巧用图象分析培养高阶思维——以“机车启动问题”教学为例

第15卷总第87期中学理科园地课题研究巧用图象分析培养高阶思维*—以——“机车启动问题”教学为例龙岩第一中学摘要：以“机车启动问题”课例为载体，以图象为主线，阐述机车启动的两种方式，采用思维导图、数形结合的方法建构物理模型，巧用图象让物理规律的呈现更具体，组织学生经历“分析———评价———创造”的思维过程，培养学生思维的逻辑性、严谨性、创造性，提高学生的高阶思维能力。关键词：图象；思维导图；高阶思维梁泽君3教学过程及设计意图教学环节1设计思维导图袁培养学生思维的逻辑性问题1院机车在平直公路上以恒定功率启动袁假设运动过程中机车所受的阻力大小不变袁分析机车的运动性质钥师生配合共同完成思维导图袁学生分析判断得出结论院机车以恒定功率启动袁先做加速度逐渐减小的变加速直线运动袁再做匀速直线运动遥思维导图院1问题背景3节叶功率曳第2课时的重点内容袁难度较大袁综合性较强袁涉及的知识点较多袁包括受力分析尧牛顿第二定律尧运动率P尧加速度a随时间t变化的关系遥机车在以恒定功率启动和以恒定加速度启动的过程中袁物理量变化错综复杂袁使得机车的运动性质复杂多样遥为了将复杂的问题简单化袁将抽象的问题具象化袁将思维的过程可视化遥笔者在教学实践中袁以图象为主线袁阐述机车启动的两种方式袁采用思维导图尧数形结合的方法建构物理模型袁应用数学知识解决物理问题袁组织学生进行高阶学习活动袁经历野分析要要要评价要要要创造冶的思维过程袁培养学生的高阶思维能力遥2高阶思维的分类高阶思维是按照思维的水平层次和性质特点划分的一种思维类型遥所谓高阶思维袁是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力[1]野机车启动问题冶是鲁科版高中物理2渊必修冤第1章第问题2院机车在平直公路上以恒定加速度启动袁假设运动过程中机车所受的阻力大小不变袁分析机车的运动性质钥学生主动设计思维导图袁分析判断得出结论院机车以恒定加速度启动袁先做匀加速直线运动袁后做加速度逐渐减小的变加速直线运动袁最后做匀速直线运动遥思维导图院学公式尧功率公式等袁主要分析机车的牵引力F尧速度v尧功种启动方式袁引导学生应用两个核心公式院P=Fv尧a=F-f进m变化过程清晰可见袁为描述机车启动的图象问题做好铺垫遥教学环节2对比三种图象袁培养学生思维的严谨性揖设计意图铱本环节以问题讨论的形式探究机车的两行逻辑推导袁设计思维导图袁让功率尧力尧速度尧加速度的家布鲁姆依据思维的复杂程度从认知目标分类角度将思遥美国教育维过程具体分为院记忆尧理解尧应用尧分析尧评价和创造六个层次袁其中记忆尧理解尧应用属于低阶思维袁分析尧评价和创造属于高阶思维[2]遥在以野机车启动问题冶的教学中袁笔者由物理规律描问题3院描述机车以恒定功率启动的速度和时间渊v-t冤图象尧牵引力功率和时间渊P-t冤图象尧牵引力和时间渊F-t冤图象遥教师根据学生的困惑袁提出两个问题院渊1冤F-t图象与纵坐标是否有交点钥渊2冤F-t图象中袁F随t变化的快慢如何钥述图象袁由图象还原物理规律袁由表及里袁逐层深入袁体现思维的进阶袁实现从低阶思维向高阶思维的转变遥巧用图象分析物理问题袁让物理规律变得具象袁促进物理观念的形成袁发展高阶思维的能力遥学生活动院由P=Fv得F-t图象与纵坐标没有交点遥在*福建省中小学名师名校长培养工程专项课题院在习题课中落实物理核心素养的研究渊WLDTR201714冤研究成果19第15卷总第87期中学理科园地课题研究v-t图象中袁v随t增大得越来越慢渊图象斜率越来越小冤袁所以F-t图象中袁F随t减小得越来越慢渊图象斜率的绝对值越来越小冤遥学生展示研究成果袁根据机车以恒定功率启动的特点袁讲解描述三种图象的依据遥渊问题4院描述机车以恒定加速度启动的速度和时间渊vF--tt冤冤图象尧