教材插圖在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

張興濤

摘要：化學(xué)教材插圖的特點(diǎn)有直觀性、標(biāo)準(zhǔn)性，有著文本不可替代的功能。在使用教材插圖時(shí)要對(duì)不同學(xué)段、不同模塊、不同版本、不同國(guó)家的教材插圖進(jìn)行對(duì)比。對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置圖類的教材插圖進(jìn)行改進(jìn)是化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用教材插圖的重點(diǎn)。注意教材插圖的引發(fā)問(wèn)題意識(shí)、作翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源、化學(xué)啟蒙教育、培養(yǎng)信息獲取和拓展視野、培養(yǎng)學(xué)生心理和精神品質(zhì)等功能。

關(guān)鍵詞：教材插圖；化學(xué)教學(xué)；特點(diǎn)；對(duì)比；改進(jìn)；功能

文章編號(hào)：1008-0546（2017）05-0022-06 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.007

我國(guó)初高中化學(xué)教材在實(shí)行新課程改革以來(lái)經(jīng)過(guò)多次的修訂，在知識(shí)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容編排、欄目設(shè)置等方面不斷完善，也更加科學(xué)、合理。各種不同版本的化學(xué)教材在修訂時(shí)有一個(gè)共同的變化，那就是教材插圖的逐漸豐富。化學(xué)教材插圖有其獨(dú)特的學(xué)科特點(diǎn)，主要有實(shí)物圖（包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)物圖）、微觀與原理模擬圖（包括各種化學(xué)符號(hào)）、實(shí)驗(yàn)操作示意圖、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖、化工生產(chǎn)圖等，為中學(xué)化學(xué)教學(xué)提供了極其重要的教學(xué)資源，也從側(cè)面反映了一個(gè)事實(shí)——化學(xué)教學(xué)離不開(kāi)插圖的輔助[1]。但隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)資源的不斷豐富，教師在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中對(duì)教材插圖的應(yīng)用趨于淡化，甚至有棄之不用的現(xiàn)象。但插圖在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中發(fā)揮著文本不可替代的功能[2]。插圖除了有利于教學(xué)的基本功能以外，還是人們認(rèn)識(shí)教材的重要媒介[3]。筆者在多年的中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)教材插圖在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了一些嘗試和探索，希望能提供有意義的參考和啟示。

一、教材插圖的特點(diǎn)

1. 直觀性

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程一般分為三個(gè)階段：知識(shí)的獲得；知識(shí)的保持；知識(shí)的應(yīng)用。知識(shí)的獲得是知識(shí)學(xué)習(xí)的第一個(gè)階段，包括知識(shí)的感知與理解，是新的知識(shí)信息進(jìn)入短時(shí)記憶，與長(zhǎng)時(shí)記憶中被激活的相關(guān)知識(shí)建立聯(lián)系，從而出現(xiàn)新意義的建構(gòu)。在知識(shí)學(xué)習(xí)的第一階段，學(xué)生對(duì)知識(shí)的感知最重要的形式是觀察，通過(guò)觀察對(duì)感知到的教學(xué)材料進(jìn)行簡(jiǎn)單加工，從而形成的新認(rèn)識(shí)的過(guò)程稱為知識(shí)直觀。知識(shí)直觀是理解學(xué)科知識(shí)的起點(diǎn)，是學(xué)生由不知到知的開(kāi)端。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，主要有三種直觀方式：模像直觀、實(shí)物直觀和言語(yǔ)直觀?；瘜W(xué)教材插圖屬于模像直觀，是對(duì)化學(xué)學(xué)科相關(guān)客觀事物的簡(jiǎn)化、抽象或夸張，人為地排除一些無(wú)關(guān)因素，突出本質(zhì)要素，擴(kuò)大了直觀的范圍，提高了直觀的效果。因此，化學(xué)教材插圖不論是學(xué)生在知識(shí)感知中的觀察，還是進(jìn)行模像直觀學(xué)習(xí)，都體現(xiàn)了很好的直觀性。

