物理学科知识的图示化表示

蒲新明　高丹丹　董琪

摘 要 图示已经作为一种通用性信息语言广泛地出现在人们的生活中，即便在物理学科知识中也会运用到图示。本文通过对运用图示化表示物理学科知识的研究，主要将物理学科知识的图示化表示分为三大类，即知识框图图示、坐标关系图图示、示意图图示，系统性地简要概括了运用图示的主要依据、重要性和注意事项等，达到对完善物理学科知识图示化表示的运用体系有所助益的效果。

关键词 物理学科知识 物理教学 图示化表示

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.08.062

Graphical Representation of the Knowledge of Physics

PU Xinming， GAO Dandan， DONG Qi

（School of Physics， Changchun Normal University， Changchun， Jilin 130032）

Abstract Icons have been widely used in people's lives as a general information language， even in the knowledge of physics. In this paper， through the research on the physics knowledge representation using graphic， mainly physical knowledge of the graphical representation can be divided into three categories， namely， knowledge representation， coordinate relationship chart diagram， schematic diagram of the system of using a brief summary of the main basis， shown the importance and attention， to help improve the physical knowledge of graphical representation application system effect.

Keywords knowledge of physics； physics teaching； graphical representation

本文中的图示指的是用一些线段或有箭头的线段、图形把物理概念、规律等物理学科知识联系起来的一些图像。相较于传统的物理学科知识教与学的方法而言，运用图示化表示物理学科知识具有明显的特点与优势。即使在学习中同时使用词和图示，图示的这种优势依然存在。图示以其多样性、形象性、简捷性的特点使物理学科知识形象化，抽象知识具体化，零碎知识系列化，复杂问题简明化，枯燥知识趣味化，更便于理解、记忆、延伸与应用。因此，将物理学科知识进行图示化表示将会是教与学过程中行之有效的重要方法。

1 图示的分类

1.1 知识框图图示

为了方便归类，在此将表示知识纲要内容框架的图示称为“知识大纲框图”。另外，为了表示出知识之间的关联性，将框图的意义进行延伸，其结构的编排与由单向到双向愈加自由方便，从而产生关联性质的框图，在此称为“知识关联框图”。

1.1.1 知识大纲框图

知识大纲框图就好比树叶的脉络，是整片知识内容的一个缩影，它可以使学科知识条理化，简单化。

这种框图主要应用于物理学科知识的整理与归类，可以是一个大模块，如力的模块可以下分为各种各样的力，也可以单单是其中的一个小模块，如加速度下分大小、方向、表示方式等。通过此框图可以使得物理学科知识的逻辑更加明显，脉络更加清晰，从而更加系统地直观表达知识要点。

1.1.2 知识关联框图

框图不单单可以罗列物理学科知识，还能够将相关物理学科知识的内在联系和本质区别明朗化，避免知识混淆，有助于区别理解与记忆。如果将框图的惯用模式稍作变动，灵活运用框图，利用不同的形状或不同的设计方式可以达成更多样化的效果。这种框图在设计与使用方面更加灵活生动，并可稍带有主观习惯与主观情感，更加有助于知识的融会贯通与可视化。

1.2 坐标系关系图图示

在物理学科知识中涉及许多表达式，而表达式中的每个字母又有其特殊的物理学含义。

此类图示主要是将物理学科知识的相关表达式与坐标系图示相结合，通过坐标系来表现与物理学科知识表达式相对应的函数图像，并通过图像来描述其物理规律。故而主要应用于对物理规律以及相关数据的描述，并通过图形或含义求解所需的相关物理学科知识。而常用的坐标系有：直角坐标系、柱坐标系、球坐标系、自然坐標系等，初步运用中最常用的是直角坐标系。另外，此类图示亦可应用于实验数据的后期分析处理。

1.3 示意图图示

示意图图示一般分为 矢量和示意图。矢量图示主要应用于关于实际物理问题中运用合矢量与分矢量分析与求解的过程，在处理实际问题时，适当地将这些矢量或合成或分解，可以将复杂问题条理化、简捷化，明了化；而示意图主要应用于情景及事物的再现，便于记忆与研究，其涵盖范围小到微观粒子，大到宏观宇宙，自然也包括电路图、光路图、受力分析图、运动过程图、状态变化图、原子跃迁示意图等，也包括通过投影法、等效法等得到的示意图。

2 图示化表示物理学科知识的主要作用

2.1 运用图示的主要依据

图示是最直观形象的表示方式，人类能够快速地加工和记忆直观的信息，这一能力表明具体的图形和其他的直观性信息表征有助于人们学习，同样有助于科学家开展他们的研究工作。与运用图示进行物理学科知识的记忆可以有效地提高记忆效率，从而更好地学习与运用。

以现代信息科学的观点分析，学习过程就是对信息进行接受、加工以及储存的过程，图示和文字一样能够传递信息，而且在某些情况下运用图示表示会更直观、简洁。对于未知事物而言，文字只能对其进行解释、类比、概括，而图示则可以在一定程度上代替实物；对于已知事物而言，文字与图示均能激发起对实物的联想，但图示相较于文字而言则更加生动形象，能够加深对已知事物的熟悉度。故而图示通过将学科知识与外在形象紧密联系，更好地再现事物，增加对知识的熟悉度，有助于知识的分辨与迁移，促进思维的发展。另外，相较于千篇一律的文字而言，图示更加生动形象且形式多样，更能够吸引注意力，增强学习研究的乐趣。

