物理网络结构图的构建

姜玉梅　周悦羚　解志秀

[摘 要]网络结构图在学科教学中的应用还处于起始阶段。文章结合九年级物理网络结构图，阐述了网络结构图构建的五个原则。

[关键词]网络结构图 科学性原则 简明性原则 整体性原则 适度性原则

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）080063

国外已将概念图应用于教学，并使之成为了一种有效的教学工具。从20世纪60年代发展至今，对概念图的研究已经比较成熟，成果也颇为丰富。总的来说，国外对概念图的研究可以概括为以下几个特点：1）教学功能从评价工具发展为教学技能与教学策略；2）绘制技术由手工绘制发展为软件制作；3）应用领域由科学学科向其他学科和社会应用发展。

我国从20世纪90年代未开始研究概念图在教学中的应用，起步较晚，还处于介绍、引进阶段，港台地区则相对较快。但我国近年来与概念图相关的论文和著作越来越多，如：广西师范大学出版社在2007年出版了中学阶段各个科目的概念地图和图析题典，对中学知识进行系统化的基本整理；胡小勇在2008年出版了《概念图教学实训教程》系统地介绍概念图应用于教学的理论和方法。由此可见概念图的研究已经引起我国越来越多专家学者的注意。

我们提出的物理网络结构图作为知识结构图中的一种，与传统的概念图等知识结构图有着较大的区别。它是一种图像化的视觉表达手段，但不同于一般概念图的简单概念呈现，而是将公式、单位、规律等多种物理元素加入节点定义中，使图像能够表示更丰富的物理内涵；同时它又兼具复杂网络[1]的特性，拥有数据分析、定量理论研究的功能。基于这样的两项特性，物理网络结构图除了能够将物理知识图像化呈现，帮助教师、学生快速梳理章节内容外，还能够让教师依据物理网络结构图的分析，找出相互关联的知识点，串连成知识讲授脉络。物理网络结构图能够更准确地表示出物理知识及其中包含的内在联系，帮助教师更好地梳理物理知识，从而更有效地优化教学设计。因此，要做到教学设计的优化，首先要构建物理网络结构图。下面，将详细介绍物理网络结构图的概念及构建。

一、物理网络结构图的概念

物理网络结构图是在概念图[2]的基础上进一步拓展得到的一种知识结构图。

首先，从其功能和结构看，物理网络结构图不仅能够像其他类型的知识结构图[3]一样，将某个领域的知识图像化，以视觉图像的方式呈现出来，同时，它还具有复杂的拓扑网络结构。这也就意味着，教师可以利用网络科学的相关知识，对物理网络结构图中的拓扑参量进行计算和分析，进而开展更多的教学实践和研究工作。

其次，从物理网络结构图的构成要素看，它有三个必不可少的组成要素，分别是节点、连接边以及连接词。

（1）节点。除了包含基本的物理概念之外，物理公式、物理符号、物理规律以及其他的物理术语[4]都可以作为一个节点。对于节点，研究者可以给它们赋予一定的权值，即点权，以表示各节点的重要程度等含义。

（2）连接边。在不同节点间，如果存在着联系，那么两节点间必然存在连接边将它们联系在一起。和点权类似，连接边也可能存在边权，它表明了节点间联系的重要程度或紧密程度等含义。

（3）连接词。不同节点间的联系，需要在连接边间用一个词或短语进行准确描述，使节点间的关系能一目了然。这样的词或短语就是连接词。

因此，简单地说，物理网络结构图是由节点、连接边、连接词构成的。

二、物理网络结构图的构建及实例分析

在物理网络结构图的构建过程中，主要需遵循五个原则，以确保物理网络结构图的准确、正确、明了等特点，使研究者能够清晰、快速地掌握图中的节点及各节点间的关联情况。下面，将对构图的五个原则进行详细阐述，并通过九年级物理中的一些实例来分析说明。

1.学科特点的体现——科学性原则

物理网络结构图作为表示物理知识的工具，就必须遵循物理学本身的特点，即科学性。物理学严谨的科学性，要求物理网络结构图中所呈现的物理知识在表述时必须正确、准确，符合客观事实。而构图中的科学性原则，除了学科本身的科学要求之外，还包括符合学习者认知规律的科学性。

具体而言，以九年级物理中“力”的概念为例。由于九年级的学生在认知水平上还处于主要依靠形象感知的阶段，对于“力”这样比较抽象的概念，在认知上可能会产生一定的困难。所以，如图1所示，在构建“力”的概念时，可以经由“力的作用效果”这样一个能够具体感知的节点，构建得到“力”的概念图，从而让学生理解、掌握“力”的概念。这样的构建，既满足了物理学本身的科学性，同时也符合了从学生的认知水平出发进行意义构建的科学性。