2. 標(biāo)準(zhǔn)性

我國(guó)初高中化學(xué)教材有多個(gè)版本，它們均經(jīng)過(guò)專家們多次修訂，因此教材插圖極具標(biāo)準(zhǔn)性。教材插圖的標(biāo)準(zhǔn)性主要指圖片的清晰度高、圖形或儀器的大小比例適當(dāng)、化學(xué)符號(hào)書(shū)寫(xiě)規(guī)范、實(shí)驗(yàn)裝置具有科學(xué)性和安全性、插圖內(nèi)容真實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、權(quán)威。

學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常對(duì)化學(xué)理論中相近的核心概念辨識(shí)不清，導(dǎo)致對(duì)化學(xué)理論的理解一知半解，對(duì)化學(xué)理論的應(yīng)用更加困難。教材插圖的標(biāo)準(zhǔn)性為化學(xué)教學(xué)提供了可靠的依據(jù)，結(jié)合化學(xué)插圖的直觀性，充分利用教材插圖的解釋功能，可以在教學(xué)中幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)理論中的核心概念，例如下圖1、圖2[4]表達(dá)的是過(guò)渡態(tài)理論中反應(yīng)活化能的概念。

通過(guò)對(duì)圖1和圖2的分析，可以讓學(xué)生準(zhǔn)確理解Ea（正反應(yīng)的活化能）、Ea'（逆反應(yīng)的活化能）、Ea1（有催化劑參與反應(yīng)的活化能）、Ea2 （無(wú)催化劑參與反應(yīng)的活化能）等概念，進(jìn)而引發(fā)碰撞理論（直觀的化學(xué)反應(yīng)速率理論）等“云知識(shí)”或某一化學(xué)理論的理解和掌握，從而建構(gòu)起學(xué)生自己清晰的認(rèn)知體系（如下圖3）。

因此，在教學(xué)中要充分利用教材插圖的標(biāo)準(zhǔn)性，起到快速、清晰地掌握化學(xué)核心概念的作用。

二、教材插圖對(duì)比

化學(xué)教材在編寫(xiě)過(guò)程中，因編者、環(huán)境、模塊、學(xué)段等多種因素的影響，導(dǎo)致相近甚至相同化學(xué)知識(shí)的相關(guān)教材插圖有所不同，教師在教學(xué)中應(yīng)采用對(duì)比的方法，分析不同插圖的特點(diǎn)，體會(huì)教材編者的意圖，組織更優(yōu)化的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1. 不同學(xué)段對(duì)比

科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一堆具體事實(shí)和理論的知識(shí)，而應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向核心概念的進(jìn)展過(guò)程[5]。不同學(xué)段的化學(xué)教學(xué)插圖，是依據(jù)不同學(xué)段學(xué)生的化學(xué)認(rèn)知水平而設(shè)計(jì)的，通過(guò)對(duì)比，提醒教師注意學(xué)生認(rèn)知的進(jìn)階性。既不能低級(jí)重復(fù)，也避免盲目冒進(jìn)，科學(xué)有序地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。例如下圖4是人教版九年級(jí)教材（左）和高中教材（右）中HCl分子模型插圖的對(duì)比。

通過(guò)對(duì)比，教師要理解相同分子在不同學(xué)段教材插圖中出現(xiàn)兩個(gè)不同模型的原因，體會(huì)教材編者的意圖，九年級(jí)學(xué)生先暫時(shí)不要涉及電子云重疊或共價(jià)鍵的概念，避免造成化學(xué)初學(xué)者不必要的難度。注意：滬教版九年級(jí)教材插圖和高中教材插圖中共價(jià)分子的模型是相同的，但在教學(xué)中可先不要解釋原子間如何形成分子的。

2. 不同模塊對(duì)比

高中化學(xué)教材分必修模塊和選修模塊，部分內(nèi)容感覺(jué)是在重復(fù)，但是其課程設(shè)置理念是不同的。必修模塊教材體現(xiàn)化學(xué)課程的基礎(chǔ)性，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展和高中階段后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必備的基礎(chǔ)。選修模塊則更好地實(shí)現(xiàn)了化學(xué)課程的選擇性，拓展學(xué)生的選擇空間，以適應(yīng)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究、調(diào)查訪問(wèn)、查閱資料、交流討論等方式，進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和研究方法[6]。必修和選修模塊課程設(shè)置理念反映在化學(xué)教材插圖上，體現(xiàn)得較明顯，例如研究碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)速率，在蘇教版必修模塊化學(xué)2中的插圖是圖5[7]。

