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摘要:借助思維可視化工具，通過以非常規(guī)方法測電阻為例，讓知識(shí)構(gòu)建和解決問題的思維過程可視，引導(dǎo)學(xué)生從不會(huì)思考到如何思考、會(huì)思考，真正抓住解決問題的本質(zhì)，從而達(dá)到構(gòu)建起學(xué)生解題思維模型能力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞:思維;可視化;測電阻

物理教師經(jīng)常遇到的問題是:學(xué)生經(jīng)常說:“老師，上課我都聽得懂，但一遇到做題我就悶了?！逼湓蜻€是我們在教學(xué)中重在知識(shí)的獲得、方法的灌輸和習(xí)題的強(qiáng)化訓(xùn)練，沒有重視學(xué)生“知識(shí)構(gòu)建”和“解決問題”的思維過程，讓學(xué)生長期處于淺思考、不思考、不會(huì)思考的學(xué)習(xí)狀態(tài)，抑制了學(xué)生物理學(xué)科思維能力的培養(yǎng)。造成學(xué)生對(duì)物理公式、概念和規(guī)律等知識(shí)的學(xué)習(xí)散、零、亂，學(xué)生認(rèn)為物理的學(xué)習(xí)只需記，然后做題訓(xùn)練，物理學(xué)習(xí)變成一種過關(guān)考試，教師缺乏對(duì)物理思想、物理思維品質(zhì)系統(tǒng)性的培養(yǎng)，學(xué)生不懂思考、不懂如何學(xué)習(xí)物理，認(rèn)為物理難學(xué)，以至于最后厭學(xué)物理，到了高中，學(xué)生物理成績更是一落千丈。如何讓學(xué)生從“不會(huì)思考”到“會(huì)思考”，并達(dá)到構(gòu)建解題模型的能力呢?思維可視化就是一個(gè)很好的手段。思維可視化就是指運(yùn)用一系列圖示技術(shù)如思維導(dǎo)圖、流程圖、概念圖、模型圖等，把本來不可視的思維(思考方式和思考路徑)呈現(xiàn)出來，使其清晰可見，便于人們高效地記憶、理解和應(yīng)用知識(shí)，從而提高人們學(xué)習(xí)或處理問題的能力。可視化能讓教師的解題思路與模型的構(gòu)建具象化地呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生直觀、可視、可模仿，這恰好符合初中學(xué)生由形象到抽象的認(rèn)知發(fā)展水平，有利于他們形成正確的物理學(xué)科思維。同時(shí)，讓學(xué)生自己的思維和建模過程也通過可視化方式呈現(xiàn)出來，學(xué)生可以明確自己思維的“堵點(diǎn)”在哪，或者思維的不完善與偏差在哪，從而進(jìn)行幫助學(xué)生，理清思維，有利于幫助學(xué)生構(gòu)建正確的解題思維模型。下面就以“測未知電阻題型”為例，談?wù)劷柚?a href="http://m.rqylqx.com/lunwen/jylw/chuzhongwulilunwen/202108/821776.html" target="_blank">思維可視化方式在初中物理解題思維模型中的構(gòu)建方法。

