促进中学物理教学的知识可视化_蔡铁权

不 同的学 者 对 知识 可 视化 工 具 的分 类 不 同 , 形
式 十分 丰富 " 常 用 的有 :表格 (E xce l) ! 流程 图 (F l ow C h arts) !概 念 图 (C on eep t M ap ) !思 维 导 图 ( M ind M ap ) ! 思 维 地 图 ( T h ink ing M ap s ) ! 概 念 卡 通
见解 " [2
创 新 " 由于知识 可视 化 便 于传 播 , 也 就 有 利 于 群 体 之 间的沟通 !交 流 与 合作 " 可 视 化知 识 经 由知 识 的 一 ! 知识 可视 化 的特征 和功 能 内在 联系将 知识 形 成整 体 , 方 便 知识 的组 块 , 建 立 系 统化 的知 识体 系 "
积 ! 密度 概 念相 关 "这 样 , 我们 对加 速度 的认 识 就 显
得丰富 ! 全面 ! 深 刻 "概 念 图 的表 示 形 式 简 洁 明 了 ,
形 象 具体 , 有 利 于 记 忆 ! 巩 固 ,便 于对知识 组块 , 使 某 一 特 定 领 域 或 某 一 观 点 有 关 的 概 念 群 以整 体 的 又 一 目 了然 的方 式 呈 现 , 可 以综 合 信 息 和 资 源 , 可 以引 申和 拓 展 " 概 念 图可 以 帮 助 学 习 者 反 思 学 习
图 1
磁 铁的概念图
形 象 表达 命题 网络 中一 系列 概念 含 义及其 关 系 的结
构 化 图形 , 它 由 节点 (概念 ) 和连接 节点 的线 段 (关 系
2. 思 维导 图 思 维导 图是 英 国心 理学 家 T o n y Bu z en 于 19 7 0
标 签 )组成 , 能 清楚 地 表达 某一 命 题 中各概念 节 点 间 的内在 逻辑 关 系 " 阁 概 念 图 最 突 出 的 特 点 是 用层 级 结 构 的方式 表 示 概 念 之 间 的 关 系 , 核 心 的概 念 位 于 图 的上 端 , 次一 级 或 更 一 般 的概 念 按 等 级 排 列 在 下
别适用 于 阅读 ! 复习 ! 笔记 ! 备 考 , 帮助学 习者 高 效 地 管 理信 息 , 提 高学 习 者 的 自信 心 , 增加 个 人成 功 的 概
知识 可视 化可 以为 中学物理教学提供有 用的工具 , 特别是其 中的概 念 图 !思 维导 图 !思 维地 图等 , 已在不 少学科
教学 中得到 了应 用和研 究 " 物理教 学在应用和研究知识可视化 中具有独到的优势 " 期待知识 可视 化为我 国的 中学物理教 学
改革 , 为物理教师 专业化 的推进起到应 有的作用 " 关健词
文童编号
知 识可视化
中学物理教 学
可视化 工具
中图分类号 G 63 3 # 7 文献标识码 B
100 2 一 0 74 8 (2 0 13) 7 一000 9
知识 可 视化 是 在科 学 计算 可 视 化 !数据 可视 化 ! 信 息可 视化 基 础 上 发 展 起 来 的新兴 研 究 领 域 , 它 应 用 视觉 表 征手 段促 进 群体 知识 的传播 和创新 " 200 4
可 视化 的外 在 形 式 是 各 种 视 觉 表 征 , 有 效 地 促 进 了 群 体知识 的传 播 和创 新 , 因 为 知识 可 视 化 视 觉 表 征 是 改善知 识传 播 的手 段 , 也 为 潜 在 的知 识 创 造 提 供
了可能 " 目前 , 知识 可 视化 已成 为重要 的教 育 理 念 ,
绍 , 在 教育 教学 中更 没有 得 到应有 的重视 和研 究 , 如
观 念地 图 ! 思维 地 图 等 "物 理 教学 本 来 在 这 方 面 的 运 用 和 研 究 应 该 具 有 优 势 , 但 从 目前 的状 况 看 , 还 不 如 其 他 学 科 教 学 , 如 英 语 !生 物 !地 理 !化 学 等 " 本文正是针 对这 一 现状 , 对 主要 的且 对物 理教 育 教 学 有 很 好 应 用 前 景 的一 些 知 识 可 视化 工 具 作 简 要 介 绍 , 希望 引起 物 理 教 师 的关 注 和 重 视 , 并 做 出
35 卷 第 6 期
2 013 年 6 月
物
理
教
学
V o l. 3 5 N o . 6
Iu n . 2 0 13
P H Y S IC S T E A C H IN G
面向 2 1 世纪 中学 物理 讲 座
促进中学物理教学的知识可视化
蔡铁 权
摘 要
梅
尹
(浙江师范大学数理与信息工程学院物理系 浙江 321004)
题 , 促 使学 生将 原 来 离 散 的 知 识形 成 有 内 在联 系的