在蘇教版選修模塊化學(xué)反應(yīng)原理中的插圖則是圖6[8]。

對(duì)比插圖5和插圖6，教師對(duì)必修和選修模塊的同一內(nèi)容的不同要求一目了然，這樣在進(jìn)行必修和選修模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)就能做到深度適合、方法恰當(dāng)、目標(biāo)明確。

3. 不同版本對(duì)比

對(duì)比不同版本的教材插圖，找出它們的不同，分析各自的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)中展示給學(xué)生，開(kāi)闊學(xué)生視野，豐富學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，理解更快捷、更高效。下表1[9-10]以人教版和蘇教版選修《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊中乙醇的性質(zhì)內(nèi)容的教材插圖進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)上表中可以看出乙醇的消去反應(yīng)在催化劑和儀器使用等均不同，并且不同性質(zhì)的反應(yīng)插圖側(cè)重也不一樣，插圖展示的形式（蘇教版是實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，人教版是實(shí)驗(yàn)裝置照片）。不同版本教材插圖的對(duì)比，不僅可以看出各自版本插圖的區(qū)別，還可以起到不同版本內(nèi)容的互補(bǔ)作用。

4. 與國(guó)外教材對(duì)比

化學(xué)作為一門自然科學(xué)，在學(xué)科知識(shí)的認(rèn)知和表達(dá)上，應(yīng)該和其他國(guó)家保持一致，因此在化學(xué)教材插圖上也應(yīng)該注意與國(guó)外教材進(jìn)行對(duì)比，避免出現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)型的教學(xué)認(rèn)知誤區(qū)。例如下圖7[11]是我國(guó)人教版九年級(jí)上冊(cè)化學(xué)教材中二氧化碳的制取和收集裝置圖。有教師依據(jù)此裝置圖和自己的經(jīng)驗(yàn)，告知學(xué)生二氧化碳的收集只能用排空氣法，不能用排水法，并解釋因?yàn)槎趸寄苋苡谒?/p>

對(duì)于二氧化碳?xì)怏w的收集，國(guó)外（日本、英國(guó)、新加坡等）的教材插圖畫(huà)的就是排水法收集二氧化碳[12]。通過(guò)對(duì)比國(guó)外教材插圖，認(rèn)真分析二氧化碳的溶解性，可知二氧化碳在水中的溶解度不大，在常溫常壓下是可以通過(guò)排水法收集的。

通過(guò)教材插圖的對(duì)比，教師可以占有更多的教學(xué)資源，在化學(xué)教學(xué)中做到心中有數(shù)、心中有底。

三、教材插圖的改進(jìn)

化學(xué)教材插圖有多種類型，其中實(shí)驗(yàn)裝置圖所占比重最大（均大于40%）且基本都與化學(xué)學(xué)科核心概念、學(xué)科素養(yǎng)和核心理論相關(guān)。

化學(xué)教材作為實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)本有其重要的參考價(jià)值，教材所呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置和操作往往具有示范作用，但并不意味著必須完全按照教材的組織形式展開(kāi)教學(xué)[13]。因此，在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)先按照教材中實(shí)驗(yàn)裝置圖進(jìn)行實(shí)際操作，認(rèn)真分析教材中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖及其實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果，進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，改進(jìn)過(guò)程主要遵循以下原則：不違背科學(xué)原理、操作更簡(jiǎn)便、試劑和器材易于獲得、試劑便宜且用量少、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、最好能定量分析、更加安全環(huán)保。例如下表3[14]。

很多優(yōu)秀化學(xué)教師對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)非常成功，為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)提供了有益借鑒。

四、教材插圖的功能

教材插圖的直觀性決定了其基本的教學(xué)功能：展示功能，輔助學(xué)生記憶、理解功能，影響學(xué)生情感、興趣和注意等。在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)該在充分利用教材插圖的基本功能基礎(chǔ)上，充分挖掘其他功能。

1. 引發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)問(wèn)題意識(shí)

