知识可视化在高中物理课堂教学中的应用

陆奕斌

物理知识比较抽象，怎样把将抽象的知识更生动，更具体的展现在学生的面前，是新课改的主要内容之一.对于高中物理教学来说，利用可视化教学可以更为有效地让学生把抽象的物理知识用形象的方式去理解，以此把高中物理知识的掌握的更牢，提高学生的解题效率，从而提升高中物理教学的有效性.事实上可视化教学就是将相对枯燥、抽象的内容进行直观地转变，以一种更有效的方式向学生进行知识的讲解，便于学生更容易理解，进而更好地开展教学活动.本文以介绍加速度的概念，以及其与速度和力关系和为例分别以概念图、思维导图等可视化工具，阐述了可视化在高中物理课堂教学的应用.

一、利用概念图唤醒学生的探究意识

概念图是指用节点代表概念，连线是表示概念间关系的图形表示法.以加速度的定义为例论述概念图在高中物理课堂教学中的应用.

根据加速度的定义：加速度是对速度变化的快慢的描述，他的值的大小由速度的变化量和发生这个变化量所需要时间差的比值，用字母a表示.它计算式为a=v2-v1t2-t1.从这个计算式我们可以看出它的单位为m/s2.加速度是一个矢量，也就是说它具有方向，它的方向和物体的速度变化的方向一致，从另一个角度来说，加速度的方向和它所受合力方向一致.这个方向就是表示物体所受的合力的方向以及速度变化的方向，它的大小表示的是速度变化的快慢.

对于物体所受的所谓的合力，由牛顿运动学第二定律有a=F/m，F是指物体所受外力的合力，m是指物体的质量.那么我们可以根据这个定义用概念图把加速度用概念图表示出来，如图1所示.

二、利用思维导图点拨学生的创新能力

思维导图也叫心智图，是一个图形化工具，这个工具是具有发散性思维，它的创始人托尼·巴赞把思维导图定义为思维导图不但是人类思维的自然功能，而且是一种放射性思维的表现.思维导图是用图文并茂示的方法将思维的放射性思维用具体的方式变现出来，并把各层次结构和相关联的各个主题之间的关系现象的表达出来，在形象和关键词之间建立起联系，利用思维的规律和记忆，对人的左右脑的发展很大的帮助.图2就是一个典型的关于加速度的思维导图.

物理运动学中，加速度是一个重要的概念，是运动学和力学的联系枢纽，对于学生来说，把加速度的概念学习好，具有非常十分重要的意义.这一节课，对课堂知识进行总结时，可以选择要求学生以加速度的概念为中心来绘制其思维导图，可以帮助学生建立起基本知识的框架，注重了这些概念之间的联系，学生们的知识点才不会分散，学生用这个思维导图可以对加速的概念加深理解，使学生对每个知识点都不遗漏.设计教案时可以如下设计：

第一，利用课件中的视频、图片或则数据，向同学们展示加速度的概念，使学生能感觉到速度大小的变化快慢；第二，使用模拟加速度的大小的视频定义加速度的计算式；第三，展示加速度的方向；最后，我们通过一个巩固练习或一个例题来加深学生对加速度这个概念的理解，这个思维导图的绘制过程由多媒体来展示.

三、利用流程图促进学生的方法领悟

流程图由符号和文本框按操作顺序来表征和表示操作内容的表示方法.流程图可以帮助学习者通过清晰的梳理思绪的方法去找到解决问题的过程和方法.下面以一个例题的解答过程阐述流程图的绘制和作用.

例1一个质量为2 kg的物体，首先把其放在地面上，对它施加一个大小为25 N的竖直向上的力，在5秒后该物体向上的运动的速度为10 m/s，假定该物体在运动过程中受到的空气阻力是恒定的，问在这5秒内，该物体在运动过程中受到的空气阻力是多少？

在讲解这道题时，首先我们应该引导学生回忆哪些知识点，可以将刚才画的思维导图拿出来，让学生认真的理解加速是物理课程中运动学和力学的枢纽，但在实际的教学过程中我们发现，学生无法理解加速度的举足轻重的作用.对于例题中问题的解答，我们可以让学生先画一个题目推导的流程图来解决，我们引导他们把已知的求解的问题用符号和文本按顺序表达出来，从已知什么可以得到什么，这样把已知和未知串成一个流程，使其能够从已知条件出发，正确梳理已知条件，根据流程关系找到求解和已知的关系.用加速度这个共同体连接物体的受力和运动，让学生经过讨论和思考，绘制出简单的流程图，图3是经过师生共同讨论后得到的本题目的流程图.

学生在经过画出解题的流程图之后，就应该知道运用牛二定律如何解题，以后再遇上述类似的问题，学生的脑海里就会出现这样一个解题的流程图，就会使用某个概念把另外两个概念联系起来了.对于这道题，通过绘制流程图后得到物体的加速度为a=v2-v1t2-t1=105=2 m/s2.

进而得出物体的所受外力为F=ma=2×2=4 N.

四、利用示意图提高学生的解题效率

示意图一般指简单描述对象的形状、大小以及对象和对象的关系等，也可以是描述一个机械设备的结构，甚至一般结构工作的基本原理等.上课时老师在黑板上的绘制的简图属于示意图，它的特点是非常的简单明了，忽略了很多小的细节它只突出了一点.对于上述的题目可以用示意图表示，如图4所示.

由上述示意图可得：

物体的所受外力为F=F1-F2-G=ma，

由数学推导有

F2=F1-F-G=28-ma-mg

=25-2×2-2×9.8=1.4 N，

即物理所受的阻力为1.4 N.

由此可见：流程图和示意图结合起来对解答综合性的题型非常有用，非常直观，学生看了一目了然.

如何更为有效的实现高中物理教学中知识的可视化程度，是当前高中物理教学中非常重要的一个环节，可视化的教学方式有助于学生更为直观的理解相对抽象的物理知识，同时也有助于教师对教学内容的把握和开展.所以要不断加强高中物理教学中知识可视化的程度，努力打造更为有效的教学模式，将知识可视化不断的应用发展下去.