思維導(dǎo)圖在靜電場中的應(yīng)用探究

李 娜 李江林

（湖北師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石435002）

靜電場是電磁學(xué)一個重要的知識，只有掌握好靜電場的相關(guān)知識才能有效地開展電磁學(xué)后續(xù)相關(guān)知識。靜電場是一門嶄新的學(xué)習(xí)課程，它具有概念性新和研究對象新的特點，如靜電場中的電場線，就是一種看不見的客觀存在的新概念，因此大多數(shù)學(xué)生在理解靜電場的規(guī)律和特性方面存在一定的困難。同時靜電場中大量晦澀難懂的公式和概念會讓剛?cè)氪髮W(xué)的學(xué)生望而生畏。

思維導(dǎo)圖是一種有效、簡單、實用的思維模式，廣泛地應(yīng)用于記憶、學(xué)習(xí)、思索等的思維“地圖”中，對大腦發(fā)散思維的開展有極大好處。托尼·巴贊是一名著名的心理學(xué)家，早在19世紀70年代就已經(jīng)提出了思維導(dǎo)圖的相關(guān)概念，并由此創(chuàng)立出了的一種不同于以往的思維工具和學(xué)習(xí)方法[1]。思維導(dǎo)圖原本的作用是為了改變傳統(tǒng)的、比較復(fù)雜的線性筆記，以提高學(xué)生的記憶。目前為止，在學(xué)習(xí)、管理、教學(xué)等多個方面得到了廣泛的應(yīng)用，多個國家紛紛將思維導(dǎo)圖這一工具加入了原有的教育教學(xué)策略，并得到了非常好的效果[2]。國內(nèi)實際教學(xué)過程中采用思維導(dǎo)圖作為教學(xué)工具的研究比較晚，所以導(dǎo)致目前這一方面取得的研究成果較少。思維導(dǎo)圖在國內(nèi)通常被使用在初高中的一些基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)中，目前仍然處于初步嘗試階段，大學(xué)物理教學(xué)方面采用思維導(dǎo)圖的方式進行教學(xué)的研究就比較少，特別是關(guān)于提高教學(xué)有效性方面的研究比較少[3]。

在學(xué)習(xí)靜電場過程中，大學(xué)教師由于課時少、任務(wù)重會在短時間輸出大量的知識點，這便要求學(xué)生必須在較短的時間學(xué)會這些知識點，由此造成學(xué)生的學(xué)業(yè)壓力比較大。思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生對已學(xué)習(xí)過的知識進行更加全面地梳理，理清知識結(jié)構(gòu)框架，從整體上把握靜電場的知識。思維導(dǎo)圖重點部分在于研究認知結(jié)構(gòu)和探索認知結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的思維變化[4]。本文將從以下幾個方面進行介紹。

1 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖也可以被稱為腦圖、心智地圖，顧名思義，它其實就是一種用圖形方式凸顯內(nèi)容的思維工具，用來提高學(xué)習(xí)效率，學(xué)生就可以采用一種簡單并且實用的方法進行發(fā)散性思維的表達了，而且它可以在枯燥的物理學(xué)習(xí)中加入一些趣味性，讓原本無聊的學(xué)習(xí)變得更加有趣。思維導(dǎo)圖采用了圖形和文字相結(jié)合的技巧，主題關(guān)鍵詞可以采用圖形和顏色等方式，對內(nèi)容進行加工修飾，幫助人們平衡發(fā)展邏輯與想象、科技與藝術(shù)，便于激發(fā)人類大腦的潛能[5]。思維導(dǎo)圖作為一個教學(xué)工具，在構(gòu)建知識框架圖的過程中，學(xué)生能自己對靜電場各部分概念之間的理解進行梳理，有利于深入理解靜電場的內(nèi)容。思維導(dǎo)圖可以幫助師生建立一個完整的靜電場知識框架體系，有助于師生對靜電場部分內(nèi)容進行整合，使靜電場教學(xué)更具有科學(xué)性。思維導(dǎo)圖的重點在于關(guān)鍵詞的提取，這一點也很鍛煉學(xué)生的與語言表達能力。它是記憶與學(xué)習(xí)、思維與應(yīng)用相結(jié)合的有效方法，強調(diào)從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

2 思維導(dǎo)圖在靜電場中的應(yīng)用

2.1 理清靜電場蘊含的知識點

靜電場部分知識點比較零碎。初步把它們分為三大類：兩個基本概念、兩個基本實驗定律、兩個基本定理。從兩個基本概念進行分析理解，學(xué)習(xí)電場強度這部分時，要熟練掌握電場線的特性、方向和密度。電場線的三大特性：第一，從正電荷開始，在負電荷結(jié)束；第二，空間里沒有點電荷的存在，任何兩條電場線都不存在相交；第三，靜電場中電場線永遠不會閉合[6]。勻強電場的含義是本部分的重點，在學(xué)習(xí)勻強電場時，必須要熟練掌握試探電荷，利用試探電荷進行實驗，可以算出電場強度而通過電場的疊加原理就可以算出在學(xué)習(xí)電勢時，對于電勢、電勢能和電勢差的物理意義進行理解，也要能夠明白點電荷的電勢分布，電勢疊加原理和等勢面也是學(xué)習(xí)電勢的重點。在場強與電勢的微分關(guān)系這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，電勢疊加是一種標量疊加，解答相對比較簡單，所以在這種情形下，通常采用先求出電勢分布，然后通過它們之間的微分關(guān)系來對場強發(fā)布進行解答。

