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摘要：知识可视化工具是一种借助各种信息技术将知识通过视觉方式传递出来的工具。能将复杂抽象的知识简洁化、视觉化，把死板枯燥的知识生动化、鲜活化。本文结合具体教学案例介绍了几种可视化工具，如：知识动画、视觉隐喻、数字化实验等。将可视化工具有效的应用在教学上，能够帮助学生理解、记忆和运用知识，有更多的机会主动参与、体验知识形成的过程，发展学生的多元思维，践行学生科学探究、证据推理、宏微结合等核心素养的形成。

关键词：可视化工具；多元思维；核心素养

可视化（Visualization）意为看得见的、视觉的，从过程来看将任何抽象的事物转变为图形图像都可称作可视化 [1]。在这个知识大爆炸的时代，知识更新的速度超出我们的想象，学生承受着很大的认知压力。此时，知识如果依旧以传统的纯文字方式呈现，势必不能满足学生对知识的需求。而可视化工具以图像、图形、声音、动画模拟、视频等形式替代文字融入教学，能够使学生获得更直观形象的视觉感受，易于接受知识和内化知识。因此，化学教师应该根据学生的实际情况和教学内容，巧妙的应用可视化工具帮助学生提高学习效率，降低认知负荷，理解化学的本质。

一、可视化工具在化学教学中的意义

1.丰富课堂活动，促进兴趣高涨

相信很多从教者都有这样的经验，有实验的课堂最受学生欢迎。笔者认为，在实验中学生的手、眼等各种感官都参与进来，学生通过动手、观察等行为主动获取知识，兴趣比较高，课堂氛围很活跃。对于比较抽象或是纯理论的概念性教学，我们也应该绞尽脑汁来保持学生学习化学的兴趣。为此我们可以借助一些可视化工具，如图片、视觉隐喻、动画、视频等形式直接作用于人的感官来获得知识，从而替代由文字形式承载的知识。

利用动画、图贴呈现化学知识，不仅使课堂形式多样化、丰富化；也使抽象的知识形象生动，易于理解，从而促进了学生的兴趣高涨。

2.降低认识负荷，提高学习效率

认知负荷是指针对某一特定认知任务，工作记忆系统对其进行加工和保持信息过程中所承受的负荷总量[2]。一节课40分钟学生会接触到语言表述、情境呈现、课堂练习等认知资源，这些都会影响学生对知识的认知和整合。要想学生能够在有限的时间内轻松有效的学习，教师应该根据不同的教学要求，采用多样的可视化工具对知识的呈现方式进行优化，帮助学生快速、准确的获取更多的有效知识，促进学生对知识的思考与建构，减少认知负荷，从而提高学习效率。

3.培养信息素养，发展多元思维

当前是信息化时代，所以对学生的信息素养要求很高。培养学生化学信息素养的主要阵地是化学课堂。教师在课堂上利用图、文、音、像、频、实验等可视化工具将化学知识进行更深入的信息加工，尽可能的将化学知识传递给学生，从而提高学生提炼化学信息的敏感性和准确性。借助可视化工具来支持学生“学”，加强学生与知识之间的互动，学生对所获取的化学知识进行分析、筛选、整合、运用、内化过程，不仅可以培养学生对信息的获取、提炼、加工等能力，提升学生的学习力、知识的敏感力，使其成为学习的主人

二、可视化工具在化学课堂中的实践

1.知识动画，眼见为实

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质，对于物质宏观上的性质与变化，学生容易理解和掌握，但对于从微观角度认识和探索宏观变化，学生通常很难想象理解。利用知识动画可以将抽象、难懂的化学知识变得具体、可视，降低教学难度。

比如研究微粒间的空隙，教材设计了将红墨水和酒精混合在细玻璃管中的实验。学生观察到宏观现象：液面下降，可以得出微粒间有空隙。但对于水分子和酒精分子如何互相占据对方空隙的微观过程学生很难理解想象，如果教师借助动画模拟两种微粒混合的过程，学生可以很清晰直观的看到两者混合的微观过程。

知识动画能将实验与观察、微观想象等解决不了的问题以形象逼真的动画过程展示给学生，帮助学生理解化学现象的本质。学生亲眼所见如同身临其境，加强了学生对知识的主动建构，提高了学生的想象能力。

