思维导图在静电场中的应用探究

李 娜 李江林

（湖北师范大学物理与电子科学学院，湖北 黄石435002）

静电场是电磁学一个重要的知识，只有掌握好静电场的相关知识才能有效地开展电磁学后续相关知识。静电场是一门崭新的学习课程，它具有概念性新和研究对象新的特点，如静电场中的电场线，就是一种看不见的客观存在的新概念，因此大多数学生在理解静电场的规律和特性方面存在一定的困难。同时静电场中大量晦涩难懂的公式和概念会让刚入大学的学生望而生畏。

思维导图是一种有效、简单、实用的思维模式，广泛地应用于记忆、学习、思索等的思维“地图”中，对大脑发散思维的开展有极大好处。托尼·巴赞是一名著名的心理学家，早在19世纪70年代就已经提出了思维导图的相关概念，并由此创立出了的一种不同于以往的思维工具和学习方法[1]。思维导图原本的作用是为了改变传统的、比较复杂的线性笔记，以提高学生的记忆。目前为止，在学习、管理、教学等多个方面得到了广泛的应用，多个国家纷纷将思维导图这一工具加入了原有的教育教学策略，并得到了非常好的效果[2]。国内实际教学过程中采用思维导图作为教学工具的研究比较晚，所以导致目前这一方面取得的研究成果较少。思维导图在国内通常被使用在初高中的一些基础学科教学中，目前仍然处于初步尝试阶段，大学物理教学方面采用思维导图的方式进行教学的研究就比较少，特别是关于提高教学有效性方面的研究比较少[3]。

在学习静电场过程中，大学教师由于课时少、任务重会在短时间输出大量的知识点，这便要求学生必须在较短的时间学会这些知识点，由此造成学生的学业压力比较大。思维导图可以帮助学生对已学习过的知识进行更加全面地梳理，理清知识结构框架，从整体上把握静电场的知识。思维导图重点部分在于研究认知结构和探索认知结构所产生的思维变化[4]。本文将从以下几个方面进行介绍。

1 思维导图

思维导图也可以被称为脑图、心智地图，顾名思义，它其实就是一种用图形方式凸显内容的思维工具，用来提高学习效率，学生就可以采用一种简单并且实用的方法进行发散性思维的表达了，而且它可以在枯燥的物理学习中加入一些趣味性，让原本无聊的学习变得更加有趣。思维导图采用了图形和文字相结合的技巧，主题关键词可以采用图形和颜色等方式，对内容进行加工修饰，帮助人们平衡发展逻辑与想象、科技与艺术，便于激发人类大脑的潜能[5]。思维导图作为一个教学工具，在构建知识框架图的过程中，学生能自己对静电场各部分概念之间的理解进行梳理，有利于深入理解静电场的内容。思维导图可以帮助师生建立一个完整的静电场知识框架体系，有助于师生对静电场部分内容进行整合，使静电场教学更具有科学性。思维导图的重点在于关键词的提取，这一点也很锻炼学生的与语言表达能力。它是记忆与学习、思维与应用相结合的有效方法，强调从被动学习向主动学习转变。

2 思维导图在静电场中的应用

2.1 理清静电场蕴含的知识点

静电场部分知识点比较零碎。初步把它们分为三大类：两个基本概念、两个基本实验定律、两个基本定理。从两个基本概念进行分析理解，学习电场强度这部分时，要熟练掌握电场线的特性、方向和密度。电场线的三大特性：第一，从正电荷开始，在负电荷结束；第二，空间里没有点电荷的存在，任何两条电场线都不存在相交；第三，静电场中电场线永远不会闭合[6]。匀强电场的含义是本部分的重点，在学习匀强电场时，必须要熟练掌握试探电荷，利用试探电荷进行实验，可以算出电场强度而通过电场的叠加原理就可以算出在学习电势时，对于电势、电势能和电势差的物理意义进行理解，也要能够明白点电荷的电势分布，电势叠加原理和等势面也是学习电势的重点。在场强与电势的微分关系这部分内容的学习中，电势叠加是一种标量叠加，解答相对比较简单，所以在这种情形下，通常采用先求出电势分布，然后通过它们之间的微分关系来对场强发布进行解答。

