基于思維可視化的教學(xué)策略

劉品蘭 譚敏

[摘 要]很多學(xué)生在小學(xué)和初中階段學(xué)習(xí)優(yōu)秀，但是到了高中階段就會(huì)在學(xué)習(xí)上感到困難，尤其是物理學(xué)科，這大都是因?yàn)樗季S方法上存在問(wèn)題。理科思維應(yīng)從小學(xué)階段開始培養(yǎng)，小學(xué)數(shù)學(xué)和高中物理在思維方法上是共通的，在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師培養(yǎng)學(xué)生的理科思維，可讓學(xué)生對(duì)后學(xué)段學(xué)習(xí)進(jìn)行靈活遷移和應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]小學(xué)數(shù)學(xué);高中物理;思維可視化;理科思維

[中圖分類號(hào)] G623.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-9068（2021）35-0046-02

一、理論基礎(chǔ)

1.沉錨效應(yīng)

沉錨效應(yīng)，指的是人們?cè)谧鳑Q策和判斷時(shí)易受第一印象或第一信息支配，就像沉入海底的錨一樣把人們的思想固定在某處。按照這個(gè)理論，學(xué)生最早養(yǎng)成的思維習(xí)慣將會(huì)成為以后解決問(wèn)題時(shí)最先依賴的思考方式。因此，在小學(xué)階段，教師就要讓學(xué)生勤于思考、重視過(guò)程與方法、形成良好的思維習(xí)慣，掌握對(duì)后學(xué)段學(xué)習(xí)有利的思維方式，為后學(xué)段的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

2.遷移理論

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生是信息加工的主體，是意義的主動(dòng)建構(gòu)者，而不是知識(shí)的被動(dòng)接受者。在學(xué)習(xí)中，除了具體的知識(shí)，學(xué)生也會(huì)把以前掌握的思維方法，自覺地遷移應(yīng)用到新知的學(xué)習(xí)中，從而構(gòu)建自己的認(rèn)知體系，并且這個(gè)遷移是沒有學(xué)科界限的。思維方法處于知識(shí)的上位，其掌握的程度決定著學(xué)生大腦中概念的抽象性、概括性和包容性水平。這些水平越高，學(xué)生舉一反三的能力就越強(qiáng)，思維越深刻，智慧水平越高。對(duì)此，小學(xué)階段就要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握知識(shí)蘊(yùn)含的思維方法，這能夠讓其在后學(xué)段的理科學(xué)習(xí)中提高學(xué)習(xí)效率。

二、小學(xué)數(shù)學(xué)思維與高中物理思維的聯(lián)系

學(xué)科的思維方法不是具體的學(xué)科知識(shí)，而是基于具體的學(xué)科概念、原理和定律。通過(guò)探討學(xué)科的內(nèi)在特點(diǎn)和規(guī)律，整理和總結(jié)出來(lái)的思想觀念、思維方式和學(xué)習(xí)方法，能體現(xiàn)該學(xué)科的本質(zhì)與價(jià)值，為學(xué)生提供了一種獨(dú)立學(xué)習(xí)、探究的方法，有助于提高學(xué)生問(wèn)題解決能力和學(xué)科創(chuàng)新能力。

由于思維方法具有跨學(xué)科性，小學(xué)階段學(xué)到的數(shù)學(xué)思維方法也常被應(yīng)用于物理學(xué)科的學(xué)習(xí)中。例如，小學(xué)畫圖解題的數(shù)形結(jié)合思維經(jīng)常用來(lái)處理高中物理的運(yùn)動(dòng)圖像問(wèn)題;小學(xué)數(shù)學(xué)解應(yīng)用題中學(xué)到的程序思維用于處理多過(guò)程的物理問(wèn)題;小學(xué)階段推導(dǎo)圓面積所用的逼近思想用于高中推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間關(guān)系公式;小學(xué)數(shù)學(xué)中的等效替換的解題技巧常用于物理電路學(xué)問(wèn)題中的等效電阻、等效電源等。

三、學(xué)生物理思維的現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)策略

1.現(xiàn)狀

小學(xué)生的思維方式以感性思維為主，尤其在低年級(jí)，很多時(shí)候?qū)W生僅僅靠對(duì)知識(shí)的表層理解和記憶，就能在考試中取得不錯(cuò)的成績(jī)。如果長(zhǎng)時(shí)間使用這種功利化的教學(xué)方式，學(xué)生就容易養(yǎng)成懶于思考的不良習(xí)慣，錯(cuò)過(guò)掌握相應(yīng)思維方法的最好時(shí)機(jī)。當(dāng)面對(duì)高中物理問(wèn)題時(shí)，不會(huì)將對(duì)應(yīng)的思維方法合理遷移到學(xué)習(xí)中，也無(wú)法將物理思維同化到已有的認(rèn)識(shí)模式中。

