知识可视化策略在化学教学中的应用，本文主要内容关键词为：策略论文,化学论文,知识论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学科学有自己特定的概念和原理，这些概念对于学生来说，往往比较抽象，不易理解。同时，由于化学科学具有较强的经验性，使得化学知识往往比较具体、零散，学生难于记忆。这些特点要求在化学教学中应重视对知识的系统化整理，增进学生对知识的理解和记忆。知识可视化正是这样一种策略，它通过构建知识间的内在联系，将零散、孤立的知识转变为系统化、结构化的彼此间相互联系的整体，并以一种形象直观的形式将其呈现给学生，从而帮助学生更好地理解和掌握化学知识，提高学生应用化学知识解决问题的能力。
一、知识可视化的涵义
“可视化”一词最早来源于英文“visualization”，原意是“可看得见的、清楚地呈现”。事实上，任何将抽象的事物、过程变成图形图像的表示都可称作可视化。可视化作为专业术语最早出现于1987年2月美国国家自然科学基金会（National Science Foundation，简称NSF）召开的一个专题研讨会，该研讨会给出了“科学计算可视化”（Visualization in Scientific Computing）的定义，认为“可视化是一种计算和处理的方法，它将抽象的符号或数据表示成具体的几何关系，使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果，使用户看见原本看不见的东西”。中国科学院院士潘云鹤教授（2001）认为，科学计算可视化的基本含义是指运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来。
随着现代社会的迅猛发展，人类对知识的创造和传递提出了更高的要求。知识可视化成为了基于科学计算可视化、数据可视化和信息可视化而发展起来的新兴领域，它应用视觉表征手段促进群体知识的传播和创新。2004年，M.J.Eppler和R.A.Burkard给出了知识可视化的定义：知识可视化是建构和传递复杂见解的图形图解手段（简称为知识可视化2004定义）。之后，许多学者都对知识可视化的定义进行了探讨。概括起来，对知识可视化的内涵，我们可以从以下几个方面进行理解。
（1）知识可视化是一种“知识表征”，是知识的外在表现形式。它既是承载知识的图解手段，也是直接作用于人的感官的刺激材料。当然，这与认知心理学中的知识表征不一样：在认知心理学中，知识表征是指知识在人脑中的呈现方式，与此相对应的是人脑的各种记忆模型。
（2）知识可视化的目的是促进知识的获取、理解和应用。它不仅可以传递事实性知识，还能够传递思维、经验、态度、价值观等“隐性知识”，并通过直接作用于人的视觉感官，以可视化的图解形式帮助他人正确地重构、回忆和应用这些知识。
（3）知识可视化包括所有能够建构和传递复杂知识的图解形式，包括图表、矩阵、概念图、知识图、流程图、思维导图等等，在不同的文献中，对知识可视化的图解形式做了不同的规定。
综上所述，所谓知识可视化策略就是指在教学中应用能够“建构和传递复杂知识的图解形式”来促进学习者理解和掌握知识的方法技术。
二、知识可视化策略在化学教学中的应用
根据化学学科的特点，我们主要介绍以下三种知识可视化策略在化学教学中的应用。
1.知识网络图策略
学生在学习化学时，常感到化学事实性知识内容繁多、比较复杂和混乱，且难于记忆，尤其在利用化学事实性知识进行实际问题的解决时更觉困难。因此，我们需要找到一种能够将零散、孤立、烦琐的知识加以整理和结构化的策略来帮助学生进行事实性知识的学习。知识网络图正是这样一种教学策略，它通过图导法，将化学知识按照教材内容进行组织，形成一个网络化的结构，实现知识的点、线、面结合。
下面以钠及其化合物的知识网络图为例来说明知识网络图在化学教学中的应用。在绘制该知识网络图时，首先找出教材中有关钠及其化合物的知识，确定其中较为重要的知识点；然后，根据知识之间的内在联系将钠及其化合物用线连接起来，并在连线上写上关键词，表明这些物质间的联系；最后，查漏补缺，通过与其他同学绘制的知识网络图进行比较，找到缺失点，再进行修正、完善，最终制成一个完整、合理的知识网络图。
