物理學科知識的圖示化表示

蒲新明　高丹丹　董琪

摘 要 圖示已經作為一種通用性信息語言廣泛地出現在人們的生活中，即便在物理學科知識中也會運用到圖示。本文通過對運用圖示化表示物理學科知識的研究，主要將物理學科知識的圖示化表示分為三大類，即知識框圖圖示、坐標關系圖圖示、示意圖圖示，系統性地簡要概括了運用圖示的主要依據、重要性和注意事項等，達到對完善物理學科知識圖示化表示的運用體系有所助益的效果。

關鍵詞 物理學科知識 物理教學 圖示化表示

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

本文中的圖示指的是用一些線段或有箭頭的線段、圖形把物理概念、規律等物理學科知識聯系起來的一些圖像。相較于傳統的物理學科知識教與學的方法而言，運用圖示化表示物理學科知識具有明顯的特點與優勢。即使在學習中同時使用詞和圖示，圖示的這種優勢依然存在。圖示以其多樣性、形象性、簡捷性的特點使物理學科知識形象化，抽象知識具體化，零碎知識系列化，復雜問題簡明化，枯燥知識趣味化，更便于理解、記憶、延伸與應用。因此，將物理學科知識進行圖示化表示將會是教與學過程中行之有效的重要方法。

1 圖示的分類

1.1 知識框圖圖示

為了方便歸類，在此將表示知識綱要內容框架的圖示稱為“知識大綱框圖”。另外，為了表示出知識之間的關聯性，將框圖的意義進行延伸，其結構的編排與由單向到雙向愈加自由方便，從而產生關聯性質的框圖，在此稱為“知識關聯框圖”。

1.1.1 知識大綱框圖

知識大綱框圖就好比樹葉的脈絡，是整片知識內容的一個縮影，它可以使學科知識條理化，簡單化。

這種框圖主要應用于物理學科知識的整理與歸類，可以是一個大模塊，如力的模塊可以下分為各種各樣的力，也可以單單是其中的一個小模塊，如加速度下分大小、方向、表示方式等。通過此框圖可以使得物理學科知識的邏輯更加明顯，脈絡更加清晰，從而更加系統地直觀表達知識要點。

1.1.2 知識關聯框圖

框圖不單單可以羅列物理學科知識，還能夠將相關物理學科知識的內在聯系和本質區別明朗化，避免知識混淆，有助于區別理解與記憶。如果將框圖的慣用模式稍作變動，靈活運用框圖，利用不同的形狀或不同的設計方式可以達成更多樣化的效果。這種框圖在設計與使用方面更加靈活生動，并可稍帶有主觀習慣與主觀情感，更加有助于知識的融會貫通與可視化。

1.2 坐標系關系圖圖示

在物理學科知識中涉及許多表達式，而表達式中的每個字母又有其特殊的物理學含義。

此類圖示主要是將物理學科知識的相關表達式與坐標系圖示相結合，通過坐標系來表現與物理學科知識表達式相對應的函數圖像，并通過圖像來描述其物理規律。故而主要應用于對物理規律以及相關數據的描述，并通過圖形或含義求解所需的相關物理學科知識。而常用的坐標系有：直角坐標系、柱坐標系、球坐標系、自然坐標系等，初步運用中最常用的是直角坐標系。另外，此類圖示亦可應用于實驗數據的后期分析處理。

1.3 示意圖圖示

示意圖圖示一般分為 矢量和示意圖。矢量圖示主要應用于關于實際物理問題中運用合矢量與分矢量分析與求解的過程，在處理實際問題時，適當地將這些矢量或合成或分解，可以將復雜問題條理化、簡捷化，明了化；而示意圖主要應用于情景及事物的再現，便于記憶與研究，其涵蓋范圍小到微觀粒子，大到宏觀宇宙，自然也包括電路圖、光路圖、受力分析圖、運動過程圖、狀態變化圖、原子躍遷示意圖等，也包括通過投影法、等效法等得到的示意圖。

2 圖示化表示物理學科知識的主要作用

2.1 運用圖示的主要依據

圖示是最直觀形象的表示方式，人類能夠快速地加工和記憶直觀的信息，這一能力表明具體的圖形和其他的直觀性信息表征有助于人們學習，同樣有助于科學家開展他們的研究工作。與運用圖示進行物理學科知識的記憶可以有效地提高記憶效率，從而更好地學習與運用。

以現代信息科學的觀點分析，學習過程就是對信息進行接受、加工以及儲存的過程，圖示和文字一樣能夠傳遞信息，而且在某些情況下運用圖示表示會更直觀、簡潔。對于未知事物而言，文字只能對其進行解釋、類比、概括，而圖示則可以在一定程度上代替實物；對于已知事物而言，文字與圖示均能激發起對實物的聯想，但圖示相較于文字而言則更加生動形象，能夠加深對已知事物的熟悉度。故而圖示通過將學科知識與外在形象緊密聯系，更好地再現事物，增加對知識的熟悉度，有助于知識的分辨與遷移，促進思維的發展。另外，相較于千篇一律的文字而言，圖示更加生動形象且形式多樣，更能夠吸引注意力，增強學習研究的樂趣。