2.應(yīng)對(duì)策略

思維可視化就是指以圖示的方式把原本不可見的思維結(jié)構(gòu)、思考路徑及方法變得可見的過(guò)程。它可以給以感性認(rèn)識(shí)為主的小學(xué)生更加直觀和形象的理解。思考賦予了知識(shí)生命力，離開思考的學(xué)習(xí)必然是枯燥而低效的，提高教學(xué)效能的關(guān)鍵在于挖掘與呈現(xiàn)知識(shí)背后的思維規(guī)律并讓學(xué)生掌握它。因此，在平時(shí)的教學(xué)中，教師要讓學(xué)生主動(dòng)思考和探究，利用思維可視化的策略，讓學(xué)生活動(dòng)過(guò)程中的思維從不可見變得可見，提高學(xué)習(xí)效率。

四、教學(xué)案例

1.守恒的思維

【例1】如圖1所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，虛線為等差等勢(shì)面。一個(gè)正電荷在等勢(shì)面L3處的動(dòng)能為20 J，運(yùn)動(dòng)到等勢(shì)面L1處時(shí)動(dòng)能為零?，F(xiàn)取L2為零電勢(shì)參考平面，則當(dāng)此電荷的電勢(shì)能為4 J時(shí)，它的動(dòng)能是多少？（不計(jì)重力及空氣阻力）

這是高二物理靜電場(chǎng)中的一個(gè)常見問(wèn)題，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)較難。該題目情景中僅有電場(chǎng)力做功，所以電荷的電勢(shì)能和動(dòng)能此消彼長(zhǎng)，總能量是守恒的，解決問(wèn)題的關(guān)鍵就在于找出這個(gè)總能量。在小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，也有很多類似的題目，教師可以在平時(shí)的教學(xué)中有意強(qiáng)化這種思維。

【例2】姐姐和弟弟共有60張郵票。（1）如果姐姐給弟弟5張后，姐姐的郵票數(shù)量是弟弟的2倍，姐姐和弟弟原來(lái)各有多少?gòu)堗]票？（2）如果弟弟給姐姐5張后，姐姐的郵票數(shù)量是弟弟的3倍，姐姐和弟弟原來(lái)各有多少?gòu)堗]票？

通過(guò)圖示（如圖2），首先明確無(wú)論姐弟之間怎么互給郵票，總數(shù)都是不變的。然后，引導(dǎo)學(xué)生找到最終姐弟各自的郵票在總份數(shù)中所占的份數(shù)，從而求出現(xiàn)在各自的數(shù)量，再推導(dǎo)出原來(lái)的數(shù)量。最后，再對(duì)這類題型進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生明白在解決問(wèn)題中抓住守恒思維的重要性，理解在變化之中有不變，不變的量往往就是解決問(wèn)題的突破口。

2.轉(zhuǎn)換的思維

【例3】如圖3所示，一條形磁鐵靜止在斜面上，固定在磁鐵中心的豎直上方的水平導(dǎo)線中通有垂直紙面向里的恒定電流，如果增大導(dǎo)線中的電流，試分析磁鐵對(duì)斜面的壓力F和摩擦力f的變化情況。

這是高中物理中常見的題型，如果選用常規(guī)的思維直接研究磁鐵將很難入手，解題的關(guān)鍵是利用牛頓第三定律轉(zhuǎn)而思考導(dǎo)線的受力情況，通過(guò)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象來(lái)解決問(wèn)題。為了讓學(xué)生掌握這種思維方法，筆者在教學(xué)中選取了下面的題目。

【例4】小明的鉛筆支數(shù)是小華的3倍，如果小明給小華5支，小明比小華還多2支。兩人原來(lái)各有鉛筆多少支？

如圖4所示的思維過(guò)程中，無(wú)論這兩人之間怎么互給鉛筆，鉛筆總數(shù)不變。在給鉛筆之前，兩人的鉛筆數(shù)量之間有倍數(shù)關(guān)系，如果在給了鉛筆后仍然有倍數(shù)關(guān)系，那么這個(gè)問(wèn)題就會(huì)變得容易一些，但是給了5支鉛筆后，他們之間的倍數(shù)關(guān)系不明確了。因此，可以將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為怎么給鉛筆能夠找到新的倍數(shù)關(guān)系。通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)當(dāng)小明給小華6支鉛筆后，他們就一樣多了，再利用關(guān)系圖對(duì)比，就知道兩人各自原來(lái)的鉛筆數(shù)量。通過(guò)圖示對(duì)思維的具體表現(xiàn)，學(xué)生學(xué)會(huì)了將問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化來(lái)解決。

思維方法比具體的學(xué)科知識(shí)更重要，當(dāng)學(xué)生學(xué)會(huì)把各個(gè)學(xué)科的思維方法加以綜合運(yùn)用并跨學(xué)科遷移，其學(xué)習(xí)的效率和應(yīng)用新知的能力也會(huì)得到提升。小學(xué)數(shù)學(xué)中蘊(yùn)含著許多對(duì)高中物理乃至終身學(xué)習(xí)非常重要的思維方法，這就需要我們?cè)谛W(xué)階段有意識(shí)地強(qiáng)化學(xué)生對(duì)這些思維方法的掌握，全面提升學(xué)生的思維能力，為后面的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[3] 馬立麗，金洪源.提高學(xué)科學(xué)習(xí)能力的元認(rèn)知策略與培養(yǎng)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

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[5] 陳涵.利用“思維可視化”培養(yǎng)高一學(xué)生物理解題思維[J].湖南中學(xué)物理，2017，32（06）.

（責(zé)編 李琪琦）