知识可视化在初中物理模型教学中的应用

李德昭

物理模型教学是初中物理课程的核心，目的是帮助学生进一步了解物理学的基本原理，并能进行应用实验。新课改背景下初中物理模型教学存在教学方法单一、实操缺乏科学指导等问题，影响了物理模型教学的效果和质量。知识可视化是将所学知识用图像、表格等形式展现出来，使学生通过这些信息进行自主探究学习。这种教学方式能够帮助学生更好地理解知识，尤其是对于初中阶段的学生来说，抽象、复杂的物理知识会给他们带来很大的学习压力。而在知识可视化教学中，教师可以将物理模型直观地呈现在学生面前，使其能够更好地理解所学知识。基于此，本文分析知识可视化在初中物理模型教学中的应用，并给出实际教学案例以供参考。

一、研究背景

随着素质教育的不断推进，新课标对学生学科素养的培养越来越重视，要求教师要转变传统教育教学理念，在教学过程中要注重学生能力、思维的培养。初中物理是一门以实验为基础的学科，而模型教学是一种常用的物理教学方法，它可以使抽象的知识具体化、形象化，从而帮助学生更好地理解所学知识。因此，在初中物理教学中引入模型教学，能够使学生直观地观察到所学知识的形成过程，从而更加深入地理解所学知识。

然而在实际教学过程中，很多教师在进行模型教学时仍然沿用传统教育教学理念，导致学生无法掌握好物理模型中所蕴含的知识。知识可视化可谓解决这些问题的一剂良药。初中阶段的学生思维活跃，喜欢动手操作。采用知识可视化方式开展教学，可以提高学生的学习积极性，使其在模型教学中主动探索、合作探究，从而培养他们的动手操作能力。同时，学生能够将所学知识进行有效整合与构建，在此过程中运用所学知识进行自主探究学习。

二、知识可视化在初中物理模型教学中的应用优势

初中物理模型主要是通过实验以及演示来帮助学生建立物理知识的基础。初中物理模型更加重视应用与实验，这也是物理模型在初中阶段教学中对学生能力要求更高的原因。为了让学生深入理解并掌握力学计算和数学模型背后的含义及相关概念，教师需要利用多种手段让学生进行实际操作，设计和制作一些简单结构模型满足教学要求，有效提高学生在课堂中的参与度。

在初中物理教学中，教师需要分析、掌握学生的认知特点，为其提供有效的学习策略。学生认知规律具有一定的动态性和灵活性，教师需要充分发挥学生这一特点，并利用知识可视化的优势有效提高学生的学习效率。

首先，引导学生对知识进行自主探究。在初中物理教学中，教师需要引导学生积极参与到对知识的自主探究和发现中，提高学生的学习主动性。其次，为学生提供有效的学习支架。在初中物理教学中，教师需要结合知识特点和实际情况为学生提供有效的学习支架，使其能够在对知识进行自主探究和发现中有效应用知识解决实际问题。最后，对学生进行全面评价。在初中物理教学中，教师需要关注每一个学生的学习情况和发展情况，对每一名学生进行评价，为其提供有效的学习指导。因此，在初中物理教学中，教师需要充分利用知识可视化的优势实现对学生全面评价。

三、知识可视化视觉表征工具及其作用

视觉表征是运用图像等视觉语言来传达信息，着重于图像与物体的关系，以及人们对视觉语言传播和沟通的看法。主要包括概念图、思维导图以及知识动画等形式。

（一）概念图

1984年，诺瓦克博士首先提出了概念图理念。概念图是通过连线来描述概念和概念之间的关系的，用法是将主题概念置于中央，先由连线将主题与相关概念联系起来，再由连线来解释二者之间的联系，并逐步展开，最后构成概念网。概念图表的层次很清楚，能用最快的速度在脑海中重现该概念的层次结构。

（二）思维导图

思维导图与人类的大脑有异曲同工之妙，可以有效地激发脑部的活动，是一种有效的辅助手段，不但可以改进教师的教学方法，还可以改变学生的思维模式和认知模式。思维导图在整理知识方面具有无可替代的作用，可以清晰地显示不同知识之间的关系。

