思維導(dǎo)圖助力物理實(shí)驗(yàn)思維可視化的應(yīng)用探索-以“多用電表的改裝”實(shí)驗(yàn)為例 論文

思維導(dǎo)圖助力物理實(shí)驗(yàn)思維可視化的應(yīng)用探索”實(shí)驗(yàn)為例摘要：將思維導(dǎo)圖引入物理實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，能夠助力實(shí)驗(yàn)思維可視化。以“多用電表的改裝”實(shí)驗(yàn)為例，從課本例題引發(fā)思維起源，通過探究電壓表、電流表、歐姆表的改裝原理逐步過渡到多用電表的改裝，循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，發(fā)展學(xué)生思維的廣度和深度。關(guān)鍵詞:思維導(dǎo)圖物理實(shí)驗(yàn)思維可視化科學(xué)思維隨著信息技術(shù)的發(fā)展和對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的相關(guān)研究不斷深入，近年來(lái)研究者把思維可視化引入到教育教學(xué)研究領(lǐng)域。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中占據(jù)重要地位，因而實(shí)驗(yàn)思維可視化也應(yīng)得到高度的重視和深入研究。一、思維導(dǎo)圖促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)思維可視化的意義思維是發(fā)現(xiàn)新事物，探索其規(guī)律，抽象總結(jié)概念等一系列的心理過程，這種心理過程是復(fù)雜的、隱性的，若能借助某種技術(shù)將復(fù)雜而隱性的思維過程顯性化，必能對(duì)思維發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。思維可視化即將本來(lái)不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現(xiàn)出來(lái)，并將思維過程存留下來(lái)的一種方法，思維可視化也是作為思考、分析、改進(jìn)教學(xué)的策略性工具。思維可視化既能為后續(xù)自我反思性學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)，也能為和后來(lái)者學(xué)習(xí)提供借鑒。思維導(dǎo)圖以發(fā)散的結(jié)構(gòu)和清晰的主題層次來(lái)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的邏輯性，以色彩、圖形、符號(hào)和關(guān)聯(lián)詞來(lái)突出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，用關(guān)聯(lián)線和連接線表示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)原理之間的關(guān)聯(lián)，將抽象思維和形象思維有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可見思維導(dǎo)圖是較好的圖形思維工具。借此，將思維導(dǎo)圖這一思維可視化助力工具用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法等可視化表達(dá)，實(shí)現(xiàn)隱性思維顯性化，使學(xué)生將模糊不清的思想轉(zhuǎn)化成為清晰的外在形態(tài)，降減了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的復(fù)雜度和認(rèn)知難度，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力都具有重要意義。二、思維導(dǎo)圖能夠直觀呈現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)階發(fā)展過程“科學(xué)思維”的培養(yǎng)需基于對(duì)簡(jiǎn)單問題的探究為起點(diǎn)，在問題解決的過程中得以漸進(jìn)性發(fā)展。在“多用電表的改裝”這一實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者抓住“一表多用”這一實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑橹骶€，結(jié)合“閉合電路歐姆定律”原理，逐步引導(dǎo)學(xué)生探究電壓表的改裝、電流表的改裝、歐姆表的改裝，進(jìn)而改裝成多用電表，在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案不斷完善，對(duì)問題的研究層層深入，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、以及思維的深度和廣度。筆者借助思維導(dǎo)圖軟件將學(xué)生思維的進(jìn)階發(fā)展過程直觀呈現(xiàn)出來(lái)，能夠培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)思維方法和習(xí)慣，也利于幫助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的深入理解。對(duì)于“多用電表的改裝”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，筆者設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)探究環(huán)節(jié)：環(huán)節(jié)一：（電壓表的改裝）基于對(duì)簡(jiǎn)單問題的探究為起點(diǎn)，引起思維起源。在高中物理（人教版）《選修3-1》第二章第4節(jié)“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”一節(jié)中，課本首先給出了例題1】，題中給出了表頭（小【量程電流表）的內(nèi)阻值和滿偏電流值，提出的問題是：如何將一個(gè)小量程電流表改裝成一個(gè)電壓表，以及改裝后電壓表的內(nèi)阻如何計(jì)算。通過此例題的學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)識(shí)了表頭（小量程電流表）的三個(gè)參數(shù)，并且意識(shí)到用表頭可以改裝成電壓表，深入探究可知表頭還可以改裝成多量程電壓表，以及對(duì)應(yīng)的不同量程電壓表的量程計(jì)算或內(nèi)阻計(jì)算。再引導(dǎo)學(xué)生用思維導(dǎo)圖畫出上述改裝的思路及電路圖，選擇較為完善的思維導(dǎo)圖（如圖1）分享給其他同學(xué)并保存。環(huán)節(jié)二：（電流表的改裝）通過對(duì)問題的類比聯(lián)想，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。