學(xué)生在對兩個基本原理進行學(xué)習(xí)時，高斯定理和環(huán)路定理是靜電場這部分內(nèi)容的重點和難點。將從三個方面對高斯定理進行闡述分析。第一點就是E通量，明確它的概念；第二點便是高斯定理的物理意義，對高斯定理這一點要有一個比較深刻的理解，能夠靈活使用高斯定理，通過這一定理導(dǎo)出電場強度疊加原理和庫侖定律；第三點要求得比較高，要會應(yīng)用高斯定理計算電場，這里要明確它計算的條件和步驟。在學(xué)習(xí)靜電場中的環(huán)路定理時，了解靜電場力所做的功以及這個原理的概念。

對兩個基本實驗定律進行梳理時，將這部分內(nèi)容分成了兩個部分，一個是庫侖定律，另一個是疊加原理。在學(xué)習(xí)電荷的過程中，首先要弄清電荷的基本概念，其中不僅要正確理解正負電荷的定義和“同性相斥、異性相吸”這一客觀現(xiàn)象，還要掌握電荷守恒定律和電荷量子化這兩種重要特性。同時，需要能夠熟練應(yīng)用這些特性。庫侖定律中有兩大重要內(nèi)容，一個是方向相反但大小相等，并且沿著它們之間的連線；另一個是大小與距離r2成反比，與它們各自的電荷q1及q2成正比，即，k作為比例常量，常常取決于各物理量之間單位的選取。其中矢量形式的表達式為學(xué)習(xí)疊加原理時，理清它的文字表述及物理意義。

學(xué)習(xí)靜電場分布求解時，理解電場強度概念的物理意義，電場強度這部分中的三種計算方法是尤為重要的。在電勢計算的應(yīng)用中要熟悉掌握兩個計算方法。

學(xué)生學(xué)習(xí)靜電場的基本概念和公式，逐步深入介紹每個知識點后面蘊含的內(nèi)容。采用層層遞進的講解方式相對于只是單純的講解更容易讓學(xué)生產(chǎn)生聯(lián)想，并記住相關(guān)知識，使學(xué)生在一定程度上縮短學(xué)習(xí)時間。

2.2 理清各個知識點之間的理論聯(lián)系

思維導(dǎo)圖是一個能夠呈現(xiàn)自己思維過程的工具，學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖的過程中，能迅速掌握整個知識結(jié)構(gòu)，促進學(xué)生形成直覺思維，并且能夠加快學(xué)生知識的遷移。將思維導(dǎo)圖用于所做靜電場的總結(jié)，可以清晰呈現(xiàn)獨立知識點之間的關(guān)聯(lián)性。

據(jù)思維導(dǎo)圖的特點，筆者對靜電場的內(nèi)容有了整體的了解后，再對各個部分進行梳理，形成一個結(jié)構(gòu)體系。由圖1可以看出靜電場的知識分為了四大類：兩個基本概念、兩個基本實驗定律、兩個基本定理、靜電場分布求解。圖1的框架圖可以幫助學(xué)生更好地把握重點，能夠整體理解靜電場的主要內(nèi)容。 然后在對四個部分進行細致梳理。根據(jù)圖1的知識結(jié)構(gòu)圖，能夠幫助學(xué)生對靜電場有一個大致的理解，方便其對知識的匯總。它凸顯出了各個知識點的聯(lián)系，將復(fù)雜煩瑣的知識點清晰化，物理概念和規(guī)律是物理知識的核心部分，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容對靜電場的知識進行梳理。圖1至圖5是筆者制作的靜電場各部分不同模塊的思維導(dǎo)圖。通過圖1對靜電場部分有了大致了解，知道了本章的重點，然后在對各個部分逐一攻破。學(xué)生在進行第一部分兩個基本概念的學(xué)習(xí)時，把握整個部分的學(xué)習(xí)，對電場強度的概念進行進一步的理解，聯(lián)系電勢進行學(xué)習(xí)，著重突破電勢與靜電場的微分關(guān)系。圖2至圖5展現(xiàn)了這四個部分的細化分析，而這四個部分相輔相成。

圖1 靜電場的知識框架圖

圖2 兩個基本概念的知識框架圖

圖3 兩個基本原理的知識框架圖

圖4 兩個基本實驗定律的知識框架圖

圖5 靜電場分布求解方法的知識框架圖

從學(xué)生角度來看,采用思維導(dǎo)圖歸類方式可將各個零散的知識點進行整合，組建成一個知識網(wǎng)絡(luò)，透過孤立知識點看到內(nèi)在聯(lián)系，加深對靜電場理論體系的理解，使學(xué)生從學(xué)習(xí)物理的表層內(nèi)容而逐漸實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

3 結(jié)語

本文重點研究了思維導(dǎo)圖在靜電場部分的應(yīng)用。從本文的內(nèi)容來看，思維導(dǎo)圖明顯在靜電場的學(xué)習(xí)中發(fā)揮了極其重要的輔助作用，思維導(dǎo)圖的這種形式可以作為一種學(xué)習(xí)和教學(xué)方法廣泛應(yīng)用于靜電場學(xué)習(xí)中，促進其成為物理課上的一個必不可缺的部分。學(xué)生通過思維導(dǎo)圖將已有的知識構(gòu)建相應(yīng)的知識框架圖，整合物理知識點并體驗共享的樂趣，教師則可以幫助學(xué)生理解物理概念的實質(zhì)，探索深層次物理概念之間的關(guān)系，提高他們解決問題的能力，并激發(fā)他們的想象力和創(chuàng)新能力。