（三）知识动画

知识动画是运用电脑技术，以动态的、可视的形式展示知识以及知识的生成。在课堂教学中引入知识动画，能够让课堂教学更具创意性。在传统的课堂教学中，教师往往会使用图像、视频等辅助材料，对课堂教学有一定的促进作用。知识动画打破了传统的影像局限，可随时选择暂停、重复播放，加强教学互动与沟通，以更好地服务于学生，改善其学习状况。

四、初中物理模型教学中存在的问题

当前，我国初中物理学科的教学方法和理论水平与新课改理念发展的要求还有一定的差距。初中物理模型教学是新课改的一个重要内容，目的是为学生构建物理实验条件，以提升其物理计算能力，让学生能够更好地掌握物理知识，了解物理原理以及理解物理规律，形成正确的思维模式，培养自主学习、探究问题能力和创新能力。但目前我国初中物理学科在教学过程中还存在诸多问题。

（一）传统教学方法相对单一

当前，在初中物理教学过程中，传统的教学方法主要以教师讲授为主。这种传统模式不仅不利于激发学生学习兴趣和求知欲，而且会导致教师在传授基础知识内容时过于枯燥和乏味。具体而言，教师往往需要进行大量的手工操作和设计实验模型，以此模拟实际生活中产生的各种物理现象，进而对所教学内容进行补充和深化。由于这种方法片面且难以让学生真正理解透彻所学知识，难以提高其主动性和积极性，难以培养其自主探索、探究问题和创新等能力。

（二）实验操作缺乏科学指导和训练

在初中物理模型教学过程中，学生往往难以掌握基本的实验操作方法和实验技能，在實验操作环节并没有进行深入探究。因此，教师需要以不同的方式引导学生运用简单的实验设备和工具掌握实验的操作方法，避免学生用单一或错误的方法进行模型学习和实验学习。另外，教师需要利用课件帮助学生理解不同实验设备和工具之间的区别与联系，了解和掌握其中的科学原理和方法以及设计更好的实验方案和实验程序等。

（三）缺乏整体性研究规划及指导意见

由于部分教师未对初中物理课程内容进行深入分析，没有形成科学有效的整体规划和指导性意见，导致学生对物理知识的理解不够透彻，未能全面地理解知识内涵和物理规律。同时，当前部分教师忽视了教材中的学习内容对整体知识内容的指导作用，未能针对新课改提出的内容创新教学方法和形式。

例如，在初中物理教学过程中，教师常常将传统实验教学内容进行简单加工或转化为三维动画形式后直接在课堂教学中播放，并没有将其中某一具体操作细节融入初中物理学中。而且传统实验教学和三维动画技术之间不能很好地结合成为物理学整体规划及指导意见的重要部分，原因之一是受限于教师的科学研究、探索能力以及专业理论发展水平等。

（四）新课改下部分教师理论素养有待提升

教师对新课程改革的要求往往停留在抽象层面或理解层面，难以促使学生形成有效的思维方式。教师是初中物理教学的直接参与者，在模型教学中起着主导作用。一些初中生由于缺乏基本的理论素养，常常表现出对物理现象不感兴趣，缺乏对物理规律以及科学实验的认识。同时，学生自身存在个体差异，对所学知识也缺乏深层次理解。

五、初中物理模型教学存在问题的解决方法

初中物理教师需要根据学生的具体情况，设计科学、易懂的问题，并能及时做出回应。在教学中要注重调动学生的主观能动性，使其在模型教学中充分发挥思维与实践的作用，并能及时发现问题和解决问题。教师还需要对学生进行科学有效指导，避免学生产生畏难情绪、自卑心理等问题。

（一）激发学生的学习兴趣

知识可视化是目前初中阶段运用比较广泛的一种方法，能够快速地抓取学生学习中存在的问题，能够利用现有技术解决实际问题。但是要想把初中物理知识转化为可利用的图像，还需要进行一些技术处理，如通过图片展示、多媒体演示等形式提高学生学习兴趣。

