn),題目的難度在于加速電場中電子如何運動獲得速度,而在加速電場中獲得的速度就是電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的初速度。從概念圖中我們看到電子在加速電場中受到電場力的作用,電場力的方向與運動方向相同,電場力做正功,動能增大,速度從零變?yōu)関0,沿水平方向,根據(jù)動能定理可以計算出速度v0；之后電子以v0進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場，由于受到與運動方向垂直的電場力作用使電子做類平拋運動,最后離開偏轉(zhuǎn)電場。關(guān)于類平拋的運動可以采用運動的合成與分解的方法進(jìn)行處理,將電子的實際運動分解為水平方向上速度為v0的勻速直線運動和豎直方向上的初速度為零的勻加速直線運動。概念圖將整個解題思路可視化,我們可以清楚地看到加速和偏轉(zhuǎn)過程用到了動能定理、類平拋、運動的合成與分解這些概念和原理,而且這些概念環(huán)環(huán)相扣,一步一步地把思路引到了我們想要的結(jié)果上。在加速電場中,電子獲得動能,根據(jù)動能定理可得：

圖2

通過兩個案例可以看出,概念圖的引入將原本復(fù)雜的解題思路通過整理、加工,將概念之間建立了聯(lián)系。概念圖讓我們清晰地看到每一個概念的引入都與下一個概念之間有著必然的聯(lián)系,可謂環(huán)環(huán)相扣,引人入勝,以網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)存儲于大腦中,使意義學(xué)習(xí)得以發(fā)生。

4 結(jié)語

筆者通過教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)大部分習(xí)題可以采用概念圖對解題思路進(jìn)行梳理,這對提高學(xué)生的解題能力大有幫助。在日常教學(xué)中對于一些較簡單的題目可以放手讓學(xué)生自己動手去創(chuàng)建概念圖,通過合作學(xué)習(xí),培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神。