教材插圖可以引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)“原初態(tài)”的思考，不同的學(xué)生在面對(duì)陌生的問(wèn)題時(shí)，大都能產(chǎn)生相同或相似的共鳴，這種共鳴很多是好奇和疑惑，而這恰恰是學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行探求的開(kāi)始。

例如九年級(jí)化學(xué)教材插圖圖8[15]。

在課堂教學(xué)中通過(guò)圖8讓初學(xué)化學(xué)的學(xué)生對(duì)分子、原子及其關(guān)系等新的知識(shí)先有直觀的感知和理解。然后讓學(xué)生根據(jù)圖8，畫(huà)出二氧化碳（CO2）分子的模型，結(jié)果出現(xiàn)了以下很多種模型（由①到⑤數(shù)量逐漸減少），如圖9。

當(dāng)教師說(shuō)模型⑤是最接近二氧化碳分子時(shí)，學(xué)生非常驚愕，問(wèn)題接連不斷：碳原子比氧原子體積大嗎？原子的體積大小怎么知道??？二氧化碳分子中的三個(gè)原子為什么不像水分子那樣，而是在一條直線上？

教師沒(méi)有想到一個(gè)簡(jiǎn)單的教學(xué)插圖會(huì)引出這么多問(wèn)題，而這些問(wèn)題恰恰是一年后高中化學(xué)要學(xué)習(xí)掌握的內(nèi)容?？梢钥吹胶?jiǎn)單的教學(xué)插圖一樣可以引發(fā)非預(yù)設(shè)問(wèn)題，而這種非預(yù)設(shè)生成的問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的契機(jī)。這種課堂生成性資源具有瞬時(shí)性、不確定性、生命性，對(duì)這些稍縱即逝的“不確定性”的生命信息，我們不要幻想消除它們，而是要正視它們，要努力“與不確定性一起工作”[16]。

2. 可用作翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源

翻轉(zhuǎn)課堂在學(xué)習(xí)形式上是將知識(shí)學(xué)習(xí)、傳授放在課前進(jìn)行。被前置的知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程，需要提供給學(xué)生可以進(jìn)行學(xué)習(xí)的資源，這個(gè)資源包括教材、微課、閱讀材料等[17]。而微課的制作過(guò)程因?yàn)閷?duì)環(huán)境和設(shè)備的要求較高，很多教師感覺(jué)消耗精力過(guò)大。而教材插圖的使用就很方便，有些教學(xué)插圖與文字?jǐn)⑹龅摹跋到y(tǒng)性”理論有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，有些展現(xiàn)在學(xué)生面前的教材插圖有很大的“開(kāi)放性”，可以給教師和學(xué)生更多的視角和維度去領(lǐng)會(huì)和學(xué)習(xí)知識(shí)。例如下圖10，乙酸乙酯制備教材插圖和錯(cuò)誤圖的對(duì)比，讓學(xué)生在課前找出教材插圖（左）與錯(cuò)誤圖（右）的不同（5處），思考原因。

可見(jiàn)教材插圖也是翻轉(zhuǎn)課堂很好的學(xué)習(xí)資源。

3. 用于化學(xué)啟蒙教育

國(guó)際上對(duì)16歲以前的少年兒童進(jìn)行化學(xué)啟蒙教育已經(jīng)成為化學(xué)教育發(fā)展的一大趨勢(shì)[18]?；瘜W(xué)的前啟蒙應(yīng)該重視培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣，重視按照學(xué)生興趣的發(fā)展規(guī)律實(shí)施啟蒙[19]。利用教材插圖的優(yōu)勢(shì)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以對(duì)七年級(jí)、八年級(jí)的學(xué)生開(kāi)展化學(xué)啟蒙教育的校本課程。例如，北京十一學(xué)校為八年級(jí)學(xué)生設(shè)置的“快樂(lè)化學(xué)”校本課程。