学生在对两个基本原理进行学习时，高斯定理和环路定理是静电场这部分内容的重点和难点。将从三个方面对高斯定理进行阐述分析。第一点就是E通量，明确它的概念；第二点便是高斯定理的物理意义，对高斯定理这一点要有一个比较深刻的理解，能够灵活使用高斯定理，通过这一定理导出电场强度叠加原理和库仑定律；第三点要求得比较高，要会应用高斯定理计算电场，这里要明确它计算的条件和步骤。在学习静电场中的环路定理时，了解静电场力所做的功以及这个原理的概念。

对两个基本实验定律进行梳理时，将这部分内容分成了两个部分，一个是库仑定律，另一个是叠加原理。在学习电荷的过程中，首先要弄清电荷的基本概念，其中不仅要正确理解正负电荷的定义和“同性相斥、异性相吸”这一客观现象，还要掌握电荷守恒定律和电荷量子化这两种重要特性。同时，需要能够熟练应用这些特性。库仑定律中有两大重要内容，一个是方向相反但大小相等，并且沿着它们之间的连线；另一个是大小与距离r2成反比，与它们各自的电荷q1及q2成正比，即，k作为比例常量，常常取决于各物理量之间单位的选取。其中矢量形式的表达式为学习叠加原理时，理清它的文字表述及物理意义。

学习静电场分布求解时，理解电场强度概念的物理意义，电场强度这部分中的三种计算方法是尤为重要的。在电势计算的应用中要熟悉掌握两个计算方法。

学生学习静电场的基本概念和公式，逐步深入介绍每个知识点后面蕴含的内容。采用层层递进的讲解方式相对于只是单纯的讲解更容易让学生产生联想，并记住相关知识，使学生在一定程度上缩短学习时间。

2.2 理清各个知识点之间的理论联系

思维导图是一个能够呈现自己思维过程的工具，学生在绘制思维导图的过程中，能迅速掌握整个知识结构，促进学生形成直觉思维，并且能够加快学生知识的迁移。将思维导图用于所做静电场的总结，可以清晰呈现独立知识点之间的关联性。

据思维导图的特点，笔者对静电场的内容有了整体的了解后，再对各个部分进行梳理，形成一个结构体系。由图1可以看出静电场的知识分为了四大类：两个基本概念、两个基本实验定律、两个基本定理、静电场分布求解。图1的框架图可以帮助学生更好地把握重点，能够整体理解静电场的主要内容。 然后在对四个部分进行细致梳理。根据图1的知识结构图，能够帮助学生对静电场有一个大致的理解，方便其对知识的汇总。它凸显出了各个知识点的联系，将复杂烦琐的知识点清晰化，物理概念和规律是物理知识的核心部分，学生可以根据学习内容对静电场的知识进行梳理。图1至图5是笔者制作的静电场各部分不同模块的思维导图。通过图1对静电场部分有了大致了解，知道了本章的重点，然后在对各个部分逐一攻破。学生在进行第一部分两个基本概念的学习时，把握整个部分的学习，对电场强度的概念进行进一步的理解，联系电势进行学习，着重突破电势与静电场的微分关系。图2至图5展现了这四个部分的细化分析，而这四个部分相辅相成。

图1 静电场的知识框架图

图2 两个基本概念的知识框架图

图3 两个基本原理的知识框架图

图4 两个基本实验定律的知识框架图

图5 静电场分布求解方法的知识框架图

从学生角度来看,采用思维导图归类方式可将各个零散的知识点进行整合，组建成一个知识网络，透过孤立知识点看到内在联系，加深对静电场理论体系的理解，使学生从学习物理的表层内容而逐渐实现深度学习。

3 结语

本文重点研究了思维导图在静电场部分的应用。从本文的内容来看，思维导图明显在静电场的学习中发挥了极其重要的辅助作用，思维导图的这种形式可以作为一种学习和教学方法广泛应用于静电场学习中，促进其成为物理课上的一个必不可缺的部分。学生通过思维导图将已有的知识构建相应的知识框架图，整合物理知识点并体验共享的乐趣，教师则可以帮助学生理解物理概念的实质，探索深层次物理概念之间的关系，提高他们解决问题的能力，并激发他们的想象力和创新能力。