知识网络图以直观、可视的方式将零散、孤立的知识建立起有机的联系，既简明扼要，又符合实际。学生可以一目了然地把握知识间的复杂关系或内在联系，有助于化学知识在学生头脑中的结构化和系统化。另外，由于每个人的认知结构不一样，因此不同的人绘制的知识网络图会各有不同。教师在引导学生利用知识网络图策略进行化学事实性知识学习时，可引导他们进行小组讨论交流，互相比较、评价。这样，一方面可以帮助学生将头脑中原有的错误或模糊观念加以纠正或澄清；另一方面可以使学生通过与他人作品的比较，发现自身的不足，改进自己的作品，使之更加完善。
2.V形图策略
化学是一门以实验为基础的科学，学生在化学实验探究过程中，需要通过观察和推理等，根据自己的假设，运用判断和逻辑思维，对各种问题做出解释。在这个过程中，学生将学到的科学知识与自己的思维和推理结合起来，从而获得对科学的意义理解，提高自己的科学素养。因此需要这样一种学习策略，它能够有助于学生科学素养的提高和探究能力的形成。V形图正是这样一种学习策略，对于中学教学中知识的理解和形成非常有意义。
V形图是美国科学教育专家Bob Gowin于1977年开发出来的一种有利于人们解决问题和理解知识形成过程的认知工具。适用于化学实验探究的V形图，通常包括：研究问题、关键概念、概念图、研究事件、数据与分析以及结论六个部分，如图2所示。下面以探究“氯水的成分”实验为例（见下页图3），对V形图的各部分加以解释并对对化学实验中如何应用V形图进行说明。
首先，确定研究问题。研究问题位于V形图的中心部分。问题的提出应该具体明确、简明扼要。根据实验任务，提出“氯水的成分”这一研究问题，在白纸上画出一个V形，将该问题写在V的中上方。
其次，寻找关键概念，建立概念图。回忆与研究问题相关的知识点，找出相应的关键概念，如氯水、次氯酸、漂白性等；根据各概念间的逻辑关系建立概念图。
第三，描述“事件”。这一阶段实质是进行实验设计，包括实验步骤、实验装置图和注意事项等问题。对“事件”的描述必须科学严谨、详略得当。
第四，收集所观察的数据，绘制记录表。这一过程要求学生严格执行实验操作，认真观察实验现象，并将数据真实地记录于表格中。
最后，分析数据，得出结论。数据的分析是一个探究实验实质的过程，学生根据自己原有的知识背景以及关于该实验的原理和理论分析观察的数据，得出相应的结论。
在V形图的制作过程中，学生学会了在化学实验中通过观察“事件”、分析数据来理解知识的建构过程。该过程是一个可视化语言的加工过程，将实验的步骤与方法和所得实验结果以直观、具体、可视化的方式呈现给学生，有利于学生的有意义学习和所学知识在记忆中的保存。同时，在制作V形图的过程中，学生可以以小组的形式进行，通过与他人制作的V形图进行反复的比较、修正，最终会得到令人满意的V形图，这对于学生的合作学习非常有意义（如下页图3）。
3.流程图策略
流程图也叫过程地图，是用来解释完成某一任务的程序，步骤或思路的图解形式。它是由一些图框和流程线组成，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。
常见的流程图主要有信号流程图、工艺流程图、数据流程图和程序流程图等。在化学教学中，涉及的流程图主要是工艺流程图，它是用图形符号表明工艺流程所使用的机械设备及其联系的系统图。如图4所示的工业上制硫酸的工艺流程图。该流程图将各硫酸工业生产所需的设备及其联系以简单、直观的形式介绍给学生。从学生的角度来考虑问题，有助于学生对工业生产流程及其所涉及的化学知识的理解和记忆。
另外，在日常教学中，教师也可以教给学生以流程图的形式来分析化学计算中一些综合性较高的题目，使物质间较为复杂的关系变得简单化、可视化，从而使学生明确解题的思路。我们通过下面的例题加以说明。
（1）写出实验过程中发生化学反应的化学方程式；
我们可采用物质转化流程图来分析物质间的转化及数量关系，从而将题目中所包含的知识点全部展示出来。其流程图如下：
流程图以一种简单、直观的形式让我们看到了事件从开始到最后的顺序，简化了事件发展的复杂过程。流程图对于在化学学习方面存在困难的学生来说，有助于学生避开复杂的内部过程，而以一种简单化的方式对事件发展过程进行理解，是一种有效的学习策略。