聚焦教材插圖，優(yōu)化課堂教學(xué)

陳峰

摘要：當(dāng)前的初中科學(xué)教學(xué)中，要求樹(shù)立以學(xué)生發(fā)展為本的教學(xué)理念，在教師的合理引導(dǎo)下，搭建適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)平臺(tái)，把握插圖的真正含義，使教材中的插圖在教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值最大化。本文結(jié)合部分教學(xué)實(shí)際案例，淺談教材插圖在促成學(xué)生科學(xué)方法、科學(xué)思維和創(chuàng)新能力等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：學(xué)生發(fā)展；教材插圖；科學(xué)方法；科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2018）06-0003

在浙教版初中科學(xué)教材中，插圖占有很大的比例，是教材內(nèi)容的重要組成部分，也是教材的第二語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)潔、生動(dòng)和直觀等特點(diǎn)，同時(shí)又具有很強(qiáng)的藝術(shù)性和可讀性，能有效地傳遞知識(shí)信息，并將一些難以用語(yǔ)言和文字表達(dá)清楚的問(wèn)題和現(xiàn)象淋漓盡致地表達(dá)出來(lái)，以插圖類型作為依據(jù)，有結(jié)構(gòu)圖、過(guò)程圖、實(shí)驗(yàn)操作圖、原理圖、解剖圖等。教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，要善于引導(dǎo)學(xué)生充分利用教材插圖，挖掘其潛在的價(jià)值，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和提高教學(xué)質(zhì)量有著重要的作用。在本文中，筆者將從以下三個(gè)維度淺談教材插圖在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用，以期優(yōu)化科學(xué)課堂教學(xué)。

一、促成學(xué)生科學(xué)方法的形成

一些科學(xué)現(xiàn)象是看不見(jiàn)、摸不著的，不易直接觀察，一般需要根據(jù)它們表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象來(lái)判斷。這就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程或現(xiàn)象做適當(dāng)處理，最后以插圖的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，因此，教材插圖隱含了很多科學(xué)方法，最常見(jiàn)的有轉(zhuǎn)換法、等效替代法、放大法、控制變量法、類比法、模擬實(shí)驗(yàn)等。

【案例一】探究影響摩擦力大小的因素

如在浙教版七下科學(xué)第三章第四節(jié)探究摩擦力的影響因素實(shí)驗(yàn)中，活動(dòng)的部分方案如下圖。該實(shí)驗(yàn)要體現(xiàn)的科學(xué)方法有轉(zhuǎn)換法和控制變量法。

所謂“轉(zhuǎn)換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)、易見(jiàn)的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題；將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中摩擦力無(wú)法直接測(cè)量，要通過(guò)測(cè)量物體勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力大小，根據(jù)二力平衡原理轉(zhuǎn)換成測(cè)量摩擦力大小。

科學(xué)中對(duì)于多因素（多變量）問(wèn)題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問(wèn)題變成多個(gè)單因素的問(wèn)題。每次只改變其中的一個(gè)因素，控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對(duì)事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法是控制變量法。它是科學(xué)探究中的重要思想方法，被廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中。在研究影響摩擦力的因素實(shí)驗(yàn)中，因變量是摩擦力，自變量有壓力大小和接觸面的粗糙程度。在研究摩擦力與壓力的關(guān)系時(shí)，需控制接觸面的粗糙程度相同；在研究摩擦力與接觸面的粗糙程度的關(guān)系時(shí)，需控制壓力大小相同。

基于學(xué)生對(duì)以上科學(xué)方法的理解，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考以下問(wèn)題：1. 該實(shí)驗(yàn)中因變量是什么？自變量是什么？2. 你打算如何測(cè)出摩擦力？3. 要用彈簧秤測(cè)摩擦力，應(yīng)保證物體做什么運(yùn)動(dòng)？4. 要研究接觸面粗糙程度或壓力大小對(duì)摩擦力的影響應(yīng)分別選擇哪兩個(gè)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？

在理論分析清晰明了之后，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的猜想。而在實(shí)際操作中學(xué)生又會(huì)碰到難題：如很難保證彈簧秤拉著物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以讀數(shù)不穩(wěn)定。再次引導(dǎo)學(xué)生思考：“教材設(shè)計(jì)的方案不一定是最優(yōu)方案，同學(xué)們可以對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)做何改進(jìn)，使彈簧秤的讀數(shù)更加方便呢？”如果學(xué)生思維有障礙，教師可以提醒學(xué)生：“勻速直線運(yùn)動(dòng)是一種平衡狀態(tài)，那么靜止也是一種平衡狀態(tài)，能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓另一個(gè)物體在木塊下運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)？”

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)（如右圖）的實(shí)驗(yàn)方案并討論其優(yōu)點(diǎn)：不論下面的木板做勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)，木塊始終靜止，則彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)等于摩擦力（靜摩擦）大小。

其實(shí)這個(gè)探究課題中，有一個(gè)錯(cuò)誤前概念會(huì)影響學(xué)生的認(rèn)知，即接觸面積的大小會(huì)影響摩擦力大小，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)告訴我們拖動(dòng)一張小的毯子比拖動(dòng)一張大的毯子容易。針對(duì)這個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)知，教師可以引導(dǎo)學(xué)生再次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證（如右圖）。

教師在充分用好插圖的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)，源于插圖，高于插圖。在這個(gè)層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生不僅掌握了科學(xué)研究的方法，更實(shí)現(xiàn)了思維上質(zhì)的飛躍。