通過對(duì)多量程電壓表改裝原理的學(xué)習(xí)，同學(xué)們自然會(huì)思考：可否將表頭改裝成多量程電流表呢？帶著這一問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比聯(lián)想：上述我們是將表頭與電阻串聯(lián)改裝成了電壓表，試想一下我們應(yīng)如何改裝電流表？學(xué)生的思維可能一下子就會(huì)活躍起來(lái)，自然會(huì)考慮到應(yīng)將表頭與電阻并聯(lián)。適時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生用思維導(dǎo)圖類比畫出電流表的改裝思路及電路圖，并選擇較為完善的思維導(dǎo)圖（如圖2）作為分享和保存。這樣，通過類比學(xué)習(xí)激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造性思維能力，達(dá)到了觸類旁通的教學(xué)效果。環(huán)節(jié)三：（歐姆表的改裝）通過對(duì)問題的遷移想象，培養(yǎng)學(xué)生思維的深度。有了前面關(guān)于電壓表、電流表的改裝經(jīng)驗(yàn)做鋪墊，正好進(jìn)一步引導(dǎo)：我們可否用表頭改裝成一個(gè)可以測(cè)量電阻的儀表即歐姆表？學(xué)生深入思考以后會(huì)發(fā)現(xiàn)這一問題有點(diǎn)另類：表頭測(cè)量的是電流，而實(shí)驗(yàn)需要得到是電阻值，結(jié)合所學(xué)的歐姆定律會(huì)想到，電路中所接的電阻越大電流會(huì)越小。這時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理（人教版）《選修3-1》第二章第8節(jié)“多用電表的原理”一節(jié)的相關(guān)例題，通過對(duì)例題的學(xué)習(xí)學(xué)生的思維會(huì)忽然開朗。歐姆表的原理所用的是“閉合電路歐姆定律”，對(duì)電阻的測(cè)量需將表頭顯示的電流值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電阻值方可直接讀數(shù)，那么測(cè)量之前就需要調(diào)零，即當(dāng)所測(cè)電阻為零時(shí)電流表要達(dá)到滿偏狀態(tài)，調(diào)零以后才可以進(jìn)行電阻的測(cè)量。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生帶著對(duì)問題的深入思考，用思維導(dǎo)圖畫出歐姆表的改裝思路和相應(yīng)的電路圖，仍選擇較為完善的思維導(dǎo)圖（如圖3）作為分享和保存。通過對(duì)問題的遷移想象，培養(yǎng)了學(xué)生思維的深度。環(huán)節(jié)四：（多用電表的改裝）通過對(duì)綜合問題的探究，培養(yǎng)學(xué)生思維的廣度。通過上述探究性學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)電壓表的改裝、電流表的改裝、歐姆表的改裝已經(jīng)有了較全面認(rèn)識(shí)，學(xué)生對(duì)問題的思考漸入深層，正是引入“多用電表改裝”的好時(shí)機(jī)。引導(dǎo)學(xué)生可否將上述保存的幾個(gè)電路圖融合在一起，改裝成多用電表，這樣即可達(dá)到一表多用的功效。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生用思維導(dǎo)圖畫出改裝多用電表的思路及電路圖，再選擇較為完善的思維導(dǎo)圖（如圖4）作為分享和保存。這樣由單一電表的改裝學(xué)習(xí)上升到多用電表的改裝學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)了學(xué)生思維的廣度。三、思維導(dǎo)圖能夠清晰反映學(xué)生科學(xué)思維的邏輯性和系統(tǒng)性通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)“多用電表的改裝”原理和思路已經(jīng)比較清晰了，至此老師可以引導(dǎo)學(xué)生，如果將前面保存的比較理想的幾個(gè)分立思維導(dǎo)圖組合成一個(gè)完整的大圖，那樣不但可以加深我們對(duì)多用電表改裝原理的認(rèn)識(shí)，還可以為后續(xù)做實(shí)驗(yàn)和復(fù)習(xí)提供支持。然后讓學(xué)生嘗試畫出“多用電表的改裝”思維導(dǎo)圖全圖，并針對(duì)學(xué)生所畫的思維導(dǎo)圖研討其掌握的知識(shí)是否全面系統(tǒng)，知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯性是否嚴(yán)密。雖然學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了“多用電表的改裝”，并不代表由分立電路圖到融合后的電路圖所有細(xì)節(jié)學(xué)生都已了然。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：1、對(duì)于多用電表中（如圖4所示）的電壓表內(nèi)阻如何計(jì)算？2、對(duì)于多用電表中（如圖4所示）調(diào)零后的歐姆表內(nèi)阻如何計(jì)算？3、更換歐姆表倍率后是否要進(jìn)行重新調(diào)零？4、歐姆表內(nèi)電源電動(dòng)勢(shì)變小或內(nèi)阻變大，測(cè)量的準(zhǔn)確性是否會(huì)受到影響？……上述問題正是學(xué)生可能認(rèn)識(shí)不夠深入而易忽視的難點(diǎn)，因此成為學(xué)生考試的易錯(cuò)點(diǎn)。對(duì)于學(xué)生可能出現(xiàn)的認(rèn)識(shí)缺陷和理解誤區(qū)，老師可以對(duì)學(xué)生的思維導(dǎo)圖進(jìn)行一些補(bǔ)充完善，比如精選一些有關(guān)多用電表的試題或給出一些有關(guān)“多用電表的易錯(cuò)題”，以“附件”形式添加一個(gè)新主題，也可以以“便簽”形式添加到相應(yīng)的主題下，便于學(xué)生隨時(shí)打開學(xué)習(xí)。（如圖5）所示為完善后的“多用電表的改裝”思維導(dǎo)圖全圖。通過這個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的思維層層加碼，使學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)中，學(xué)生的思想會(huì)變得深邃，對(duì)問題的洞察力更加深刻。只有經(jīng)過深度學(xué)習(xí)學(xué)生的思維才能更靈活，解決實(shí)際問題才能得心應(yīng)手，通過這樣深度學(xué)習(xí)的過程深化了學(xué)生的科學(xué)思維。總之，將思維導(dǎo)圖引入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，體現(xiàn)了隱性思維顯性化，能夠反映科學(xué)思維是逐步遞進(jìn)的發(fā)展過程，思維導(dǎo)圖還可以清晰反映了學(xué)生科學(xué)思維的邏輯性和系統(tǒng)性，有助于