牵引力功率和时间渊P-t冤图象尧牵引力和时间学生活动图象遥院学生展示研究成果袁根据机车以恒定加速度启动的特点袁讲解描述三种图象的依据遥教师强调院对比机车启动的两种方式袁在牵引力等于阻力时袁机车所能达到的速度最大遥机车以恒定加速度启动比机车以恒定功率启动多了一个过程袁也多了一个关键点院揖匀加速运动的最大速度设计意图铱高阶思维发展的起点是质疑遥[3]物理规律描述v-t尧P-t图象比较容易袁而对F-t图象的描述遥学生根据不够清晰遥针对学生的困惑设计问题袁降低思维难度袁体现思维梯度遥学生在描绘图象的过程中袁将思维导图转化为图象描述袁经历思维的进阶过程袁让物理规律的呈现更全面尧更具体袁对机车启动的认识更深入尧更细致遥教师引导学生横向尧纵向对比图象袁比较异同点袁为从图象获取信息解决实际问题打下坚实的基础遥教学环节3转化不同图象袁培养学生思维的创造性问题5院一辆货车在平直公路上以速度v0匀速行驶袁假设整个过程中货车所受的阻力不变袁发动机的功率为P0牵引力为F0遥在t1时刻袁驾驶员遇到情况突然减小油门袁使袁发动机的功率瞬间减小为P0袁并保持此功率继续行驶遥到t2时刻袁货车又做匀速直线运动2遥根据以上信息描绘货车速度v尧牵引力F随时间t变化的图象遥学生活动院先描述P-t图象袁如图1所示袁在货车功率突然减半后袁牵引力小于阻力袁速度逐渐减小袁功率保持不变2减半所示袁牵引力逐渐增大冤遥和抓住两个关键时刻袁加速度逐渐减小t2渊牵引力缓慢增大到原值t袁得出v-t图象袁如图1渊功率减半冤袁得出袁速度不变F-t图象袁牵引力所示遥思维导图院袁如图3图1图3图220减小油门揖设计意图袁发动机的功率突然减半铱以货车在平直公路上行驶为例遥在没有图象提供选择袁驾驶员的情况下袁描绘图象显得比较困难遥引导学生应用前面所学的知识和方法进行迁移尧举一反三遥先描述P-t图象袁再分析v-t图象袁最后判断F-t图象遥问题由浅入深袁思维层层递进袁在逐步解决问题的过程中拉长学生的思维长度[4]建构思维导图袁让逻辑推理显性化遥转化不同图象袁让物遥理规律具象化遥问题6院一辆货车在平直的公路上行驶袁假设整个过程中货车所受的阻力不变遥质量为m的货车先以恒定的加速度行驶袁后以恒定的牵引力功率行驶遥货车牵引力F随速度v变化的图象如图4所示袁图中牵引力F1尧速度v3为v1及货车所能达到的最大速度已知条件遥根据图象提供的信息袁求院图4渊1冤渊2冤货车行驶中的最大功率为多少钥渊3冤货车行驶过程中所受阻力多大渊4冤货车速度为学生活动货车以恒定加速度行驶时v2时的加速度多大钥院货车以恒定加速度袁加速度多大钥a启动袁则牵引力钥F不变曰后保持恒定的牵引力功率P不变袁由P=Fv得F-v图象是双曲线遥学生巧用图象获取信息袁分析求解得出答案院渊1冤F1v1曰渊2冤Fv1v31曰渊3冤F1vmv1(v23v-3v2)曰渊4冤F1(mvv3-3v1)遥拓展1院根据F-v图象袁描述v-t尧P-t尧F-t图象遥拓展2院根据F-v图象袁描述F-1v图象袁并分析该图象斜率的含义律袁揖还原设计意图遥试一试还可以描述哪些图象v-t尧P-铱钥t尧以非常规的F-t图象袁体现逆向思维在图象中的应F-v图象为例袁分析物理规用遥将F-v图象转化为F-1v图象袁激发学生思考袁产生思维碰撞1遥还可以引导学生设计不同的图象袁如a-t尧P-v尧P-F尧v-a等图象袁发散学生思维袁在拓展尧延伸尧创造中培养学生的高阶思维能力遥教师总结院本节课主要以图象为载体袁研究机车启动问题袁抓住两个核心公式袁分析三种图象渊v-t袁P-t袁F-t冤袁拓展两种图象渊F-v袁F-1v冤袁引申多种图象遥不管什么图象袁都需要理解图象的物理意义袁分析物理过程袁抓住关键点袁寻找突破口遥主线揖袁设计意图讲究方法铱袁总结本节课的主要内容多题归一遥袁理清思路袁突出4小结（下转第22页）第15卷总第87期中学理