物理學(xué)科知識的圖示化表示

蒲新明　高丹丹　董琪

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

關(guān)鍵詞 物理學(xué)科知識 物理教學(xué) 圖示化表示

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)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(guī)律等物理學(xué)科知識聯(lián)系起來的一些圖像。相較于傳統(tǒng)的物理學(xué)科知識教與學(xué)的方法而言，運(yùn)用圖示化表示物理學(xué)科知識具有明顯的特點(diǎn)與優(yōu)勢。即使在學(xué)習(xí)中同時使用詞和圖示，圖示的這種優(yōu)勢依然存在。圖示以其多樣性、形象性、簡捷性的特點(diǎn)使物理學(xué)科知識形象化，抽象知識具體化，零碎知識系列化，復(fù)雜問題簡明化，枯燥知識趣味化，更便于理解、記憶、延伸與應(yīng)用。因此，將物理學(xué)科知識進(jìn)行圖示化表示將會是教與學(xué)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(nèi)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(guān)聯(lián)性，將框圖的意義進(jìn)行延伸，其結(jié)構(gòu)的編排與由單向到雙向愈加自由方便，從而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性質(zhì)的框圖，在此稱為“知識關(guān)聯(lián)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(luò)，是整片知識內(nèi)容的一個縮影，它可以使學(xué)科知識條理化，簡單化。

這種框圖主要應(yīng)用于物理學(xué)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(xué)科知識的邏輯更加明顯，脈絡(luò)更加清晰，從而更加系統(tǒng)地直觀表達(dá)知識要點(diǎn)。

1.1.2 知識關(guān)聯(lián)框圖

框圖不單單可以羅列物理學(xué)科知識，還能夠?qū)⑾嚓P(guān)物理學(xué)科知識的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別明朗化，避免知識混淆，有助于區(qū)別理解與記憶。如果將框圖的慣用模式稍作變動，靈活運(yùn)用框圖，利用不同的形狀或不同的設(shè)計(jì)方式可以達(dá)成更多樣化的效果。這種框圖在設(shè)計(jì)與使用方面更加靈活生動，并可稍帶有主觀習(xí)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(biāo)系關(guān)系圖圖示

在物理學(xué)科知識中涉及許多表達(dá)式，而表達(dá)式中的每個字母又有其特殊的物理學(xué)含義。

此類圖示主要是將物理學(xué)科知識的相關(guān)表達(dá)式與坐標(biāo)系圖示相結(jié)合，通過坐標(biāo)系來表現(xiàn)與物理學(xué)科知識表達(dá)式相對應(yīng)的函數(shù)圖像，并通過圖像來描述其物理規(guī)律。故而主要應(yīng)用于對物理規(guī)律以及相關(guān)數(shù)據(jù)的描述，并通過圖形或含義求解所需的相關(guān)物理學(xué)科知識。而常用的坐標(biāo)系有：直角坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系等，初步運(yùn)用中最常用的是直角坐標(biāo)系。另外，此類圖示亦可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yīng)用于關(guān)于實(shí)際物理問題中運(yùn)用合矢量與分矢量分析與求解的過程，在處理實(shí)際問題時，適當(dāng)?shù)貙⑦@些矢量或合成或分解，可以將復(fù)雜問題條理化、簡捷化，明了化；而示意圖主要應(yīng)用于情景及事物的再現(xiàn)，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(yùn)動過程圖、狀態(tài)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(xué)科知識的主要作用

2.1 運(yùn)用圖示的主要依據(jù)

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(xué)習(xí)，同樣有助于科學(xué)家開展他們的研究工作。與運(yùn)用圖示進(jìn)行物理學(xué)科知識的記憶可以有效地提高記憶效率，從而更好地學(xué)習(xí)與運(yùn)用。

以現(xiàn)代信息科學(xué)的觀點(diǎn)分析，學(xué)習(xí)過程就是對信息進(jìn)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(yùn)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(jìn)行解釋、類比、概括，而圖示則可以在一定程度上代替實(shí)物；對于已知事物而言，文字與圖示均能激發(fā)起對實(shí)物的聯(lián)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(xué)科知識與外在形象緊密聯(lián)系，更好地再現(xiàn)事物，增加對知識的熟悉度，有助于知識的分辨與遷移，促進(jìn)思維的發(fā)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(qiáng)學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)和物理思想，縱覽知識全貌，用有條理的框圖結(jié)構(gòu)提綱挈領(lǐng)地將知識分類整理，使其從無序到有序，脈絡(luò)清晰、簡潔明了。更如某些V-T關(guān)系圖示可以直接表示出物理的運(yùn)動方式，而示意圖又幾乎可以直接用實(shí)物代替文字。

