浅谈新思维具象法在高中物理课堂教学中的尝试

毛吓梅

摘   要：新思维具象法简单地说，是知识可视化与思维可视化的统称。本文以高中物理必修2中的“万有引力定律”这一章节为例，浅谈如何应用新思维具象图辅助高中物理课堂教学。

关键词：新思维具象法;物理教学;思维可视化;知识可视化

1  理论基础

新思维具象法是福建师范大学“物理新思维工作室”携手一线的物理教师在国内首次提出的概念。新思维具象法是指通过对抽象的物理公式、定理或某特定模块进行深入地思考与逻辑结构理解后，把原本看不到的知识结构关联、思维路径、思维方式用拟物化的图形表达出来，从而使物理知识与思维逻辑架构得到融合[ 1 ]。简单地说，新思维具象法主要体现在知识可视化与思维可视化的统一。

目前课堂教学中常用的可视化教学工具有概念图、流程图、表格、思维导图、多媒体软件等[ 2 ]。传统的图示方法比较侧重于知识的整合，而对知识本身的逻辑关联体现较少，且缺少生动性。新思维具象法则可以借助拟人化或拟物化的图形表现把学科知识本身的逻辑关联及思维结构方式形象地体现出来。新思维具象法继承传统可视化工具的优点的同时还弥补了其不足之处，扬长避短，真正体现了学科核心素养对高中物理学科教学的要求：培养学生的科学思维能力。

目前新思维具象法的应用更多是在于初中物理教学中，因为初中物理主要培养的是学生的直观思维，在初中应用这种方法更易上手，但高中物理教学中对学生思维能力的培养要求更甚。物理的知识内容体系相较于初中而言更为抽象，缺乏逻辑思维能力的学生在高中物理学习上会很被动，致使在物理学习上失去兴趣。新思维具象法这种教学方法能够将抽象的物理概念、规律、知识具象化地呈现在学生面前，有了形象的知识体系架构、物理思维呈现，让学生对这些知识有了更清晰的理解，降低理解难度，激发学习兴趣，从而起到提高学生自主学习能力的目的。让学生从原先的“浅思考”的学习模式更有效地往“深思考”过渡。因此，在高中物理教学中应用新思维具象法更为必要。

2  应用实例

具象图形的绘制主要是要能使学生的浅层知识结构得到具象化图形的补充，让学生的抽象思维与直观思维能够密切结合，充分体现。因此，在应用新思维具象法进行绘图时，首先要能够深入地理清各知识之间的逻辑关联，对其知识结构脉络进行初步整理，然后通过形象的图形描绘出来。

下面以高中万有引力定律中的天体运动这一模块为例，来简要说明在高中教学中如何借助新思维具象法来培养学生知识的系统性与思维的逻辑性。

天体运动是学完匀速圆周运动后的一个章节，是对匀速圆周运动及万有引力定律的实例应用。学生在对天体运动问题分析过程中容易出现公式混用，模型不清等问题。为了解决这个问题，让学生能够理清该模块的相关概念，加深理解，教师引导学生学会新思维具象图的绘制。

绘制前需先弄清楚学生问题所在及容易弄混的知识点：学生对于人造地球卫星公式中的“r”具体代入计算的是题目中的哪个数值容易混淆;天体中涉及的公式多，不会选用合适的公式解答;公式列出后计算上的能力不足又暴露了。要想解决这些问题，就要求学生能够真正理解清楚天体运动中的知识内涵，了解各类天体运动的运动特点并会做出区分。天体运动问题中实际用到的公式就两个：一是环绕天体中心天体运动时F万=F向 ;二是物体在中心天体表面运动时F万=mg。 但实际上它所涉及到的问题还有天体质量与密度的估算、开普勒三大定律的应用、万有引力与重力的关系、卫星运行过程中各参数的分析、卫星的变轨问题、双星多星问题等等。如何理顺这些问题的逻辑关系，正确地把思维具象地表现出来，需要教师的启发与引领。

下面介绍其中一种绘图方式，万有引力定律的应用主要是在天体运动中应用，而飞船是我们人类探索太空的交通工具，故可以以“飞船”的样子为整个知识思维具象画的轮廓，以该轮廓展开，发挥想象力，将该思维图填充完整。如图1所示，万有引力定律的提出经历了“地心说”与“日心说”两大派百年的对抗，然后再由第谷自制天文望远镜观测数据，开普勒根据这些数据得出开普勒三大定律，然后牛顿再由这三大定律总结出万有引力定律。这两个物理学史推进了万有引力与航天的发展，故可以把这两个点当成这艘遨游太空的“飞船”的推进器。开普勒三大定律及万有引力定律作为天体运动的两大基础定律，引导着“飞船”的飞行。而我们在研究天体运动有关的计算中必用的两公式是：F万=F向与黄金代换公式GM=gR2，这两个公式贯穿整个飞行过程。而在天体运动中，我们主要要解决两类问题：一是人造地球卫星问题，二是其他宇宙天体问题。这两类问题可以由两机翼延伸出去，各延伸出四个子问题：人造地球卫星中掌握三个宇宙速度、地球同步卫星、地球近地卫星和卫星变轨问题;其他宇宙天体中掌握如何测天体质量、测天体密度、发现未知天体和双星问题、多星问题。

这艘飞船带着人类对宇宙的探索开始在浩瀚宇宙中飞行，而学生也带着这幅“神舟号”飞船的新思维具象图踏上了深入学习万有引力定律的学海征程。

“神舟号”飞船具象图中就万有引力和航天这一章节的知识体系进行归纳，除了系统地体现了这一章节的整体知识框架，也在学习描绘具象图的过程中把对这一知识框架的思考整理过程体现出来。即体现了学科核心素养对高中物理观念和科学思维的培养要求，也对学生的科学态度和責任方面有一定的培养。运用新思维具象图教学可以充分让集中思维与发散思维得到完美结合。当然，不同教师对于这块专题的理解侧重点不一样，也可以用不同的图像来展示具有个性的思维方式。

3  总结

新思维具象图不仅可以应用于复习课，同样可以运用于概念课、规律课、实验课等，教师首先要认识到可视化工具对学生学习物理的积极影响，同样要有意识地引导教师自身及学生进行可视化工具的应用。形象的知识结构、流畅的知识脉络使高中抽象的物理概念及规律变得更易接受、明晰、有趣。并且在构建这样拟物化图形的同时，学生大脑中思维的碰撞充分锻炼与激发了学生的抽象思维与创造性思维，不再是简简单单的公式记忆，靠刷题来加深理解的传统学习模式。

参考文献：

[1]王素云，陈祖标.基于“双核构架模型”的初中物理教学改革研究[J].物理教学探讨，2018（11）：15-18.

[2]石蕊，王较过，王欢.知识可视化工具在中学物理教学中的应用[J].湖南中学物理，2015（9）：5-8.