一、思維可視化引導(dǎo)，架構(gòu)解題通道，形成解題模型

在學(xué)習(xí)伏安法測電阻后，教師都會(huì)展開“非常規(guī)法測電阻”的教學(xué)。如，只有一個(gè)電壓表和已知電阻為R0的定值電阻一個(gè)，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測出Rx的電阻。要求寫出主要測量步驟及表達(dá)式(所測的量用適當(dāng)?shù)淖帜副硎?。這種類型的問題往往對(duì)于初中學(xué)生來說難度較大，原因就在于已知到未知之間的距離較大，學(xué)生要跨過好幾道坎，一下子難以解決問題。如何突破這一難題，教師以思維可視化為工具架起思維通道，根據(jù)題意，由知識(shí)的本源出發(fā)，即實(shí)驗(yàn)原理R=UI，架構(gòu)起思維的流程圖，如下圖1所示。難點(diǎn)在于Ix的解決，教師引導(dǎo)學(xué)生回到已知給出的條件R0和電壓表，學(xué)生就很容易地想到應(yīng)用歐姆定律完成圖中②的問題;教師在此基礎(chǔ)上追問:“怎樣讓I0=Ix呢?”“串聯(lián)”這一想法浮現(xiàn)而出，設(shè)計(jì)出③也就比較順利。解決問題后，不是就此放過，而是教師要站在思維的高度上，對(duì)方法進(jìn)行歸納，應(yīng)用圖中②就是等效于伏安法中的電流表，明確等效思想在此的應(yīng)用如圖中⑦所指。若教學(xué)停留在此，那思維的廣度與深度就不夠，也難以達(dá)到思維的建模目的。此時(shí)，教師就要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)串聯(lián)電路U=U1+U2的電壓關(guān)系，獲得圖中③④的解決辦法，測量U0、Ux有電壓表直接測量和間接測量。在上面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，若直接要求學(xué)生進(jìn)行電表不可拆的電路設(shè)計(jì)，又會(huì)有一個(gè)攔路虎，讓大多數(shù)的學(xué)生難以跨越。關(guān)鍵的問題在于學(xué)生的這種思維過程是教師引導(dǎo)下的，缺乏用自身所構(gòu)建的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)去解決問題，去自主思考、自主構(gòu)建，只是完成一種解決問題的思維流程，不能抓住思維的本質(zhì)而上升到學(xué)科思維的培養(yǎng)，學(xué)生解決一題是一題，不能達(dá)到觸類旁通。這時(shí)，教師就要充分利用思維可視的好處，使解題的思維過程不再是隱性的過程，而是靜止的圖示和動(dòng)態(tài)的思維兩者的組合，讓學(xué)生思維過程直觀可視。學(xué)生就能從原有思維可視化圖1中，直觀、清晰地進(jìn)行對(duì)②③④方法的歸納總結(jié)，測量未知電阻的關(guān)鍵就在于測量U0、Ux兩個(gè)物理量，可以直接測量，也可以間接測量。因此后續(xù)電表不可拆設(shè)計(jì)的問題圖中⑤就順其自然，不管是應(yīng)用開關(guān)斷開或閉合，還是移動(dòng)變阻器劃片，其目的還是為了測量U0、Ux兩個(gè)物理量，教學(xué)的難點(diǎn)得以突破。在問題解決后，教師一定要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行反思，此時(shí)的反思又分為兩種，一種是利用思維可視化的圖示，按照圖示流程，引導(dǎo)學(xué)生把整個(gè)解題的思維歷程，重新梳理一遍，使整個(gè)思維過程從模糊變清晰、從缺漏變完整、從零散變系統(tǒng)，形成初步的解題思維流程。另一種就是如圖中⑥的虛線思維過程，采用逆向思維，教師引導(dǎo)學(xué)生反思，不管是②③④的電表可拆還是⑤中的電表不可拆，其解題關(guān)鍵都是U0、Ux兩個(gè)物理量，而通道的獲得，恰恰是歸溯回測電阻原理這一解決問題的本質(zhì)，從而形成基本的、簡潔的解題思維流程模型。這樣的教學(xué)不再是灌輸式的，而是教師以問題為引導(dǎo)，通過思維可視化工具，讓整個(gè)解題的思維過程一步步地呈現(xiàn)，給學(xué)生直觀感，這恰好解決初中學(xué)生抽象思維不足的問題，易于形成解題過程的思維流程模型，能很好地幫助學(xué)生解決如何“思”的問題。

