基于思维导图的高中物理新授课教学探讨——以“探究感应电流的产生条件”为例

(江苏省苏州市吴江区汾湖高级中学，江苏 苏州 215211)

英国著名心理学家东尼·博赞依据人类大脑发散性思考的特点和方式，提出了一种图像思维工具——思维导图，其主要作用在于帮助学习者抓住问题的中心，由中心向四周发散，形成相应的知识和方法链。华东师大刘濯源教授在此基础上提出了基于学科特点和规律的“学科思维导图”，融学科思维特点、知识和方法于一体。在教学中，恰当地运用思维导图，可以有效帮助学生构建知识和方法的体系，形成知识链；引导学生按照学科的特点和逻辑去思考问题，形成正确的物理观念和学会科学的探究方法。笔者以“探究感应电流的产生条件”的几个教学片段为例，尝试在高中物理新授课中运用思维导图，引导学生以“图式”的方式思考问题、构建学习内容的知识体系。

1 学情分析

“探究感应电流的产生条件”是“电磁感应”这章的第二节，位于“划时代的发现”之后。在本章的第一节中，学生通过对称、类比等思想方法，由“电生磁”类推至“磁生电”，对“电磁感应”和“感应电流”等专业术语已有一定的认知，本节教材正是在此基础上引发的思考。在初中物理教材中(以苏科版为例)，已安排有“观察磁生电现象”，提出了“切割模型”，并对“发电机”原理和能量转化作了定性的分析。基于以上的分析，我们认为学生对“产生的条件”已有一定的认知，且对切割模型比较熟悉，也正是此原因，学生易认为“切割”是产生感应电流的必要条件，这是在本节教学中需要突破的地方。

2 教材结构和内容分析

本节教材从结构上看，是按科学探究的一般顺序：“提出问题—实验观察—分析论证—归纳结论”来设计的；从具体的内容和呈现方式看，教材从初中的“切割模型”入手，提出问题：还有哪些情况可以产生感应电流？从而引入“实验观察”，通过记录“条形磁铁插拔”等情况下电流表指针偏转情况，得到几种具体能够产生感应电流的情况，然后通过分析论证，归纳出具体产生条件。在本节教材的“问题与练习”栏目中共设计了7道习题，前6题涉及的是在各种情况下，要求学生根据具体情境的分析能否产生感应电流，最后一题涉及的是在“磁变”和“切割”同时存在的情况下，如何不产生感应电流。这7个问题紧紧围绕本节的重点内容而设计，起到了较好的补充作用。

3 思维导图在高中物理新课教学中的应用

3.1 用“气泡图”培养学生的发散思维

在本节课的引入阶段，可以利用“气泡图”引导课堂教学，培养学生的发散思维，具体问题设计如下。

问题1：我们在初中已研究过磁生电的问题，请同学们回忆一下，对此你还有哪些认识？

设计该问题的目的在于激发学生去积极调动脑海里的“库存”，将学生的“前概念”展示出来。从学生回答看，涉及以下方面：电磁感应的概念、回路特征—闭合、模型—切割磁感线。教师在此基础上，运用思维导图中的“气泡图”梳理学生的已有认识(如图1)。依据学生的回答，教师顺势追问。

图1

问题2：如何理解“切割”？

这一问题的提出，目的是为后续内容中的“有效切割速度”的理解打下铺垫。学生依据自身的体会，交流各种看法。在这个问题下，教师也可以充分利用器材做好各种演示，如：V与B垂直、V与B平行、V与B方向斜交，请学生分析各种情况下的有效切割速度V。

3.2 利用“多气泡图”比较异同

问题3：除了我们熟悉的切割模型，在哪些情况下，也有可能产生感应电流？请讨论、交流。

在交流过程中，教师记录学生可能想到的各种情景。请学生利用手边实验器材，如毫安表、电池、多个线圈、条形磁铁、导线、滑动变阻器、开关等，验证各种猜想，并记录实验操作和结果。

以上设计依托科学探究的一般方法进行研究，在学生掌握研究方法的基础上，更注重培养学生的实验设计、动手等能力。当然，在实际的教学中，为了进一步降低难度、使课堂教学能够顺利进行，避免学生漫无天际地猜想，在问题3的设计中还可以进一步铺设“台阶”，如教师可以引导学生抓住本节的主线——磁生电，细化为：如何提供实验所需的磁场？提供恒定的B还是变化的B？回路是否需要固定？最后教师依据学生实验探究的结论，画出“多气泡图”(如图2)，将各种情况下能够产生感应电流的现象归并到一起，便于学生比较、分析，从而在纷繁复杂的现象中找出异同。

图2

3.3 利用“括号图”收敛归一

“在现象的背后找出规律”是本节的重点也是难点。笔者在本节教学中所做的尝试是通过几个具体的问题设计，针对各类表象进行分析。如：从三大类现象看，在不切割、保持开关闭合或磁铁不动等现象中均没有产生，而在切割、开关闭合或断开、磁铁的插拔中均有产生，从这些现象中你发现了什么规律？这一问题设计的目的在于引导学生关注一个字：变。只有在运动、变化中，才有可能产生感应电流。学生在有了这一概念后，教师再追问：是什么物理量发生了变化？学生结合本节课的主线：磁生电，第一反应是“B变了”。此时笔者没有立即对此回答做出否定或补充，而是顺着学生的回答，再次讨论“磁铁插拔、停留”和“开关闭合、断开”等实验现象，引导学生发现在这些现象的背后确实是因为磁场发生了变化，从而加深对他们观点的认可。然后再引导学生分析“切割模型”，制造认知冲突，让学生发现在这一个现象中，他们的结论并不适用。显然，“B变”不是最根本的原因。最后学生只能顺着“变”这一主线，再去寻找该现象中的特点。此时教师可以利用思维导图中的“括号图”加以归类，如图3所示，利用“括号图”，学生通过直观的比较、找出异同，最后通过分类讨论找到必要条件。

图3