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

思維導(dǎo)圖助力物理實驗思維可視化的應(yīng)用探索”實驗為例摘要：將思維導(dǎo)圖引入物理實驗方案設(shè)計，能夠助力實驗思維可視化。以“多用電表的改裝”實驗為例，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，循序漸進培養(yǎng)學生的科學思維，發(fā)展學生思維的廣度和深度。關(guān)鍵詞:思維導(dǎo)圖物理實驗思維可視化科學思維隨著信息技術(shù)的發(fā)展和對如何培養(yǎng)學生科學思維的相關(guān)研究不斷深入，近年來研究者把思維可視化引入到教育教學研究領(lǐng)域。物理實驗教學在物理教學中占據(jù)重要地位，因而實驗思維可視化也應(yīng)得到高度的重視和深入研究。一、思維導(dǎo)圖促進物理實驗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，必能對思維發(fā)展起到積極的促進作用。思維可視化即將本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現(xiàn)出來，并將思維過程存留下來的一種方法，思維可視化也是作為思考、分析、改進教學的策略性工具。思維可視化既能為后續(xù)自我反思性學習積累經(jīng)驗，也能為和后來者學習提供借鑒。思維導(dǎo)圖以發(fā)散的結(jié)構(gòu)和清晰的主題層次來展現(xiàn)實驗方案的邏輯性，以色彩、圖形、符號和關(guān)聯(lián)詞來突出實驗內(nèi)容，用關(guān)聯(lián)線和連接線表示實驗內(nèi)容與實驗原理之間的關(guān)聯(lián)，將抽象思維和形象思維有機地結(jié)合起來，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驗教學中，利于實現(xiàn)對實驗內(nèi)容、實驗方法等可視化表達，實現(xiàn)隱性思維顯性化，使學生將模糊不清的思想轉(zhuǎn)化成為清晰的外在形態(tài)，降減了實驗學習的復(fù)雜度和認知難度，對于培養(yǎng)學生科學思維能力，培養(yǎng)學生科學探究能力都具有重要意義。二、思維導(dǎo)圖能夠直觀呈現(xiàn)學生科學思維的進階發(fā)展過程“科學思維”的培養(yǎng)需基于對簡單問題的探究為起點，在問題解決的過程中得以漸進性發(fā)展。在“多用電表的改裝”這一實驗教學設(shè)計中，筆者抓住“一表多用”這一實驗?zāi)康臑橹骶€，結(jié)合“閉合電路歐姆定律”原理，逐步引導(dǎo)學生探究電壓表的改裝、電流表的改裝、歐姆表的改裝，進而改裝成多用電表，在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，對實驗方案不斷完善，對問題的研究層層深入，從而培養(yǎng)學生的創(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)圖軟件將學生思維的進階發(fā)展過程直觀呈現(xiàn)出來，能夠培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的科學思維方法和習慣，也利于幫助學生對實驗原理的深入理解。對于“多用電表的改裝”實驗教學，筆者設(shè)計了如下幾個探究環(huán)節(jié)：環(huán)節(jié)一：（電壓表的改裝）基于對簡單問題的探究為起點，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：如何將一個小量程電流表改裝成一個電壓表，以及改裝后電壓表的內(nèi)阻如何計算。通過此例題的學習，學生認識了表頭（小量程電流表）的三個參數(shù)，并且意識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，以及對應(yīng)的不同量程電壓表的量程計算或內(nèi)阻計算。再引導(dǎo)學生用思維導(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）分享給其他同學并保存。環(huán)節(jié)二：（電流表的改裝）通過對問題的類比聯(lián)想，培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力。通過對多量程電壓表改裝原理的學習，同學們自然會思考：可否將表頭改裝成多量程電流表呢？