二、學(xué)生思維可視化模仿，自主暴露問題，構(gòu)建解題模型

此時(shí)，題目變式為已知R0和電流表呢?讓學(xué)生模仿圖1的思維流程圖進(jìn)行解題。這時(shí)教師不要在乎學(xué)生解答過程有多漂亮，關(guān)鍵是學(xué)生要把自己的思考過程，通過模仿用思維流程圖呈現(xiàn)出來，讓他們的思維顯現(xiàn)，從而暴露出自己思維的不足之處。由于是同類型的問題，學(xué)生就可以對(duì)著圖1中的流程圖進(jìn)行自主糾正，這也是解題模型思維可視化培養(yǎng)的關(guān)鍵一步，先有模仿，然后才能創(chuàng)新。那么，這種學(xué)生自主建構(gòu)過程，暴露的問題在哪里呢?第一，思維的廣度與深刻性不足。學(xué)生由于以往機(jī)械式解題的習(xí)慣，形成思維的惰性，他們認(rèn)為只要能解決問題就好，而不思考一題多解，就會(huì)給后續(xù)一類題型的解答造成阻礙。在已知R0和電流表測電阻問題設(shè)計(jì)過程同樣的如圖1中的②③④⑤過程，但學(xué)生往往到②一種情況就好，不利用并聯(lián)電路的電流關(guān)系I=Ix+I0，推導(dǎo)Ix、I0的測量也分為直接測量與間接測量。若學(xué)生只進(jìn)行直接的測量，思維的廣度與發(fā)散性就不足，解決問題的知識(shí)橫向擴(kuò)展就不夠，就很難通過思考進(jìn)行歸納發(fā)現(xiàn)解題的通道，獲取解決問題的最佳途徑。對(duì)于電表不可拆如圖1中⑤同樣學(xué)生也會(huì)一種，思維的廣度明顯不足，缺乏解題的多樣性，問題的解決就不徹底，解題模型的構(gòu)建就會(huì)存在缺陷。而另一部分初中學(xué)生平時(shí)很少進(jìn)行解題后的反思、歸納、整理，學(xué)生在已知R0和電流表測電阻問題解題模仿中，進(jìn)行Ix、I0直接測量與間接測量的多種解法設(shè)計(jì)時(shí)，易忽略反思?xì)w納這一環(huán)節(jié)，學(xué)生很難抓住問題的本質(zhì)，造成后續(xù)電表不可拆這類設(shè)計(jì)的困難，也對(duì)解題思維的構(gòu)建起到很大的阻力。通過思維可視化，學(xué)生對(duì)著自己完成的思維流程圖，對(duì)照圖1的流程圖，就易于暴露自己思維過程的不足，從而進(jìn)行彌補(bǔ)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行廣度、深度的思考，在模仿中達(dá)到對(duì)解題思維模型的構(gòu)建。同時(shí)，教師通過可視化思維流程，很好引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到不管是伏阻法，還是安阻法測電阻，本質(zhì)的思維方法就是等效替代法(如表1)。教師通過串、并聯(lián)電路中電阻關(guān)系中等效思想的應(yīng)用，從原理R=UI出發(fā)，把學(xué)生引導(dǎo)到應(yīng)用電阻箱替代定值電阻R0，根據(jù)等效思想，通過Ux=U0、Ix=I0，推導(dǎo)出Rx=R0，從而獲得另一種更具操作性測量電阻的方法，如圖2所示。進(jìn)一步增強(qiáng)解題的廣度與深度，解題思維模型會(huì)構(gòu)建得更加完善。第二，思維的跳躍性問題。學(xué)生在思維的構(gòu)建中，往往都不想多花時(shí)間，喜歡走捷徑。如本例中先設(shè)計(jì)儀表可拆，后設(shè)計(jì)不可拆的，學(xué)生就覺得麻煩，直接進(jìn)行不可拆設(shè)計(jì)。對(duì)此我們要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類。一類是優(yōu)生，他們通過老師例題講解后，基本上已內(nèi)化生成基本的解題模型，不經(jīng)過可拆電表的設(shè)計(jì)，根據(jù)原理就能抓住問題的本質(zhì)，直接進(jìn)行不可拆電表的設(shè)計(jì)，達(dá)到一種思維的深加工，這符合他們的認(rèn)知規(guī)律，這是允許的，也是我們老師應(yīng)當(dāng)給予鼓勵(lì)的。而另一類基礎(chǔ)較弱的學(xué)生，是由于思維的惰性，他們解決問題就想一步到位，遇到困難就不想完成，又不能問題抓住本質(zhì)，實(shí)質(zhì)上違背了他們的認(rèn)知規(guī)律中層層遞進(jìn)的原則，給思維造成困點(diǎn)。這類學(xué)生在解決問題時(shí)，思維是不透徹的，往往也是解題思維模型構(gòu)建主要的問題之一。因此，教師在這部分學(xué)生思維可視化引導(dǎo)過程中，就要嚴(yán)格遵循學(xué)生原有的知識(shí)水平與認(rèn)知規(guī)律，進(jìn)行完整的思維可視化訓(xùn)練，如圖1所示思維流程模型，層層推進(jìn)，才能構(gòu)建解題思維模型，才能讓他們從如何思到學(xué)會(huì)思。第三，欠缺思維的逆向反思。學(xué)生在自主解決問題過程中，最缺乏的就是靜下心來的逆向反思，如圖1中雙虛線箭頭⑥的過程。這是因?yàn)樵瓉淼乃季S流程，滿足邏輯遞進(jìn)原則，層層推導(dǎo)即可，大多數(shù)學(xué)生印象深刻的就是伏阻法或安阻法測電阻的思維過程和多種測量方法，他們很難在這種復(fù)雜問題中抓住解決問題的本質(zhì)，進(jìn)行思維的凝練。我們通過思維可視化建構(gòu)起這一通道，讓他們模仿中逆向反思，從儀表可拆與不可拆的各種問題的解決方法中，歸結(jié)到解題通道上，又從解題通道回歸原理和等效替代法上，在繁雜的解題過程中，他們會(huì)看到解決問題的本質(zhì)，不僅能化繁為簡，而且構(gòu)建解題模型中的思維核心，也鍛煉了學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科的良好思維品質(zhì)。因此，在學(xué)生自主構(gòu)建解題思維流程的過程中，應(yīng)用思維可視化一定要注重訓(xùn)練學(xué)生思維的廣度與深度，層層推進(jìn)，步步落實(shí)，讓學(xué)生形成解題思路。多歸納，多反思，讓學(xué)生在逆向反思中，回歸知識(shí)本身與物理方法，抓住解決問題的關(guān)鍵，從而構(gòu)建起完整的解題思維模型。