4. 培養(yǎng)信息獲取和拓展視野

教材插圖中的一些信息，經(jīng)常被教師忽略，也確實(shí)不影響正常教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，但是卻能被極少數(shù)學(xué)生所發(fā)現(xiàn)，并向教師提出自己的困惑，而教材插圖的嚴(yán)謹(jǐn)性又提醒一定有其科學(xué)的道理。這種情況在化學(xué)教學(xué)中彌足珍貴，教師應(yīng)認(rèn)真對(duì)待教材插圖中的這類信息，并加以分析和研究，拓展教師和學(xué)生的學(xué)科視野。例如蘇教版教材插圖11[20]。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)氯化鈉在水中電離出的鈉離子和氯離子形成水合離子，周圍均為6個(gè)水分子，學(xué)生問(wèn)為什么？這兩種水和離子中一定含6個(gè)水分子嗎？查閱滬教版九年級(jí)教材插圖12[21]和人教版高中化學(xué)1教材插圖13[22]。

三種版本教材中Na+、Cl-的水化數(shù)均不完全相同，難道這個(gè)數(shù)值是隨意的嗎？這個(gè)幾乎沒(méi)人注意的問(wèn)題，卻讓人疑慮重重，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，才知道離子的水化數(shù)的測(cè)定（計(jì)算）方法有水化熵法、離子淌度法、壓縮系數(shù)法、統(tǒng)計(jì)力學(xué)計(jì)算法、核磁共振光譜法、拉曼光譜法、軟X射線衍射法、氣相測(cè)量法、紅外光譜法、理論計(jì)算法等，后面四種方法的結(jié)果較可靠。并且離子的水化數(shù)還與溫度、濃度有關(guān)。三種教材雖然不統(tǒng)一，但應(yīng)該是都可能符合實(shí)際的[23]。

5. 培養(yǎng)學(xué)生心理和精神品質(zhì)

教材插圖有很多是關(guān)于化學(xué)發(fā)展史、人物傳記、環(huán)境問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)安全、新材料、新科技、新能源等內(nèi)容。在化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中，要充分利用這些插圖發(fā)展學(xué)生的理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究、珍愛(ài)生命、健全人格、社會(huì)責(zé)任、國(guó)家認(rèn)同等核心素養(yǎng)。

五、結(jié)語(yǔ)

教材插圖是寶貴的化學(xué)教學(xué)資源，不僅不能弱化，更應(yīng)該重視、挖掘和改進(jìn)，提高其教學(xué)應(yīng)用價(jià)值。教材插圖是靜態(tài)的，但其背后的思維過(guò)程和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究歷程是豐富和動(dòng)態(tài)的，它能引導(dǎo)學(xué)習(xí)者延伸思考。因此，教師在使用教材插圖時(shí)，不能紙上談兵，要進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作和分析，要完成對(duì)教材插圖的超越，充分挖掘隱含在教材插圖后的化學(xué)學(xué)科知識(shí)發(fā)展的起因、歷程、狀態(tài)和可能動(dòng)向。

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[12] 陸裕峰，嚴(yán)西平，朱衛(wèi)東.走出初中化學(xué)教學(xué)中的幾處認(rèn)知誤區(qū)[J].化學(xué)教與學(xué)，2015（10）：17-18

[13] 施力爭(zhēng).對(duì)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)優(yōu)化的實(shí)踐與思考[J].化學(xué)教學(xué)，2015（3）：37-39

[14] 伍強(qiáng).碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的研究[J].化學(xué)教學(xué)，2015（12）：48-50

[15] 胡美玲主編.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2006：51

[16] 鄭金洲.課改新課型[M].北京：教育科學(xué)出版社，2006：177

[17] 孫運(yùn)利.摭談“翻轉(zhuǎn)課堂”中教師的作用[J].化學(xué)教學(xué)，2015（12）：21-25

[18] 方揚(yáng)平，秦勤.重視并搞好化學(xué)的前啟蒙教育[J].化學(xué)教學(xué)，2015（6）：27-30

[19] 吳俊明，王祖浩著.化學(xué)學(xué)習(xí)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：256

[20] 王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)1[M].南京：江蘇教育出版社，2011：15

[21] 王祖浩，王磊主編，義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)[M].上海：上海教育出版社，2013：4

[22] 宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)1[M].北京：人民教育出版社，2008：30

[23] 尚修正，杜景泉.“酸堿鹽在水溶液中的電離”的幾點(diǎn)思考[J].化學(xué)教與學(xué)，2016（5）：15-17