知識可視化在初中物理模型教學中的應用

李德昭

□福建省南平市邵武市曬口善德中小學

物理模型教學是初中物理課程的核心，目的是幫助學生進一步了解物理學的基本原理，并能進行應用實驗。新課改背景下初中物理模型教學存在教學方法單一、實操缺乏科學指導等問題，影響了物理模型教學的效果和質量。知識可視化是將所學知識用圖像、表格等形式展現出來，使學生通過這些信息進行自主探究學習。這種教學方式能夠幫助學生更好地理解知識，尤其是對于初中階段的學生來說，抽象、復雜的物理知識會給他們帶來很大的學習壓力。而在知識可視化教學中，教師可以將物理模型直觀地呈現在學生面前，使其能夠更好地理解所學知識。基于此，本文分析知識可視化在初中物理模型教學中的應用，并給出實際教學案例以供參考。

一、研究背景

隨著素質教育的不斷推進，新課標對學生學科素養的培養越來越重視，要求教師要轉變傳統教育教學理念，在教學過程中要注重學生能力、思維的培養。初中物理是一門以實驗為基礎的學科，而模型教學是一種常用的物理教學方法，它可以使抽象的知識具體化、形象化，從而幫助學生更好地理解所學知識。因此，在初中物理教學中引入模型教學，能夠使學生直觀地觀察到所學知識的形成過程，從而更加深入地理解所學知識。

然而在實際教學過程中，很多教師在進行模型教學時仍然沿用傳統教育教學理念，導致學生無法掌握好物理模型中所蘊含的知識。知識可視化可謂解決這些問題的一劑良藥。初中階段的學生思維活躍，喜歡動手操作。采用知識可視化方式開展教學，可以提高學生的學習積極性，使其在模型教學中主動探索、合作探究，從而培養他們的動手操作能力。同時，學生能夠將所學知識進行有效整合與構建，在此過程中運用所學知識進行自主探究學習。

二、知識可視化在初中物理模型教學中的應用優勢

初中物理模型主要是通過實驗以及演示來幫助學生建立物理知識的基礎。初中物理模型更加重視應用與實驗，這也是物理模型在初中階段教學中對學生能力要求更高的原因。為了讓學生深入理解并掌握力學計算和數學模型背后的含義及相關概念，教師需要利用多種手段讓學生進行實際操作，設計和制作一些簡單結構模型滿足教學要求，有效提高學生在課堂中的參與度。

在初中物理教學中，教師需要分析、掌握學生的認知特點，為其提供有效的學習策略。學生認知規律具有一定的動態性和靈活性，教師需要充分發揮學生這一特點，并利用知識可視化的優勢有效提高學生的學習效率。

首先，引導學生對知識進行自主探究。在初中物理教學中，教師需要引導學生積極參與到對知識的自主探究和發現中，提高學生的學習主動性。其次，為學生提供有效的學習支架。在初中物理教學中，教師需要結合知識特點和實際情況為學生提供有效的學習支架，使其能夠在對知識進行自主探究和發現中有效應用知識解決實際問題。最后，對學生進行全面評價。在初中物理教學中，教師需要關注每一個學生的學習情況和發展情況，對每一名學生進行評價，為其提供有效的學習指導。因此，在初中物理教學中，教師需要充分利用知識可視化的優勢實現對學生全面評價。

三、知識可視化視覺表征工具及其作用

視覺表征是運用圖像等視覺語言來傳達信息，著重于圖像與物體的關系，以及人們對視覺語言傳播和溝通的看法。主要包括概念圖、思維導圖以及知識動畫等形式。

（一）概念圖

1984 年，諾瓦克博士首先提出了概念圖理念。概念圖是通過連線來描述概念和概念之間的關系的，用法是將主題概念置于中央，先由連線將主題與相關概念聯系起來，再由連線來解釋二者之間的聯系，并逐步展開，最后構成概念網。概念圖表的層次很清楚，能用最快的速度在腦海中重現該概念的層次結構。

（二）思維導圖

思維導圖與人類的大腦有異曲同工之妙，可以有效地激發腦部的活動，是一種有效的輔助手段，不但可以改進教師的教學方法，還可以改變學生的思維模式和認知模式。思維導圖在整理知識方面具有無可替代的作用，可以清晰地顯示不同知識之間的關系。

