画过程示意图，培养初中学生过程分析的习惯

黎映霞

摘要：初中物理教学要着力习惯养成，其中，培养过程分析习惯是其中之一。笔者用初中物理的动态规律或工作过程的教学内容为例，说明如何通过训练学生画过程示意图，培养学生的过程分析习惯。

关键词：过程示意图；过程分析习惯；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）06-0096

一、问题的提出

初中学生学习物理，若只是被动接受讲解（无论是教师的还是课件的讲解，不养成分析的习惯，就会习惯记忆结论，遇到新情景不是照搬结论就是一筹莫展。要授之以渔，让学生学会思考，就要从培养学生的分析习惯开始。示意图（Diagram）也称为线段图、结构图等，在教学手段日渐丰富的今天，使用示意图依然对分析复杂过程十分有效。那么，如何使用过程示意图分析问题呢？

复杂的过程，需要用示意图来分析的，初中主要有两类：一是机械类的；二是运动过程类的。下面，笔者分别通过举例方式说明如何运用过程示意图分析问题。

二、机械类

初中物理人教版教材中出现的机械有汽油机四冲程、活塞式抽水机、世界最大的连通器（三峡大坝）等。由于学生对机械相对陌生，常看不懂课本的过程示意图，教师用课本的图来分析时，学生缺少对机械的动态认识，理解不深；若改用动画课件来分析，学生虽多了动态整体感受，但又流于表面，理解不透原理。

其实只要将课本的示意图的呈现方式稍作调整，不照搬照讲课本的图，而是先在黑板逐步画出机械的轮廓，再逐一添加关键元件，让学生从外至内，由表及里地熟悉机械及其部件；接着分析运动过程时，抓住关联，通常是机械的核心部件，找好切入点或线索，就可将机械运动的静态与动态有机结合。最后通过举一反三培养学生用示意图的分析习惯。

例1. 分析汽油机的工作四冲程时，大部分学生对课本的过程示意图（图1）不甚理解，学生看四冲程的动画展示（图2）又不明就里。教师可以示范如何分析吸气冲程，让学生模仿分析剩下的三个冲程。

教师示范：1.画轮廓：如图3.1，简介气缸和飞轮。2.加元件：在图3.1上，画进气门、排气门、活塞和曲轴连杆的位置，如图3.2。3.指出关联——飞轮转半周带动活塞运动一程（从气缸一端到另一端为一程）。4.围绕核心——“汽油是如何进入气缸的”，抓住线索——“飞轮转动带动活塞运动”，分析得出，活塞向下运动导致气缸气压变小（类比针筒吸取药液过程，如图3.3），汽油被大气压压入。5. 学生总结，画出图3.4。

通过画示意图，将吸气冲程像定影显影胶卷般，还原成清晰、动态、完整的冲程。这样的教学方式操作简易，学生易于模仿和接受。

学生举一反三：要求学生画出示意图，标出各要素的变化，说明其过程，通过举一反三，让学生掌握分析方法。分析中，教师用诸如“如何使汽油充分燃烧”“燃烧之后的废气如何处理”等问题引领思路，能力强的学生会抓住线索——“飞轮带动活塞运动”，模仿吸气冲程的分析步骤，完成分析和画出示意图。对能力一般的学生，教师可在关键处点拨，如提问“某冲程的能量如何转化”“气缸温度升高的好处是什么”“燃烧后产生的高温高压气体出路在哪”等等，引导学生思考并协助画出过程示意图。对于程度参差不齐的学生，教师还可以采用“逐步放手”的方式教学：在第二冲程分析中请能力强的学生上台板演，台下学生跟着画示意图；第三冲程由学生四人小组合作完成，第四冲程由学生个人独立完成。每一冲程均要求学生开口说明及总结过程，通过开口思维，使知识易于生成。

当然，对示意图的重视和有效地利用示意图之间还是有距离的。这就更要让学生在不断使用中强化巩固分析习惯，尝试之后的成功解决问题才能最终巩固分析习惯。活塞式抽水机、三峡大坝等的教学亦可采用类似方式，师生画出机械及关键部件，分阶段讨论，教师举一，学生反三，通过学生讨论、总结、画示意图等方式锻炼学生的分析能力，培养其习惯。由于过程的不可设计性，教师与学生的思想、学生与学生的思想会发生碰撞，讨论与生成进一步丰富过程本身，使其丰满和立体，这样的教学，节奏可控，过程不可控，课堂充满了探索未知的乐趣。