帶著這一問題引導(dǎo)學生進行類比聯(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？學生的思維可能一下子就會活躍起來，自然會考慮到應(yīng)將表頭與電阻并聯(lián)。適時鼓勵學生用思維導(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，通過類比學習激發(fā)了學生創(chuàng)造性思維能力，達到了觸類旁通的教學效果。環(huán)節(jié)三：（歐姆表的改裝）通過對問題的遷移想象，培養(yǎng)學生思維的深度。有了前面關(guān)于電壓表、電流表的改裝經(jīng)驗做鋪墊，正好進一步引導(dǎo)：我們可否用表頭改裝成一個可以測量電阻的儀表即歐姆表？學生深入思考以后會發(fā)現(xiàn)這一問題有點另類：表頭測量的是電流，而實驗需要得到是電阻值，結(jié)合所學的歐姆定律會想到，電路中所接的電阻越大電流會越小。這時可以引導(dǎo)學生學習高中物理（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，通過對例題的學習學生的思維會忽然開朗。歐姆表的原理所用的是“閉合電路歐姆定律”，對電阻的測量需將表頭顯示的電流值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電阻值方可直接讀數(shù)，那么測量之前就需要調(diào)零，即當所測電阻為零時電流表要達到滿偏狀態(tài)，調(diào)零以后才可以進行電阻的測量。進而引導(dǎo)學生帶著對問題的深入思考，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。通過對問題的遷移想象，培養(yǎng)了學生思維的深度。環(huán)節(jié)四：（多用電表的改裝）通過對綜合問題的探究，培養(yǎng)學生思維的廣度。通過上述探究性學習，學生對電壓表的改裝、電流表的改裝、歐姆表的改裝已經(jīng)有了較全面認識，學生對問題的思考漸入深層，正是引入“多用電表改裝”的好時機。引導(dǎo)學生可否將上述保存的幾個電路圖融合在一起，改裝成多用電表，這樣即可達到一表多用的功效。進而引導(dǎo)學生用思維導(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習上升到多用電表的改裝學習，從而培養(yǎng)了學生思維的廣度。三、思維導(dǎo)圖能夠清晰反映學生科學思維的邏輯性和系統(tǒng)性通過前面的學習，學生對“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)學生，如果將前面保存的比較理想的幾個分立思維導(dǎo)圖組合成一個完整的大圖，那樣不但可以加深我們對多用電表改裝原理的認識，還可以為后續(xù)做實驗和復(fù)習提供支持。然后讓學生嘗試畫出“多用電表的改裝”思維導(dǎo)圖全圖，并針對學生所畫的思維導(dǎo)圖研討其掌握的知識是否全面系統(tǒng)，知識點之間的邏輯性是否嚴密。雖然學生已經(jīng)系統(tǒng)學習了“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節(jié)學生都已了然。引導(dǎo)學生進一步思考：1、對于多用電表中（如圖4所示）的電壓表內(nèi)阻如何計算？2、對于多用電表中（如圖4所示）調(diào)零后的歐姆表內(nèi)阻如何計算？3、更換歐姆表倍率后是否要進行重新調(diào)零？4、歐姆表內(nèi)電源電動勢變小或內(nèi)阻變大，測量的準確性是否會受到影響？……上述問題正是學生可能認識不夠深入而易忽視的難點，因此成為學生考試的易錯點。對于學生可能出現(xiàn)的認識缺陷和理解誤區(qū)，老師可以對學生的思維導(dǎo)圖進行一些補充完善，比如精選一些有關(guān)多用電表的試題或給出一些有關(guān)“多用電表的易錯題”，以“附件”形式添加一個新主題，也可以以“便簽”形式添加到相應(yīng)的主題下，便于學生隨時打開學習。（如圖5）所示為完善后的“多用電表的改裝”思維導(dǎo)圖全圖。通過這個環(huán)節(jié)的教學設(shè)計，對學生的思維層層加碼，使學生進入深度學習的狀態(tài)中，學生的思想會變得深邃，對問題的洞察力更加深刻。只有經(jīng)過深度學習學生的思維才能更靈活，解決實際問題才能得心應(yīng)手，通過這樣深度學習的過程深化了學生的科學思維。總之，將思維導(dǎo)圖引入物理實驗教學中，體現(xiàn)了隱性思維顯性化，能夠反映科學思維是逐步遞進的發(fā)展過程，思維導(dǎo)圖還可以清晰反映了學生科學思維的邏輯性和系統(tǒng)性，有助于