科园地课题研究说冶与野日心说冶两大派百年的对抗袁然后再由第谷自制天文望远镜观测数据袁开普勒根据这些数据得出开普勒三大定律袁然后牛顿再由这三大定律总结出万有引力定律遥这两个物理学史推进了万有引力与航天的发展袁故可以把这两个点当成这艘遨游太空的野飞船冶的推进器遥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袁引导着野飞船冶的飞行遥而我们在研究天体运动有关的计算中必用的两公式是院F万=F向与黄金代换公式GM=gR2袁这两个公式贯穿整个飞行过程遥而在天体运动中袁我们主要要解决两类问题院一是人造地球卫星问题袁二是其他宇宙天体问题遥这两类问题可以由两机翼延伸出去袁各延伸出四个子问题院人造地球卫星中掌握三个宇宙速度尧地球同步卫星尧地球近地卫星和卫星变轨问题曰其他宇宙天体中掌握如何测天体质量尧测天体密度尧发现未知天体和双星问题尧多星问题遥这艘飞船带着人类对宇宙的探索开始在浩瀚宇宙中飞行袁而学生也带着这幅野神舟号冶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遥野神舟号冶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袁除了系统地体现了这一章节的整体知识框架袁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遥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袁也对学生的科学态度和责任方面有一定的培养遥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遥当然袁不同教师对于这块专题的理解侧重点不一样袁也可以用不同的图像来展示具有个性的思维方式遥3总结新思维具象图不仅可以应用于复习课袁同样可以运用于概念课尧规律课尧实验课等袁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袁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遥形象的知识结构尧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尧明晰尧有趣遥并且在构建这样拟物化图形的同时袁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袁不再是简简单单的公式记忆袁靠刷题来加深理解的传统学习模式遥参考文献:［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.图1新思维具象图“神舟号”飞船（上接第20页）高阶思维的培养离不开教学活动袁巧用图象分析是发展高阶思维的重要方法遥图象的内涵丰富袁直观具体袁快捷方便遥在物理教学中袁注重图象研究袁挖掘图象功能袁构建思维导图袁促进思维发展遥在平时的教学实践中袁教师应注重情境的创设和问题的设置袁引导学生从不同的角度分析尧评价尧创造物理问题袁开展一题多变尧一题多问尧一题多解的思维训练袁提高学生高阶思维的能力遥参考文献:［1］马云秀.通过科学探究培养高阶思维能力———以“机械能守恒定律”一课教学为例［J］.物理教师，2018（12）：16-18.［2］王帅.国外高阶思维及其教学方式［J］.上海教育科研，2011（9）:31-34.［3］马云秀.实验与问题“互为驱动”培养高阶思维能力———以“互感和自感”教学为例［J］.中学物理教学参考,2018(1耀2)：［4］曹键粮，彭朝阳.巧设物理“问题链”发展学生的高阶思维能力［J］.物理教学探讨，2018(2):69-72.13-16.22