2.2.2 形象具體，再現(xiàn)實(shí)物

文字只能呈現(xiàn)概念，圖示則能實(shí)物再現(xiàn)。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(xiàn)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(shù)理結(jié)合，降低難度

利用數(shù)學(xué)方法定義物理概念、函數(shù)、方程、矢量、數(shù)形結(jié)合、微積分等會更加巧妙而快捷；利用數(shù)學(xué)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(shù)、代數(shù)、幾何、三角等方法與技巧在物理學(xué)科中的應(yīng)用。同時，將數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于物理知識中，還能達(dá)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(yùn)用圖示簡單直觀發(fā)模擬事物及其運(yùn)動現(xiàn)象，一方面能夠通過圖示的方式再現(xiàn)，將微觀世界中的原子結(jié)構(gòu)等進(jìn)行放大研究，將宏觀世界中的星球運(yùn)動等進(jìn)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(gòu)圖、理解、記憶、分析與研究。

2.2.5 減少枯燥，激發(fā)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(xué)科知識的教與學(xué)的過程中也應(yīng)有興趣的引導(dǎo)。而圖示是信息最簡單的表達(dá)形式，減少了費(fèi)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(shè)計(jì)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(xué)科知識的枯燥乏味，增加了物理學(xué)科知識傳遞過程中的樂趣，從而更容易激起對物理學(xué)科知識的興趣。

3 如何將物理學(xué)科知識進(jìn)行圖示化表示

3.1 設(shè)計(jì)圖示的一般步驟

第一，鉆研理論知識，分清條理關(guān)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(shè)計(jì)盡量具有科學(xué)性、直觀性、概括性、通俗性、趣味性的圖示。第四，根據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行文字與圖示之間的轉(zhuǎn)化。第五，檢驗(yàn)并完善已畫好的圖示，做到能讀出其相應(yīng)的物理含義。最后，運(yùn)用圖示掌握知識或解決問題。

3.2 應(yīng)注意的幾個問題

3.2.1 圖文結(jié)合，適當(dāng)運(yùn)用

首先，所設(shè)計(jì)的圖示應(yīng)該適當(dāng)?shù)貓D文結(jié)合，如框圖圖示一定會是圖文結(jié)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(biāo)注字母、符號、數(shù)字或文字；其次，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膱D示種類，以適當(dāng)圖形等將部分有用的文字信息表示出來，所運(yùn)用的圖示以最為貼切適宜為佳；最后，設(shè)計(jì)出的圖示在運(yùn)用的過程中也應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)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(yīng)用。

3.2.2 圖示應(yīng)規(guī)范有條理

無論是哪一種圖示，都應(yīng)有其規(guī)范性，不可雜亂無章，避免錯亂混淆。應(yīng)充分體現(xiàn)圖示的簡捷明了的特點(diǎn)。另外，對于如電路圖中的開關(guān)、小燈泡、二極管等這些有規(guī)定性的符號不能隨意作更改，要嚴(yán)格按照規(guī)定作圖。對于未作規(guī)定性的圖示符號，應(yīng)本著“簡潔明了”的原則自主創(chuàng)造，切忌做“實(shí)物素描”。培養(yǎng)興趣，養(yǎng)成習(xí)慣。物理學(xué)科知識圖示化表示也應(yīng)增加些許特色性、趣味性圖示，并且介于圖示的優(yōu)勢，應(yīng)逐步養(yǎng)成運(yùn)用圖示表示物理學(xué)科知識的習(xí)慣，激發(fā)對物理學(xué)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(yùn)用，取舍有度

所作圖示不可一味的按部就班，要適當(dāng)取舍，直擊主題，作出真正適宜的、有價(jià)值的圖示，并能夠利用該圖示解決實(shí)際問題。且即使是同一類圖示中所對應(yīng)同一物理學(xué)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(yīng)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(jié)

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

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