基于思維導圖的物理概念教學設計
——以“摩擦”為例
山東省滕州市第二中學石小武
摘要：高中物理內容思考難度大，需要解決的問題也比較復雜，這就需要教師選擇合理的方法對學生進行思維訓練。思維導圖作為知識可視化工具，對學生構建知識體系具有明顯的優勢。本文以高中物理必修課《摩擦力》內容為例，探討思維導圖教學模式在高中物理概念教學中的應用策略。
關鍵詞：思維導圖、概念教學、摩擦
英國心理學家托尼·布贊在19世紀60年代提出了“思維導圖”，這是一種非常流行的思維工具。思維導圖把中心主題置于中心高中物理摩擦力，從中心主題向外延伸出分支。整個思維導圖就像心臟及其周圍的血管，可以突出信息重點，便于思考，讓人更容易看到本質。因此，思維導圖在各個領域的應用越來越廣泛。
高中物理被普遍認為是比較難學的課程。原因在于高中物理內容邏輯性強，思維難度和強度比較大，需要解決的問題也比較復雜，這就需要教師選擇合理的教學方式，為學生提供科學的思維方法訓練。許多研究表明，思維導圖作為一種知識可視化工具，如果在物理教學中合理運用，可以幫助學生將復雜的知識系統化、結構化，在大腦中形成完整的知識體系。學生不再只是簡單地受教科書的束縛，或者簡單地討論手頭的事情，而是通過自己的分析判斷，主動獲取知識，從而顯著提高學習效率。
人教版高中物理第一課必修課《摩擦力》的內容是初中摩擦力知識的延伸和拓展，內容多，問題復雜，是本課的教學重點，也是教學難點。??利用思維導圖進行教學設計，可以向學生展示概念形成的過程，使學生概念形成的思維過程可視化，從而澄清學生錯誤的先入之見。筆者以本課為例，闡述思維導圖教學模式在高中物理概念教學中的應用。
步驟 1：創造情境并闡明問題
摩擦力是學生在初中就已經接觸過的概念，而且和日常生活聯系緊密，所以比較容易引入。本案例通過一個小游戲引入：學生伸出手掌，向下按壓桌面，可以感受到桌面產生的彈力。保持這個壓力不變，將手掌沿著桌面向前推，我們可以明顯地感受到有一個力阻礙著手掌的展開和移動，這個力就是摩擦力。這個小實驗可以激發學生的興趣，有利于課堂教學的開展。教師可以借此機會讓學生思考：手掌在展開和移動時，摩擦力的特點有哪些相同和不同之處？
通過這次師生互動的實驗，引出了這節課所需要探討的問題——摩擦力。
第二節：展示舊照片，激發聯想
在學習摩擦力之前，學生已經學習了引力和彈力，可以按照前兩種力的學習方法來學習摩擦力，這樣課堂教學更輕松，學生也更容易接受。因此，可以展示學習引力的思維導圖（圖1），引導學生了解可以從哪些方面來學習摩擦力。
步驟 3：收集信息并構圖
教師結合學生初中階段所學的摩擦力知識，結合課前互動實驗高中物理摩擦力，引導并總結出摩擦力分為靜摩擦力和滑動摩擦力兩種，學生已完全學會重力和彈力的相關知識。教師要求學生結合已有知識，模仿重力和彈力的定義及條件，獨立思考靜摩擦力和滑動摩擦力的定義及條件，并構建思維導圖（圖2、圖3）。
第四節：討論和合作創作
在講授摩擦三要素時，可讓學生以小組形式進行交流討論，先確定靜摩擦力和滑動摩擦力的作用點和作用方向，然后合作繪制示意圖（圖4、圖5）。
兩個物體之間是沒有相對運動的，學生往往不理解相對運動的趨勢是什么。在解決靜摩擦力相關的問題時，學生往往難以判斷靜摩擦力的方向，這是教學的重點和難點，教師需要幫助學生共同解決。教師可以通過演示毛刷實驗（圖6）幫助學生理解相對運動趨勢的方向。當毛刷與桌子相對靜止時，觀察毛刷形狀的變化，即可判斷其受到的靜摩擦力的方向。也就是說，當物體間有相對運動的趨勢時，我們可以觀察到它們的接觸面是如何變形的，而物體受到的靜摩擦力的方向就是引起其變形的方向。
刷子實驗可以幫助學生正確認識靜摩擦力的方向，但在某些實際情境下（不易觀察到接觸面的變形），學生仍然很難判斷靜摩擦力的存在及其方向。教師需要不斷幫助學生總結克服這一困難的方法。教師可以以下面情境作為小組討論的材料（圖7）。
通過師生討論，總結出“假設法”，即假設接觸面光滑，物體相對運動的方向就是物體相對靜止時相對運動趨勢的方向。學生可繼續在圖4的基礎上協作構圖，完成圖8。
靜摩擦力和滑動摩擦力的大小是教學的重點，但對學生自主探究來說并不困難。教學中，教師可以利用教材第57-58頁的實驗，讓學生進行小組實驗[4]。實驗結束后，小組討論、交流。得出的結論是：靜摩擦力的大小要用二力平衡法求解，而滑動摩擦力的大小與兩表面間的垂直力成正比。
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解決。
經過討論，同學們再次協助構圖，完成了圖9、圖10。
學生對摩擦力的作用存在錯誤的先入之見，認為摩擦力總是阻礙物體運動，是一種阻力。教學中，教師在點評前面的知識后，引導學生思考靜摩擦力和滑動摩擦力是否總是阻礙物體運動。具體來說，教師可以舉出一些生活中的例子，引導學生思考和討論，如（1）物體行走時的靜摩擦力，（2）傳送帶將物體運送到高處的視頻演示，（3）物體輕輕地放在傳送帶上，物體剛啟動的過程的視頻演示等。通過一系列的例子或視頻演示，學生知道摩擦力也可以是一種推動力，消除學生錯誤的先入之見。學生不斷完善思維構成（圖11、圖12），從而真正掌握摩擦力的概念。
總之，運用思維導圖進行高中物理概念教學的重點在于向學生展示概念形成的過程，掃除學生錯誤的先入之見。思維導圖中每一級分支的過渡都需要學生有充分的感性認識，只有學生有了這樣的感性認識，才能過渡到下一個分支。在繪制思維導圖的過程中，學生會不知不覺地了解到物理概念形成的過程。在教學中英語作文，教師利用展示舊圖、獨立作文、協作作文、完美作文等環節，將焦點放在概念形成的思維過程上，可以有效幫助學生理解物理概念的內涵與外延，從而真正領悟物理概念的本質。
參考：
[1]蔡鐵泉,程岳峰.概念圖在中學物理教學中的應用[J].物理教學,2014(5):6
[2]鮑偉慶.運用思維導圖提高高中物理教學的有效性[J].物理教學，2014(11):31
[3] 幸曉莉.基于思維導圖的高中物理教學模式研究[D].揚州大學碩士學位論文,2015
[4]人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教材物理必修課1[M].北京:人民教育出版社,2010,3