淺談新思維具象法在高中物理課堂教學中的嘗試

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。

關(guān)鍵詞：新思維具象法;物理教學;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“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。

目前課堂教學中常用的可視化教學工具有概念圖、流程圖、表格、思維導圖、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)點的同時還彌補了其不足之處，揚長避短，真正體現(xiàn)了學科核心素養(yǎng)對高中物理學科教學的要求：培養(yǎng)學生的科學思維能力。

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

2? 應(yīng)用實例

具象圖形的繪制主要是要能使學生的淺層知識結(jié)構(gòu)得到具象化圖形的補充，讓學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動這一模塊為例，來簡要說明在高中教學中如何借助新思維具象法來培養(yǎng)學生知識的系統(tǒng)性與思維的邏輯性。

天體運動是學完勻速圓周運動后的一個章節(jié)，是對勻速圓周運動及萬有引力定律的實例應(yīng)用。學生在對天體運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，讓學生能夠理清該模塊的相關(guān)概念，加深理解，教師引導學生學會新思維具象圖的繪制。

繪制前需先弄清楚學生問題所在及容易弄混的知識點：學生對于人造地球衛(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，就要求學生能夠真正理解清楚天體運動中的知識內(nèi)涵，了解各類天體運動的運動特點并會做出區(qū)分。天體運動問題中實際用到的公式就兩個：一是環(huán)繞天體中心天體運動時F萬=F向 ;二是物體在中心天體表面運動時F萬=mg。 但實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。這兩個物理學史推進了萬有引力與航天的發(fā)展，故可以把這兩個點當成這艘遨游太空的“飛船”的推進器。開普勒三大定律及萬有引力定律作為天體運動的兩大基礎(chǔ)定律，引導著“飛船”的飛行。而我們在研究天體運動有關(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，而學生也帶著這幅“神舟號”飛船的新思維具象圖踏上了深入學習萬有引力定律的學海征程。

“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，也在學習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)了學科核心素養(yǎng)對高中物理觀念和科學思維的培養(yǎng)要求，也對學生的科學態(tài)度和責任方面有一定的培養(yǎng)。運用新思維具象圖教學可以充分讓集中思維與發(fā)散思維得到完美結(jié)合。當然，不同教師對于這塊專題的理解側(cè)重點不一樣，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)用于復習課，同樣可以運用于概念課、規(guī)律課、實驗課等，教師首先要認識到可視化工具對學生學習物理的積極影響，同樣要有意識地引導教師自身及學生進行可視化工具的應(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，學生大腦中思維的碰撞充分鍛煉與激發(fā)了學生的抽象思維與創(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)學習模式。

參考文獻：

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

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