三、思維可視化小結(jié)，提煉凝化，內(nèi)化解題模型

同一類型的問題，它的解決方法有多種，若不加以歸納，學(xué)生解題思維模型的構(gòu)建會(huì)“多”而“雜”，學(xué)生就不能抓住知識(shí)應(yīng)用與思維的本質(zhì)，進(jìn)行思維的再編碼，知識(shí)的再內(nèi)化。這時(shí)就需要通過思維導(dǎo)圖進(jìn)行可視化小結(jié)，如圖3所示，教師引導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)測電阻應(yīng)用的知識(shí)和思維再現(xiàn)，進(jìn)行高度的提煉、凝化，讓學(xué)生構(gòu)建起清晰、完整的系統(tǒng)的可視化知識(shí)體系，測電阻有哪幾種方法，每種方法的核心是什么，解決問題的關(guān)鍵簡潔呈現(xiàn)一目了然，達(dá)到提綱挈領(lǐng)，凝練思維的目的。這樣就會(huì)在學(xué)生的知識(shí)構(gòu)建中留下深刻的記憶，在今后遇到此類問題，學(xué)生就很容易從知識(shí)體系中輸出，也為學(xué)習(xí)測小燈泡電功率打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這種借助思維可視的教學(xué)，在整個(gè)解題思維模型的構(gòu)建過程中，讓學(xué)生經(jīng)歷從易到難，從簡單到復(fù)雜，從單一到多樣的思維過程，又回歸本源即物理的核心，化繁為簡，也讓學(xué)生感悟物理學(xué)思想的本質(zhì):在復(fù)雜變化的問題中，往往隱含著最簡單、最本質(zhì)的道理。讓學(xué)生在自我親身體驗(yàn)中，進(jìn)行知識(shí)與思維的雙重構(gòu)建，讓思維的“動(dòng)”和圖示的“靜”很好地結(jié)合，大大提升學(xué)生的思維品質(zhì)和解題能力。

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作者：陳峰