（三）知識動畫

知識動畫是運用電腦技術，以動態的、可視的形式展示知識以及知識的生成。在課堂教學中引入知識動畫，能夠讓課堂教學更具創意性。在傳統的課堂教學中，教師往往會使用圖像、視頻等輔助材料，對課堂教學有一定的促進作用。知識動畫打破了傳統的影像局限，可隨時選擇暫停、重復播放，加強教學互動與溝通，以更好地服務于學生，改善其學習狀況。

四、初中物理模型教學中存在的問題

當前，我國初中物理學科的教學方法和理論水平與新課改理念發展的要求還有一定的差距。初中物理模型教學是新課改的一個重要內容，目的是為學生構建物理實驗條件，以提升其物理計算能力，讓學生能夠更好地掌握物理知識，了解物理原理以及理解物理規律，形成正確的思維模式，培養自主學習、探究問題能力和創新能力。但目前我國初中物理學科在教學過程中還存在諸多問題。

（一）傳統教學方法相對單一

當前，在初中物理教學過程中，傳統的教學方法主要以教師講授為主。這種傳統模式不僅不利于激發學生學習興趣和求知欲，而且會導致教師在傳授基礎知識內容時過于枯燥和乏味。具體而言，教師往往需要進行大量的手工操作和設計實驗模型，以此模擬實際生活中產生的各種物理現象，進而對所教學內容進行補充和深化。由于這種方法片面且難以讓學生真正理解透徹所學知識，難以提高其主動性和積極性，難以培養其自主探索、探究問題和創新等能力。

（二）實驗操作缺乏科學指導和訓練

在初中物理模型教學過程中，學生往往難以掌握基本的實驗操作方法和實驗技能，在實驗操作環節并沒有進行深入探究。因此，教師需要以不同的方式引導學生運用簡單的實驗設備和工具掌握實驗的操作方法，避免學生用單一或錯誤的方法進行模型學習和實驗學習。另外，教師需要利用課件幫助學生理解不同實驗設備和工具之間的區別與聯系，了解和掌握其中的科學原理和方法以及設計更好的實驗方案和實驗程序等。

（三）缺乏整體性研究規劃及指導意見

由于部分教師未對初中物理課程內容進行深入分析，沒有形成科學有效的整體規劃和指導性意見，導致學生對物理知識的理解不夠透徹，未能全面地理解知識內涵和物理規律。同時，當前部分教師忽視了教材中的學習內容對整體知識內容的指導作用，未能針對新課改提出的內容創新教學方法和形式。

例如，在初中物理教學過程中，教師常常將傳統實驗教學內容進行簡單加工或轉化為三維動畫形式后直接在課堂教學中播放，并沒有將其中某一具體操作細節融入初中物理學中。而且傳統實驗教學和三維動畫技術之間不能很好地結合成為物理學整體規劃及指導意見的重要部分，原因之一是受限于教師的科學研究、探索能力以及專業理論發展水平等。

（四）新課改下部分教師理論素養有待提升

教師對新課程改革的要求往往停留在抽象層面或理解層面，難以促使學生形成有效的思維方式。教師是初中物理教學的直接參與者，在模型教學中起著主導作用。一些初中生由于缺乏基本的理論素養，常常表現出對物理現象不感興趣，缺乏對物理規律以及科學實驗的認識。同時，學生自身存在個體差異，對所學知識也缺乏深層次理解。

五、初中物理模型教學存在問題的解決方法

初中物理教師需要根據學生的具體情況，設計科學、易懂的問題，并能及時做出回應。在教學中要注重調動學生的主觀能動性，使其在模型教學中充分發揮思維與實踐的作用，并能及時發現問題和解決問題。教師還需要對學生進行科學有效指導，避免學生產生畏難情緒、自卑心理等問題。

（一）激發學生的學習興趣

知識可視化是目前初中階段運用比較廣泛的一種方法，能夠快速地抓取學生學習中存在的問題，能夠利用現有技術解決實際問題。但是要想把初中物理知識轉化為可利用的圖像，還需要進行一些技術處理，如通過圖片展示、多媒體演示等形式提高學生學習興趣。