三、运动过程类

画运动过程的示意图是解决运动学问题的关键。 画示意图要明确其目的和方法。

简单的运动问题应找出物体路程之间的关系，因此，最简单的示意图应包含两个物体的初、末位置，并利用示意图找出两个运动之间的关联（相同点或者关系）。

复杂的运动过程，画示意图是为了是把复杂的运动过程分成几个简单阶段，划分的关键是确定节点（拐点），从而将初末位置之间的路程再分成几个阶段，从而得解。节点（拐点）通常是速度的拐点或者速度相同点。

当然，学生思维能力的提高不是一蹴而就的，它需要沉淀与积累。学生在刚接触物理的八年级上学期，教师可以在声学中适当渗透一些难度较小的相遇问题分析（例2），在八年级下学期的力学学习时，或更晚一些的九年级总复习阶段增加一些难度稍大的训练，例如杠杆转动过程中的变量分析（例3）、对弹簧弹力作用下的运动过程分析（例4），从而让学生的分析习惯得以巩固，分析能力螺旋式上升。

例2. 汽车以 15 m/s 的速度向对面高山驶去，在司机鸣笛后 8 s 听到了回声，求汽车鸣笛时离对面高山的距离。（此时声音的传播速度是340m/s）

分析与解：初位置是车鸣笛时，末位置是司机听到回声时，画出声音传播路程S声与汽车运动路程S车，示意图如图4。两路程的关联，在于时间相同，声与车的路程之和等于所求路程的两倍，在示意图中标出关联（t=8s等）。分析至此，绝大部分学生都可以自行写出关系式：S声+S车2S；ν声t+ν车=2S，从而得解。

例3. 缓慢提升地面上的均匀杆的一端的拉力如何變化（拉力始终垂直杠杆向上）

分析与解：初位置是杠杆水平时，末位置是杠上升到半空时。标出杠杆的五要素——支点、力及力臂，如图5.1所示。引导学生观察分析五要素的变化情况，从而找出初末位置之间的关联——重力臂变小，重力及动力臂不变，根据杠杆平衡条件可推出动力随之变小。

举一反三：学生可模仿完成变式练习：若拉力始终竖直向上，拉力又如何变化？学生画示意图，如图5.2可发现，虽重力臂和动力臂都变小，但初末位置之间的力臂构成两个相似三角形，故重力臂与动力臂的比值始终是1∶2的关系，这就是关联点。所以拉力不变。

例4. 在光滑的水平面上，一輕质弹簧一端固定在墙上的O点，自由伸长到B点。今用一小物体把弹簧压缩到A点，然后释放。小物体向右运动，能经B点最远到C点，如图6.1所示，不计空气阻力，试分析物体从A运动到C的过程中，动能如何变化？路程SAB是否等于路程SBC？

分析与解：初位置A，末位置C。在示意图中标出B点之前的弹力F1向右，与速度同向，为动力，加速；B点之后弹力F2向左与速度反向，为阻力，减速。B是过程的拐点，从而划分AB加速和BC减速阶段，示意图如图6.2。则B点速度及动能有最大值，A、C点速度和动能为零。两个过程只有弹力做功，只有动能与弹性势能相互转化，A、C点速度为零，其弹性势能相同，即形变量相等，即SAB=SBC。

举一反三：如图6.1所示，水平地面上，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，自由伸长到B点，今用一小物体m把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，不计空气阻力，试判断物体从A到B速度___________________（选填“增大”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”），从B到C速度___________________，物体在B点所受合力_______零（选填“是”或“不是”）。

分析与解：通过上题，学生已经清楚过程分析的目的和方法，学生会将示意图画出，并找出初位置A、末位置C及拐点D。 可通过小组讨论及个别发言等方式让学生从模仿中进一步掌握方法。学生通过受力分析不难找到拐点应在AB间的速度最大值处——弹力F1等于摩擦力f的D处。从而将过程分为AD从零开始加速和DC减速至零两个过程。示意如图6.3：

四、结束语

从以上几个例子中可以看出，画出过程示意图，有助于了解机械结构、联动机制，从核心部件出发分析则不难掌握机械的运转过程；画出运动过程示意图，有利于看清路程关系，通过分析拐点，可将复杂运动过程划分成几个阶段，结合受力分析或平衡条件分析，从而得解。在平时的教学中，教师应注意引导学生用过程示意图分析过程，养成分析习惯，从而能解决新问题或复杂问题。

参考文献：

[1] 徐 速.示意图提示条件下小学生数学问题解决的研究[J].数学教育学报，2006（2）.

[2] 史兴连.不容忽视的运动过程示意图[J].物理通报，2014（10）.

（作者单位：广东省广州市第二中学 510040）