2.清晰明了的要求——简明性原则

在构建物理网络结构图时，除了遵循首要的科学性原则之外，还应当遵循简明性的原则。显然，要将大段的物理原理或物理规律“翻译”成简单的图形语言，让研究者能够简洁迅速地掌握其中的内涵，就需要有一个简洁明了的物理网络结构图。具备了简明性的物理网络结构图，能够帮助教师优化教学设计。

以九年级物理中“运动”和“静止”这两个运动学的基本概念的阐明过程为例，具体了解一下物理网络结构图的简明性原则。对比图2和图3可以看出，同样是阐明“运动”和“静止”的概念，图2中运用了6条连接边才完成概念的阐述，而图3中仅通过2条连接边就达到了阐明的目的，并且，更加准确地指出了判断物体“运动”或“静止”的标准是相对于参照物的位置是否发生了改变，让人可以简洁明了了解、掌握物理知识。

依前所述，物理网络结构图的简明性有助于物理知识简洁、准确地呈现，提高学习效率。

3.信息完整的保证——整体性原则

由于物理科学所涉及的内容相当广泛，各个章节中的知识都只是整个物理学中的一小部分，就好像仅是整个物理“机器巨人”身上的一个小零件一般。在认识了各个零件之后，只有将它们整合起来，才能够领略到物理的全貌。因此，教师在构建物理网络结构图时，需要注意整体性原则，这样才能更好地优化教学设计，保证学生可以更好地理解物理。

以九年级物理中的“速度”概念的构建为例，可以了

解到物理网络结构图的整体性原则。如图4所示，在学习“速度”概念之前，学生已经分别学习了“时间”、“路程”以及“机械运动”等概念，这些概念之间貌似并没有关联，但通过“速度”的学习，利用整体性原则，找出各节点间的联系，就能够将这几个概念联系在一起，从而形成一个整体知识，让学生可以进一步了解、掌握知识。

从前面叙述可以看出，物理网络结构图的整体性原则能够保证物理知识间的信息完整性，避免遗漏知识间的内在联系，有利于学生更好地掌握物理知识。

4.学习层次的体现——适度性原则

物理网络结构图的构建不仅要保证知识信息的完整无缺，也要确保呈现的知识不能超出学生的认知程度。即物理网络结构图的构建应遵循适度性的原则。

同样是以九年级物理中“速度”概念的构建为例。“速度”从其矢量性来说，是一个矢量。也就是说，“速度”是具备大小和方向两个要素的，即“速度”与“大小”、“方向”都是存在联系的。这些联系本该在物理网络结构图中表征出来，但由于九年级阶段不要求学生掌握“速度”的矢量性质，所以如图4所示，在构建物理网络结构图时，遵循适度性原则，并不将“速度”的矢量性体现在图中。

由此可见，在构建物理网络结构图时，应注意适度性原则，教师的教学会让学生能够更加恰当地完成不同阶段的学习要求。

5.图像表征的特性——美观性原则

物理网络结构图作为一个图像化的表征工具，如果呈现出一个混乱、无序的状态，那么将可能使研究者无法准确地获取图中蕴含的知识。也就是说，在构建物理网络结构图时应注意美观性原则。

以九年级物理中“长度”与“时间”这一部分的物理网络结构图为例，由于该部分的知识节点和连接边较多，使物理网络结构图的阅读产生一定的困难。对照图5和图6可以发现，图5中的内容显得较为杂乱无章，影响研究者了解其中包含的物理内容，而相比之下，图6中的物理网络结构图就显得较为美观，能够让人清晰明了地领会到其中的知识，有利于教师理清知识间的联系。

因此，物理网络结构图的美观性原则，同样是确保教师能够准确掌握知识内容，优化教学设计的关键。

三、结束语

综上所述，物理网络结构图是一种能够将知识进行图像化表征，同时具备拓扑网络结构的知识结构图。为了充分发挥物理网络结构图应有的作用，更加有效地辅助教师完成教学设计的优化工作，在构图时应当遵循上述五个原则。让物理网络结构图以科学、简明、完整、适度、美观的形式，帮助教师进行相关物理知识的梳理，达到优化教学设计的目的。

[ 参 考 文 献 ]

[1]汪小帆，李翔，陈关荣.复杂网络理论及其应用[M].北京：清华大学出版社，2006：9～10.

[2]希建华，赵国庆.“概念图”解读：背景、理论、实践及发展——访教育心理学国际著名专家约瑟夫·D·诺瓦克教授[J].开放教育研究，2006，12（1）：4～8.

[3]徐晨红，蔡亚萍.概念图、思维导图和思维地图的辨析[J].科教文汇，2010（11）：101～108.

[4]中国标准研究院.中华人民共和国国家标准GB/T10112959术语工作原则与方法[S].1999.

（责任编辑 易志毅）