2.2 圖示化表示的主要作用

2.2.1 以圖代字，以簡馭繁

如框圖圖示拋卻了多余的文字，著眼于掌握理論知識的整體結構和物理思想，縱覽知識全貌，用有條理的框圖結構提綱挈領地將知識分類整理，使其從無序到有序，脈絡清晰、簡潔明了。更如某些V-T關系圖示可以直接表示出物理的運動方式，而示意圖又幾乎可以直接用實物代替文字。

2.2.2 形象具體，再現實物

文字只能呈現概念，圖示則能實物再現。相較于文字而言，圖示更加清楚生動、簡單直接。如上文所言，圖示能夠形象地再現事物，通過視覺記憶，增加對知識的熟悉度，便于記憶與思考。

2.2.3 數理結合，降低難度

利用數學方法定義物理概念、函數、方程、矢量、數形結合、微積分等會更加巧妙而快捷；利用數學的方法與技巧解決具體物理問題，既具體又便于研究，例如算數、代數、幾何、三角等方法與技巧在物理學科中的應用。同時，將數學方法應用于物理知識中，還能達到簡化物理過程，更加簡單便捷地解決物理問題的目的。

2.2.4 易建模型，方便研究

運用圖示簡單直觀發模擬事物及其運動現象，一方面能夠通過圖示的方式再現，將微觀世界中的原子結構等進行放大研究，將宏觀世界中的星球運動等進行縮小分析。另一方面能夠通過圖示的模擬展示，將抽象的事物的形象化，例如光的傳播與磁感線的方向。將微觀、宏觀化為“可視”，化抽象為形象，將更便于構圖、理解、記憶、分析與研究。

2.2.5 減少枯燥，激發興趣

興趣是渴求獲得知識，探究某種事物或參與某種活動的積極傾向。故而在物理學科知識的教與學的過程中也應有興趣的引導。而圖示是信息最簡單的表達形式，減少了費力的腦力思考，卻增加了對信息的記憶能力。并且有些圖示可以設計得形象簡單、活潑可愛，有些圖示還可以生動有趣地表述故事，減少了部分物理學科知識的枯燥乏味，增加了物理學科知識傳遞過程中的樂趣，從而更容易激起對物理學科知識的興趣。

3 如何將物理學科知識進行圖示化表示

3.1 設計圖示的一般步驟

第一，鉆研理論知識，分清條理關系。第二，選擇合適的圖示種類。第三，參考或借鑒已知圖示，粗略設計盡量具有科學性、直觀性、概括性、通俗性、趣味性的圖示。第四，根據邏輯關系進行文字與圖示之間的轉化。第五，檢驗并完善已畫好的圖示，做到能讀出其相應的物理含義。最后，運用圖示掌握知識或解決問題。

3.2 應注意的幾個問題

3.2.1 圖文結合，適當運用

首先，所設計的圖示應該適當地圖文結合，如框圖圖示一定會是圖文結合，而示意圖里基本會以“圖”代替“文”，并會在某些箭頭、形狀等的旁邊標注字母、符號、數字或文字；其次，應選擇適當的圖示種類，以適當圖形等將部分有用的文字信息表示出來，所運用的圖示以最為貼切適宜為佳；最后，設計出的圖示在運用的過程中也應有恰當的補充性、解釋性的文字或語言，這樣才能更加全面，更加方便記憶與應用。

3.2.2 圖示應規范有條理

無論是哪一種圖示，都應有其規范性，不可雜亂無章，避免錯亂混淆。應充分體現圖示的簡捷明了的特點。另外，對于如電路圖中的開關、小燈泡、二極管等這些有規定性的符號不能隨意作更改，要嚴格按照規定作圖。對于未作規定性的圖示符號，應本著“簡潔明了”的原則自主創造，切忌做“實物素描”。培養興趣，養成習慣。物理學科知識圖示化表示也應增加些許特色性、趣味性圖示，并且介于圖示的優勢，應逐步養成運用圖示表示物理學科知識的習慣，激發對物理學科知識的興趣，以求更好地消化吸收這些知識。

3.2.3 靈活運用，取舍有度

所作圖示不可一味的按部就班，要適當取舍，直擊主題，作出真正適宜的、有價值的圖示，并能夠利用該圖示解決實際問題。且即使是同一類圖示中所對應同一物理學科知識的圖示在一定情況下亦可不完全相同。一方面，所接收該圖示的人群可能不同，即不同的人群對知識的熟悉程度不同，所能接受的知識深度也就不相同；另一方面，所應用該圖示的目的不同，即某些情況下，可能需要的只是一個概括，而某些情況下可能需要的就很詳盡。

4 總結

本文研究了關于物理學科知識的圖示化表示方面的幾個問題，它是物理學科知識傳遞與研究的重要方法。通過將物理學科知識中所運用到的圖示進行系統分類整理，使圖示與知識之間的聯系更加密切、轉化更加簡易，更重要的是這三類將物理學科知識進行圖示化表示的方法將是物理學科知識傳承與發展中必不可少且卓有成效的表示方法。

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