2.2 图示化表示的主要作用

2.2.1 以图代字，以简驭繁

如框图图示抛却了多余的文字，着眼于掌握理论知识的整体结构和物理思想，纵览知识全貌，用有条理的框图结构提纲挈领地将知识分类整理，使其从无序到有序，脉络清晰、简洁明了。更如某些V-T关系图示可以直接表示出物理的运动方式，而示意图又几乎可以直接用实物代替文字。

2.2.2 形象具体，再现实物

文字只能呈现概念，图示则能实物再现。相较于文字而言，图示更加清楚生动、简单直接。如上文所言，图示能够形象地再现事物，通过视觉记忆，增加对知识的熟悉度，便于记忆与思考。

2.2.3 数理结合，降低难度

利用数学方法定义物理概念、函数、方程、矢量、数形结合、微积分等会更加巧妙而快捷；利用数学的方法与技巧解决具体物理问题，既具体又便于研究，例如算数、代数、几何、三角等方法与技巧在物理学科中的应用。同时，将数学方法应用于物理知识中，还能达到简化物理过程，更加简单便捷地解决物理问题的目的。

2.2.4 易建模型，方便研究

运用图示简单直观发模拟事物及其运动现象，一方面能够通过图示的方式再现，将微观世界中的原子结构等进行放大研究，将宏观世界中的星球运动等进行缩小分析。另一方面能够通过图示的模拟展示，将抽象的事物的形象化，例如光的传播与磁感线的方向。将微观、宏观化为“可视”，化抽象为形象，将更便于构图、理解、记忆、分析与研究。

2.2.5 减少枯燥，激发兴趣

兴趣是渴求获得知识，探究某种事物或参与某种活动的积极倾向。故而在物理学科知识的教与学的过程中也应有兴趣的引导。而图示是信息最简单的表达形式，减少了费力的脑力思考，却增加了对信息的记忆能力。并且有些图示可以设计得形象简单、活泼可爱，有些图示还可以生动有趣地表述故事，减少了部分物理学科知识的枯燥乏味，增加了物理学科知识传递过程中的乐趣，从而更容易激起对物理学科知识的兴趣。

3 如何将物理学科知识进行图示化表示

3.1 设计图示的一般步骤

第一，钻研理论知识，分清条理关系。第二，选择合适的图示种类。第三，参考或借鉴已知图示，粗略设计尽量具有科学性、直观性、概括性、通俗性、趣味性的图示。第四，根据逻辑关系进行文字与图示之间的转化。第五，检验并完善已画好的图示，做到能读出其相应的物理含义。最后，运用图示掌握知识或解决问题。

3.2 应注意的几个问题

3.2.1 图文结合，适当运用

首先，所设计的图示应该适当地图文结合，如框图图示一定会是图文结合，而示意图里基本会以“图”代替“文”，并会在某些箭头、形状等的旁边标注字母、符号、数字或文字；其次，应选择适当的图示种类，以适当图形等将部分有用的文字信息表示出来，所运用的图示以最为贴切适宜为佳；最后，设计出的图示在运用的过程中也应有恰当的补充性、解释性的文字或语言，这样才能更加全面，更加方便记忆与应用。

3.2.2 图示应规范有条理

无论是哪一种图示，都应有其规范性，不可杂乱无章，避免错乱混淆。应充分体现图示的简捷明了的特点。另外，对于如电路图中的开关、小灯泡、二极管等这些有规定性的符号不能随意作更改，要严格按照规定作图。对于未作规定性的图示符号，应本着“简洁明了”的原则自主创造，切忌做“实物素描”。培养兴趣，养成习惯。物理学科知识图示化表示也应增加些许特色性、趣味性图示，并且介于图示的优势，应逐步养成运用图示表示物理学科知识的习惯，激发对物理学科知识的兴趣，以求更好地消化吸收这些知识。

3.2.3 灵活运用，取舍有度

所作图示不可一味的按部就班，要适当取舍，直击主题，作出真正适宜的、有价值的图示，并能够利用该图示解决实际问题。且即使是同一类图示中所对应同一物理学科知识的图示在一定情况下亦可不完全相同。一方面，所接收该图示的人群可能不同，即不同的人群对知识的熟悉程度不同，所能接受的知识深度也就不相同；另一方面，所应用该图示的目的不同，即某些情况下，可能需要的只是一个概括，而某些情况下可能需要的就很详尽。

4 总结

本文研究了关于物理学科知识的图示化表示方面的几个问题，它是物理学科知识传递与研究的重要方法。通過将物理学科知识中所运用到的图示进行系统分类整理，使图示与知识之间的联系更加密切、转化更加简易，更重要的是这三类将物理学科知识进行图示化表示的方法将是物理学科知识传承与发展中必不可少且卓有成效的表示方法。

参考文献

[1] 刘亚楠.论视觉图式在中学教学中的作用[D].石家庄：河北师范大学，2014.

[2] 薛迎建.试析“图示法”在物理教学中的运用[J].教学与管理，2009.18：147-148.

[3] 胡普利，吴芳雄.浅谈《纲要图示法》在中学物理教学中的运用[J].新课程研究（下旬刊），2011.7：129.

[4] 陈栋梁.初中物理概念图教学的研究[D].苏州：苏州大学，2007.

[5] 崔延宁.高中物理课程中数学方法教学的研究[D].乌鲁木齐：新疆师范大学，2009.

[6] 赵小建.画图法在初中物理教学中的重要性[J].中学物理，2015.6：33-34.