例如，在“勻速直線運動”教學時，教師可以用不同圖像演示不同物體的運動速度，通過這種方式提高學生對運動速度的感知能力，同時使其在視覺上加深對物體運動的印象。在初中物理模型教學中采用知識可視化教學方法，能充分利用多媒體設備、圖形符號以及其他信息傳播手段，以圖文結合的方式為學生提供直觀的實物模型，幫助學生更好地理解并掌握初中物理知識。

（二）科學有效地講解知識內容

在初中物理模型教學過程中，要保證學生學習到知識內容后能夠迅速理解，并掌握知識內容的內在聯系，教師需要分層次講解知識內容。首先，對主要內容進行梳理總結，包括實驗現象及原因、實驗原理與過程、實驗結果以及方法等方面。其次，對學生能夠理解的內容進行詳細講解，并且把需要運用到模型中的知識點用圖示方式展示出來。在圖示方式展示完后，要及時給予學生相應的評價和反饋，幫助學生進一步鞏固和理解知識點。最后，當學生有疑問時，應及時向學生提問、輔導和解答。

例如，在“串、并聯電路的比較”教學時，教師可以構建與串聯、并聯電路相關的知識實驗模型。首先，教師可以利用這個模型對這部分知識進行講解，讓學生更加直觀地認識到串、并聯電路中電流的流向，引導學生更好地理解這部分知識。其次，在進行相關實驗的時候，教師可以用模型呈現實驗現象及原因、實驗原理與過程、實驗結果以及方法。最后，教師可以讓學生在觀察和分析知識模型之后進行溝通與學習，一起討論實驗的目的和實驗過程的注意事項，并將總結出的理論與班級中其他同學一起分享。

（三）提升知識應用能力

在初中物理模型教學中，實驗操作是學生接觸到物理知識的最主要方式。初中物理模型教學的目標是要求學生熟練地操作與學習物理知識，培養他們的動手能力和創造能力，從而提升其知識應用能力。通過教師的講解和演示，學生能夠更加全面地理解知識內容，掌握理論知識和實驗方法技巧。目前一些初中物理實驗課程已經將學生對物理模型的操作技能融入其中，利用圖像等形式展示物理實驗與數學計算在實際生活中的應用效果。

在實際教學過程中，教師還需要結合教學內容設計課堂練習題、課后作業等練習，以提升學生的知識運用能力。此外，通過課后作業中出現的應用問題引發學生進行討論與反思，使學生更好地理解所學物理概念及原理的應用。下文以“光的折射”教學為例進行分析。

首先，教師可以利用水杯、水、鉛筆等簡單的物品設計“折斷的鉛筆”實驗，向學生展示光從一種介質進入另一種介質時發生的折射現象。教師可以先讓學生觀察水杯中沒有水時鉛筆的形狀，再向水杯中倒入水，讓學生觀察鉛筆的形狀是否發生變化。教師可以引導學生思考為什么鉛筆會看起來像折斷了一樣以及如何用物理知識解釋這一現象。之后教師可以鼓勵學生自己動手做這個實驗，并記錄實驗過程和結果。

其次，教師可以提出一些問題，幫助學生分析實驗數據，如：鉛筆在水中看起來比在空氣中短了多少？鉛筆在水中的折射角是多少？鉛筆在空氣和水之間的界面上的入射角是多少？讓學生在問題的引導下積極思考，用所學數學公式計算出這些數據，并與實驗結果進行比較。

最后，教師可以讓學生將這個實驗與日常生活中的其他光的折射現象聯系起來，如：為什么池塘里的魚看起來比實際的位置更淺？為什么我們在游泳池里看到的人會有變形？為什么我們戴眼鏡時會感覺視野變大或變小？教師可以讓學生用自己的話解釋這些現象，并用圖像或視頻展示給其他同學。此外，教師應該給予學生及時、客觀的評價和反饋，鼓勵學生發揮創造力和想象力探究物理現象。

六、結語

總而言之，初中物理模型教學是學生了解物理基本知識的基礎上開展物理實驗活動，對學生的能力培養具有重要作用。知識可視化教學能夠為物理模型教學提供助力。因此，為了提高物理模型教學質效，教師可以采用知識可視化教學法開展模型教學，讓學生掌握一定的模型操作技能，提升其物理素養。