例如，在“匀速直线运动”教学时，教师可以用不同图像演示不同物体的运动速度，通过这种方式提高学生对运动速度的感知能力，同时使其在视觉上加深对物体运动的印象。在初中物理模型教学中采用知识可视化教学方法，能充分利用多媒体设备、图形符号以及其他信息传播手段，以图文结合的方式为学生提供直观的实物模型，帮助学生更好地理解并掌握初中物理知识。

（二）科学有效地讲解知识内容

在初中物理模型教学过程中，要保证学生学习到知识内容后能够迅速理解，并掌握知识内容的内在联系，教师需要分层次讲解知识内容。首先，对主要内容进行梳理总结，包括实验现象及原因、实验原理与过程、实验结果以及方法等方面。其次，对学生能够理解的内容进行详细讲解，并且把需要运用到模型中的知识点用图示方式展示出来。在图示方式展示完后，要及时给予学生相应的评价和反馈，帮助学生进一步巩固和理解知识点。最后，当学生有疑问时，应及时向学生提问、辅导和解答。

例如，在“串、并联电路的比较”教学时，教师可以构建与串联、并联电路相关的知识实验模型。首先，教师可以利用这个模型对这部分知识进行讲解，让学生更加直观地认识到串、并联电路中电流的流向，引导学生更好地理解这部分知识。其次，在进行相关实验的时候，教师可以用模型呈现实验现象及原因、实验原理与过程、实验结果以及方法。最后，教师可以让学生在观察和分析知识模型之后进行沟通与学习，一起讨论实验的目的和实验过程的注意事项，并将总结出的理论与班级中其他同学一起分享。

（三）提升知识应用能力

在初中物理模型教学中，实验操作是学生接触到物理知识的最主要方式。初中物理模型教学的目标是要求学生熟练地操作与学习物理知识，培养他们的动手能力和创造能力，从而提升其知识应用能力。通过教师的讲解和演示，学生能够更加全面地理解知识内容，掌握理论知识和实验方法技巧。目前一些初中物理实验课程已经将学生对物理模型的操作技能融入其中，利用图像等形式展示物理实验与数学计算在实际生活中的应用效果。

在实际教学过程中，教师还需要结合教学内容设计课堂练习题、课后作业等练习，以提升学生的知识运用能力。此外，通过课后作业中出现的应用问题引发学生进行讨论与反思，使学生更好地理解所学物理概念及原理的应用。下文以“光的折射”教学为例进行分析。

首先，教师可以利用水杯、水、铅笔等简单的物品设计“折断的铅笔”实验，向学生展示光从一种介质进入另一种介质时发生的折射现象。教师可以先让学生观察水杯中没有水时铅笔的形状，再向水杯中倒入水，让学生观察铅笔的形状是否发生变化。教师可以引导学生思考为什么铅笔会看起来像折断了一样以及如何用物理知识解释这一现象。之后教师可以鼓励学生自己动手做这个实验，并记录实验过程和结果。

其次，教师可以提出一些问题，帮助学生分析实验数据，如：铅笔在水中看起来比在空气中短了多少？铅笔在水中的折射角是多少？铅笔在空气和水之间的界面上的入射角是多少？让学生在问题的引导下积极思考，用所学数学公式计算出这些数据，并与实验结果进行比较。

最后，教师可以让学生将这个实验与日常生活中的其他光的折射现象联系起来，如：为什么池塘里的鱼看起来比实际的位置更浅？为什么我们在游泳池里看到的人会有变形？为什么我们戴眼镜时会感觉视野变大或变小？教师可以让学生用自己的话解释这些现象，并用图像或视频展示给其他同学。此外，教师应该给予学生及时、客观的评价和反馈，鼓励学生发挥创造力和想象力探究物理现象。

六、結语

总而言之，初中物理模型教学是学生了解物理基本知识的基础上开展物理实验活动，对学生的能力培养具有重要作用。知识可视化教学能够为物理模型教学提供助力。因此，为了提高物理模型教学质效，教师可以采用知识可视化教学法开展模型教学，让学生掌握一定的模型操作技能，提升其物理素养。