2.视觉隐喻，由此及彼

眼睛是人类与知识联系最为紧密的器官，可见人们接受信息的主要渠道是视觉。隐喻，是一种认知转换，是依据已有的感知和经验来理解另一种新事物[3]。视觉隐喻是在学生已有的视觉形象的基础上，去理解、思考和感知抽象的，甚至是难以用语言表达的知识。比如在讲解水的净化时，对于明矾吸附的讲解时，学生有时不易理解。笔者将明矾比作吸铁石，吸铁石可以吸附周围的小铁钉，慢慢的聚集在一起。明矾的作用亦是如此，它可以吸附周围的不溶性杂质，慢慢的聚在一起形成大颗粒而加速沉降。吸铁石是学生生活中的事物，利用学生已有的生活或者学习经验进行视觉隐喻，迁移联想到化学知识上来，将隐性知识显性化、具体化、生动化，从而使学生的认知思维得到提高，对所学知识的理解更加容易、记忆更加深刻。

3.数字实验，有理可依

数字化实验是借助传感器和计算机相连的一种可视化工具，能准确实时的记录实验过程的全部数据和图像，从而得出更加精准、科学的结论。笔者以《测定空气中氧气含量》这节课为例。

投影沪教版九年级化学上册P13装置图，告诉学生五氧化二磷的危害，指导学生阅读实验步骤，分析装置和步骤可能对实验的结论产生哪些影响，从而引导学生大胆尝试进行改进。设计两个问题，引导学生改进实验：怎样既可以点燃红磷，又不会造成污染？如何引燃红磷？经过讨论得出：可以在瓶内用电阻丝引燃红磷。笔者向学生介绍氧气传感器的用途，利用改进后的装置进行演示实验。（共加热三次红磷）

（1）改进后的装置图如下：

实验过程中，发现进入集气瓶中水的体积少于五分之一，与事实结论不同。笔者可以引导学生进行交流讨论：为什么科学家的实验结论与我所做的实验结果不一样呢？紧接着借助可视化的实验数据进行分析原因。

（2）实验数据

图1为实验过程中利用DIS氧气传感器记录集气瓶内氧气含量变化曲线。学生通过实时图像变化，很直观的观察出氧气含量的变化大体呈下降趋势并且有三个凸点，但最终氧气含量没有减少为零。图像中三个凸点，学生得出氧气含量在一瞬间突然升高了，产生认知冲突，鼓励学生大胆猜测，笔者引导学生从微粒运动角度进行思考，学生很容易理解。图2氧气含量基本趋于稳定约为5.1％。学生很自然的能够得出实验误差小于五分之一的原因是由于氧气未被耗尽。

书本实验通过水倒吸的量得出氧气含量被消耗多少，实验数据不能快速的可视化。而数字化实验不仅可以更直观、细微、准确的实时监测氧气含量，尤其是凸点是书本实验所观察不到的现象。通过采集的实验数据和图像，从而感受实验的全程变化，为实验现象、结论提供强有力的实证。数字化实验能有效的提高课堂教学的质量，帮助学生更清晰深刻的理解化学知识，同时培养学生获取、分析、处理信息的能力，提升其化学学习力。

三、结束语

知识可视化工具是一种现代比较新型的教学辅助手段，随着信息技术的发展，可视化工具的形式多种多样，既可以丰富教学方式，又能促进学生主动建构知识，提高学习兴趣和效率。本文仅仅是结合自己的教学案例阐述了三种比较常见的可视化工具的应用，在今后的教学中应努力研究和积累如何根据不同的教学内容灵活的选择可视化工具，将化学知识更为快速有效的传递给学生，使学生学得轻松、学得自信，从而真正的享受学习的过程。

参考文献：

[1]汤敏敏.知识可视化在化学教学中的应用探讨[J].成才之路，2017（25）：36-37 .

[2]孙晓妮.认知负荷理论在化学教学设计中的应用.教学论坛，1002-2201（2010）03-0014-03.

[3]Zhang J. Visualization for information retrieval.Berlin-Heidelberg：Springer，2008：221-222.