基于思维导图的物理概念教学设计
——以“摩擦”为例
山东省滕州市第二中学石小武
摘要：高中物理内容思考难度大，需要解决的问题也比较复杂，这就需要教师选择合理的方法对学生进行思维训练。思维导图作为知识可视化工具，对学生构建知识体系具有明显的优势。本文以高中物理必修课《摩擦力》内容为例，探讨思维导图教学模式在高中物理概念教学中的应用策略。
关键词：思维导图、概念教学、摩擦
英国心理学家托尼·布赞在19世纪60年代提出了“思维导图”，这是一种非常流行的思维工具。思维导图把中心主题置于中心高中物理摩擦力，从中心主题向外延伸出分支。整个思维导图就像心脏及其周围的血管，可以突出信息重点，便于思考，让人更容易看到本质。因此，思维导图在各个领域的应用越来越广泛。
高中物理被普遍认为是比较难学的课程。原因在于高中物理内容逻辑性强，思维难度和强度比较大，需要解决的问题也比较复杂，这就需要教师选择合理的教学方式，为学生提供科学的思维方法训练。许多研究表明，思维导图作为一种知识可视化工具，如果在物理教学中合理运用，可以帮助学生将复杂的知识系统化、结构化，在大脑中形成完整的知识体系。学生不再只是简单地受教科书的束缚，或者简单地讨论手头的事情，而是通过自己的分析判断，主动获取知识，从而显著提高学习效率。
人教版高中物理第一课必修课《摩擦力》的内容是初中摩擦力知识的延伸和拓展，内容多，问题复杂，是本课的教学重点，也是教学难点。利用思维导图进行教学设计，可以向学生展示概念形成的过程，使学生概念形成的思维过程可视化，从而澄清学生错误的先入之见。笔者以本课为例，阐述思维导图教学模式在高中物理概念教学中的应用。
步骤 1：创造情境并阐明问题
摩擦力是学生在初中就已经接触过的概念，而且和日常生活联系紧密，所以比较容易引入。本案例通过一个小游戏引入：学生伸出手掌，向下按压桌面，可以感受到桌面产生的弹力。保持这个压力不变，将手掌沿着桌面向前推，我们可以明显地感受到有一个力阻碍着手掌的展开和移动，这个力就是摩擦力。这个小实验可以激发学生的兴趣，有利于课堂教学的开展。教师可以借此机会让学生思考：手掌在展开和移动时，摩擦力的特点有哪些相同和不同之处？
通过这次师生互动的实验，引出了这节课所需要探讨的问题——摩擦力。
第二节：展示旧照片，激发联想
在学习摩擦力之前，学生已经学习了引力和弹力，可以按照前两种力的学习方法来学习摩擦力，这样课堂教学更轻松，学生也更容易接受。因此，可以展示学习引力的思维导图（图1），引导学生了解可以从哪些方面来学习摩擦力。
步骤 3：收集信息并构图
教师结合学生初中阶段所学的摩擦力知识，结合课前互动实验高中物理摩擦力，引导并总结出摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力两种，学生已完全学会重力和弹力的相关知识。教师要求学生结合已有知识，模仿重力和弹力的定义及条件，独立思考静摩擦力和滑动摩擦力的定义及条件，并构建思维导图（图2、图3）。
第四节：讨论和合作创作
在讲授摩擦三要素时，可让学生以小组形式进行交流讨论，先确定静摩擦力和滑动摩擦力的作用点和作用方向，然后合作绘制示意图（图4、图5）。
两个物体之间是没有相对运动的，学生往往不理解相对运动的趋势是什么。在解决静摩擦力相关的问题时，学生往往难以判断静摩擦力的方向，这是教学的重点和难点，教师需要帮助学生共同解决。教师可以通过演示毛刷实验（图6）帮助学生理解相对运动趋势的方向。当毛刷与桌子相对静止时，观察毛刷形状的变化，即可判断其受到的静摩擦力的方向。也就是说，当物体间有相对运动的趋势时，我们可以观察到它们的接触面是如何变形的，而物体受到的静摩擦力的方向就是引起其变形的方向。
刷子实验可以帮助学生正确认识静摩擦力的方向，但在某些实际情境下（不易观察到接触面的变形），学生仍然很难判断静摩擦力的存在及其方向。教师需要不断帮助学生总结克服这一困难的方法。教师可以以下面情境作为小组讨论的材料（图7）。
通过师生讨论，总结出“假设法”，即假设接触面光滑，物体相对运动的方向就是物体相对静止时相对运动趋势的方向。学生可继续在图4的基础上协作构图，完成图8。
静摩擦力和滑动摩擦力的大小是教学的重点，但对学生自主探究来说并不困难。教学中，教师可以利用教材第57-58页的实验，让学生进行小组实验[4]。实验结束后，小组讨论、交流。得出的结论是：静摩擦力的大小要用二力平衡法求解，而滑动摩擦力的大小与两表面间的垂直力成正比。
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解決。
经过讨论，同学们再次协助构图，完成了图9、图10。
学生对摩擦力的作用存在错误的先入之见，认为摩擦力总是阻碍物体运动，是一种阻力。教学中，教师在点评前面的知识后，引导学生思考静摩擦力和滑动摩擦力是否总是阻碍物体运动。具体来说，教师可以举出一些生活中的例子，引导学生思考和讨论，如（1）物体行走时的静摩擦力，（2）传送带将物体运送到高处的视频演示，（3）物体轻轻地放在传送带上，物体刚启动的过程的视频演示等。通过一系列的例子或视频演示，学生知道摩擦力也可以是一种推动力，消除学生错误的先入之见。学生不断完善思维构成（图11、图12），从而真正掌握摩擦力的概念。
总之，运用思维导图进行高中物理概念教学的重点在于向学生展示概念形成的过程，扫除学生错误的先入之见。思维导图中每一级分支的过渡都需要学生有充分的感性认识，只有学生有了这样的感性认识，才能过渡到下一个分支。在绘制思维导图的过程中，学生会不知不觉地了解到物理概念形成的过程。在教学中英语作文，教师利用展示旧图、独立作文、协作作文、完美作文等环节，将焦点放在概念形成的思维过程上，可以有效帮助学生理解物理概念的内涵与外延，从而真正领悟物理概念的本质。
参考：
[1]蔡铁泉,程岳峰.概念图在中学物理教学中的应用[J].物理教学,2014(5):6
[2]鲍伟庆.运用思维导图提高高中物理教学的有效性[J].物理教学，2014(11):31
[3] 幸晓莉.基于思维导图的高中物理教学模式研究[D].扬州大学硕士学位论文,2015
[4]人民教育出版社课程教材研究所.普通高中课程标准实验教材物理必修课1[M].北京:人民教育出版社,2010,3