起物 体 运 动 状 态 的改 变 , 所 以 与力 !质量 有 关 , 在 中 学 物理 学 中 , 常 见 的 力 有 万 有 引 力 !弹 力 和 摩擦 力 ,
这 些 力又 与一 定 的物 理 概 念 发 生 关 系 .质 量 又 与 体
整体 , 既有 利 于学生 学会 学 习 , 义 有利 于教 师 的有效
教学 "
思 维导 图是 一 种 树 冠 状 网络 式 的 发 散 结 构 , 启 发学 生 改变线 性式 的 思维 , 产 生 多 向的联想 , 生成 知 识 的 网络 , 激 发 创 新 构 想 " 在 绘 制思 维 导 图 的 过 程
形 式 的知识 可 以引 导 记 忆 , 更 富 形 象 性 , 更 易 理 解 ,
有助 于 知识 的 同化 , 有 利 于 知 识 的迁 移 ! 应用 ! 激发
建构 和传 递 复杂 见解 的图解 工具 " 知识 可视 化 的本 质在 于 将人 们 的个 体知 识用 各种 图解 工具 以 图示 的 形 式表 达 出来 , 由此增进 知识 的传 递和 创新 , 而这 种 个体知 识应 是 蕴 涵 了人 的智 能 的创 造性 的复 杂
理知识 的表 达和传 递 , 有 利于 合作 学 习和相 互 间 的沟 通 交 流 " 概 念 图也 能 帮 助 学 习 者 提 高 元 认 知 能力 , 也 可 以作 为 有效 的评价 工 具等 等 "如 图 1 是磁 铁 的概 念 图 , 我 们 可 以从 中体 会 它 的 教 学
功能 "
是创 造性 思维 的核 心 " 思 维 导 图被称 作高效 学 习者 的 / 瑞 士军 刀 0, 促进 大脑 快 速 ! 高效 !自然地 工 作 , 特
(C on eep t C artoon s) ! 观 念 地 图 (Id ea M ap ) !知 识 地 图 (K n ow ledge M ap ) !认 知 地 图 (C og n i tive M ap ) !
性 , 使知识 更 容 易 被 记 忆 ! 理解 ! 加 工 和运 用 " 知识
表格 !流 程 图 等 ;有 的 已有 较 多 的介 绍 , 在 教 育 教 学
中也 已得 到 不 同程 度 的运 用 , 如 概 念 图 !思 维 导 图
9
构化 :知识 可视 化可 以使抽 象 的知识 变得 直观 形 象 ,
35 卷第()1 3 . 6
等 ;有 些却 鲜 为人 知 , 甚 至在 国 内很少 介绍 或 没有 介
二 ! 知识 可视 化工 具及 其 在物 理教 学 中的应 用
正如 M a y er 所 说 : / 学 生 从 文 字 和 图 片 中学 习
比单 独从 文字 中学 习效果 更好 " 0知识 可视 化 技术 把
抽 象知识 用形 象 的 图表 !图形 及 图像 等 可 视 化 手段 表 达出来 , 大 大 地 提 高 了知 识 的 可 理 解 性 !可 识 别
相联 系 " 从 动力 学 的角 度 , 它是 力作 用 的效 果 , 力 引
物理 教学 中 , 恰 当地运 用 思维 导 图 , 有利 于提 高 学生 的思 维 品质 , 提 高 认 知 能 力 , 促 进 知 识 网络 的形 成 , 一 促成 知识 的建 构 " 激发 学 生 多角 度 多层 次地 思 考 问
知识 可视化 工具 和方法 已被 广泛 用于各 门不 同学 科 的教 育教学 之 中 "
知识 可视 化具 有 下 列 的一 些 特 征 " 直 观 化 !结
语 义 网 络 (S em an ti c N etw ork s) 等 等 " 这 些 众 多 的
可视化 工具 中 , 有 些 已 为大 家所熟 知 并普遍 应 用 , 如
呈 现 出来 , 直 观形 象 地 表 达 知识 的结 构 和 关联 "在
念之 间 的 内在联 系 , 使 相关 概 念 之 间形 成 有 机 联 系
的整体 , 有 助 于 对概 念 的理 解 , 如加 速 度 , 从 运 动 学
的 角度 , 它是 速 度 的时 间变 化率 , 因此 , 和速 度 ! 时间 有关 , 而 速度 是 单 位 时 间 的 位 移 , 即 又 和 位移 !时 间
面 , 概念 之 间还 可 以交叉 连 接 , 并表 明这 种连 接 的 关
年 提 出的 , 是基 于 对 脑 神 经 生 理 科 学 与 心 理 学 的 研
究 , 类 比 自然 万 物 放 射性 情 形 而 形 成 的 关 于放 射性 思维 及其 图 形 表 达 的成 果 " 思 维 导 图运 用 线 条 ! 符 号 !数字 !逻辑 ! 节律 !色彩 ! 词 汇 和图像 , 按 照 一套 简
研究然后应用于物理学科教学之中, 在促进物理
教育 改 革 , 提 高 物 理 教 学 质 量 方 面 发 挥 应 有 的