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基于思维导图的物理概念教学设计

       ——以“摩擦力”为例

山东省滕州市第二中学  史孝武

摘要：高中物理内容思维难度较大，需要解决的问题也比较复杂，这需要教师选择合理的方法为学生提供思维训练。思维导图作为一种知识的可视化工具，对于学生建构知识系统具有明显的优势。本文通过高中物理必修一《摩擦力》这节内容例，探讨了思维导图教学模式在高中物理概念教学中的应用策略。

关键词：思维导图 概念教学 摩擦力

英国心理学家巴赞(Tony Buzan)于19世纪60年代提出“思维导图”这一风靡世界的思维工具。思维导图将中心主题置于中央位置，由中心主题向外发散分支，整个思维导图就像心脏及其周边的血管网。它能突出信息的重点，舒畅思路，使人容易看清本质，因此思维导图被越来越多地应用于各个领域。

高中物理普遍反映难学。原因是高中物理内容逻辑性较高，思维难度、强度较大，需要解决的问题也较复杂，这就要求教师需选择合理的教学方法为学生提供科学的思维方法训练。有多项研究表明思维导图作为一种知识的可视化工具，在物理教学中合理应用思维导图，可以帮助学生将纷繁的知识系统化和结构化，在大脑中形成完整的知识体系。学生不再简单地拘泥于课本，不再简单地就事论事，通过自己的分析、判断，主动获取知识，从而明显提高学习效率。

人教版高中物理必修一《摩擦力》这节内容是在初中摩擦力知识基础上的延伸和拓展。它内容较多，且问题复杂，是本章的教学重点，也是教学难点。应用思维导图进行教学设计可以向学生展现概念的形成过程，显化其概念形成的思维过程，从而扫清学生错误的前概念。笔者通过该课为例说明思维导图教学模式在高中物理概念教学中的应用。

环节一：创设情境、明确问题

摩擦力是学生在初中就涉及到的概念，而且和日常生活联系密切，比较容易引入。本案例采用一个小游戏导入：学生伸出手掌，按在桌面上下压，能感受到桌面产生的弹力作用。保持着这种压力不变沿着桌面前推手掌，我们明显能感受到一种阻碍手掌启动和运动的力，这个力就是摩擦力。这个小实验可以激发学生的兴趣，有利于课堂教学的展开。教师可趁机让学生思考:手掌启动时与运动时的受到的摩擦力的特点有何异同。

通过教师与学生的这个互动小实验，引入本节课所需探究的问题，即摩擦力。

环节二:展示旧图、发散联想

学生在学习摩擦力之前已经学习过重力、弹力，可以仿照研究前两种力的方法来研究摩擦力，这样课堂教学容易展开，学生也比较容易接受。因此，可展示当时研究重力的思维导图（图1），引导学生认识到可从哪些方面来研究摩擦力。

环节三：收集资料、自主构图

教师在学生初中所学摩擦力知识的基础上，结合上课初的互动小实验引导、总结出摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力两种情况。学生已完全学会了重力、弹力相关知识，教师让学生在已有知识的基础上仿照重力、弹力的定义和产生条件，自主思考静摩擦力和滑动摩擦力的定义和产生条件，并建构思维导图（图2和图3）。

环节四：交流讨论、协作构图

进行摩擦力的三要素教学时，可让学生小组交流讨论先得出静摩擦力和滑动摩擦力的作用点和方向，进行协作构图（图4和图5）。

两个物体间没有相对运动，学生往往不了解什么是相对运动的趋势，在解决有关静摩擦力的问题时，学生会常感到很难判断静摩擦力的方向。这是教学中的重点也是难点，需要教师帮助学生一起解决。教师可通过演示毛刷实验（图6）帮助学生理解相对运动趋势方向。在毛刷与桌面相对静止的情况下，观察刷毛的形状有什么变化，从而判断各自所受的静摩擦力的方向。也就是说当物体间存在相对运动趋势时，可观察它们的接触面发生怎样的形变，某物体所受的静摩擦力的方向就是促使它发生形变的方向。

毛刷实验可以帮助学生正确认识静摩擦为的方向，但在有些实际情境中（不容易观察接触面形变），判断静摩擦力的存在和方向仍是学生的一大难点。教师需要继续帮助学生总结方法来克服这一难点，教师可以用下面的情境作为小组讨论的素材（图7）。

通过师生讨论，可以总结出“假设法”，即假设接触面光滑，物体相对运动的方向就是相对静止时物体相对运动趋势的方向。学生可以在图4的基础上继续协作构图完成图8。

关于静摩擦力、滑动摩擦力的大小，是教学重点，但学生自主探究的难度不大。教学中，教师可利用教材57-58页实验让学生进行分组实验^[4]。实验结束后，组织小组进行交流讨论，得出静摩擦力的大小应采用二力平衡法进行求解，而滑动摩擦力大小跟两个物体表面间的垂直作用力成正比，用进行求解。

讨论交流后，学生再次进行协助构图，完成图9和图10。

学生对于摩擦力的作用效果有错误的前概念，认为摩擦力总是阻碍物体的运动，是阻力。教学中，教师在对前面的知识进行点评后，带领学生一起思考，静摩擦力、滑动摩擦力是否总是阻碍物体的运动。具体来说，教师可以举出一些实际生活中的例子引导学生思考讨论，如(1)走路过程中的静摩擦力，(2)视频演示传送带运输物品至高处，(3)视频演示物体轻放于传送带，物体刚启动过程等。通过一系列实例或视频展示，让学生知道摩擦力也可以是动力，消除学生错误的前概念。学生继续完善思维构图（图11和图12），从而真正掌握摩擦力这一概念。

总之，应用思维导图进行高中物理概念教学的重点是向学生展现概念的形成过程，扫清学生错误的前概念。思维导图的每一级分支的过渡都需要学生有充分的感性认识，只有当学生具有这样的感性认识后才能过渡到下一个分支，在绘制思维导图过程中，学生也就不知不觉地了解到了物理概念的形成过程。教学中，教师采用展示旧图、自主构图、协作构图、完善构图等环节着重显化概念形成的思维过程，可以有效帮助学生体会到物理概念的内涵和外延，从而真正理解物理概念的实质。

参考文献：

[1]蔡铁权，程越峰.观念地图的中学物理教学应用[J].物理教学，2014（5）：6

[2]包伟清. 以思维导图提高高中物理教学的有效性[J].物理教学，2014（11）：31

[3]邢小丽.基于思维导图的高中物理教学模式探究[D].扬州大学硕士论文，2015

[4]人民教育出版社课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2010,3