二、促成學(xué)生科學(xué)思維的拓展

科學(xué)思維，也叫科學(xué)邏輯，即形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)、對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系。它是真理在認(rèn)識(shí)的過(guò)程中，對(duì)各種科學(xué)思維方法的有機(jī)整合，是人類實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)物。心理學(xué)指出，不經(jīng)思維而獲得的知識(shí)是“假知”，不能轉(zhuǎn)化為學(xué)生的智慧。浙教版的科學(xué)教材中編入的幾百幅插圖中，有實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)順序圖等，它們具有直觀性、形象性、示意性等特征，不僅對(duì)于確保實(shí)驗(yàn)有條不紊地進(jìn)行并獲得良好的實(shí)驗(yàn)效果關(guān)系重大，而且對(duì)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、記錄和復(fù)習(xí)有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技能，尤其在培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，拓展科學(xué)思維等均有重要作用。

【案例二】測(cè)鹽水的密度實(shí)驗(yàn)

如浙教版七上科學(xué)第四章第三節(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)量鹽水的密度實(shí)驗(yàn)，基于對(duì)教材中的圖表解讀，很容易確認(rèn)該實(shí)驗(yàn)的具體步驟為：先用量筒測(cè)量出鹽水的體積，并記錄為V，接著用事先調(diào)好的天平稱出空燒杯的質(zhì)量，記錄為m1，然后將量筒中的水倒入燒杯中，再次借助天平稱出燒杯和鹽水的總質(zhì)量，記為m2，兩次的質(zhì)量差即為量筒中水的質(zhì)量，最后根據(jù)密度的公式計(jì)算出待測(cè)鹽水的密度。

解讀出教材中的顯性素材后，有必要對(duì)教材的隱性素材進(jìn)一步挖掘。眾所周知，實(shí)驗(yàn)誤差是實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與真實(shí)值之差，不管人們主觀愿望如何，也不管人們?cè)跍y(cè)量過(guò)程中怎樣精心細(xì)致地控制，誤差總是要產(chǎn)生的，不會(huì)消除。而在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，先撇開(kāi)實(shí)際操作中產(chǎn)生的誤差，仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程會(huì)發(fā)現(xiàn)：將量筒中的水倒入燒杯中時(shí)，量筒壁上一定會(huì)有殘留鹽水，這將直接導(dǎo)致測(cè)得的鹽水質(zhì)量偏小，進(jìn)而使鹽水的密度較真實(shí)值小。很明顯，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在過(guò)程的設(shè)計(jì)上是有缺陷的，那么教材還為什么如此安排？實(shí)際上，編者的安排是遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的，一方面注重關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生在學(xué)習(xí)了測(cè)量密度的方法后，知道要完成對(duì)待測(cè)物體密度的測(cè)量就要借助一定的方法測(cè)出待測(cè)物體的體積和質(zhì)量，而上述的實(shí)驗(yàn)步驟是學(xué)生很容易想到的方法，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。那么教師又該如何通過(guò)該實(shí)驗(yàn)來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的思維能力呢？

在學(xué)生演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考：1. 量筒中的鹽水能全部且一滴不剩地倒入燒杯中嗎？2. 如此操作會(huì)影響到鹽水的體積還是質(zhì)量的準(zhǔn)確性？3. 根據(jù)測(cè)量的結(jié)果計(jì)算出的鹽水密度會(huì)偏大還是偏小呢？4. 如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)可以避免這種誤差？學(xué)生肯定會(huì)提出：“那么我們先測(cè)質(zhì)量，再測(cè)體積，就可以避免這種誤差。”于是改進(jìn)方案如右圖所示。

教師進(jìn)一步提問(wèn)：難道這樣就沒(méi)有誤差了嗎？學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)，會(huì)有部分鹽水殘留在燒杯內(nèi)壁，使測(cè)得的體積偏小，測(cè)得鹽水的密度偏大。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：那么有沒(méi)有一種方案可以避免這兩種情況的誤差，使測(cè)得的體積和質(zhì)量都相對(duì)準(zhǔn)確呢？

學(xué)生討論改進(jìn)，得到如右圖方案：

這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于將一部分鹽水倒入量筒中，測(cè)剩余鹽水和燒杯的質(zhì)量時(shí)，把沾在燒杯內(nèi)壁的鹽水的質(zhì)量也秤進(jìn)去了，所以前后兩次質(zhì)量差即倒入量筒中鹽水的質(zhì)量。同時(shí)避免了質(zhì)量和體積測(cè)量的誤差。這種對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑能力，也拓展了學(xué)生的科學(xué)思維。

三、促成學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

觀察和實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)科學(xué)的基本方法，是認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界和獲取知識(shí)的開(kāi)端和途徑，教師教育的目的不是讓學(xué)生死讀書(shū)，而是要引導(dǎo)學(xué)生把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教材為了讓學(xué)習(xí)內(nèi)容更簡(jiǎn)明扼要、方便易懂，常常會(huì)采用模擬實(shí)驗(yàn)、裝置模型等來(lái)代替文字。如浙教版八上科學(xué)第一章第三節(jié)的浮力，對(duì)潛水艇的浮沉原理的學(xué)習(xí)就采用如下的插圖策略。

【案例三】潛艇浮沉的模擬實(shí)驗(yàn)

教學(xué)時(shí)，首先讓學(xué)生通過(guò)有目的的觀察現(xiàn)象，盡可能動(dòng)用視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多種感覺(jué)器官，積累個(gè)性化的“體驗(yàn)”與“感受”，獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)，在引導(dǎo)學(xué)生觀察潛水艇模型時(shí)，引導(dǎo)其根據(jù)自己的觀察提出心中的疑惑，如：1. 玻璃球的頂部和底部為什么各有一個(gè)小孔？2. 為什么潛水艇模型用玻璃制作？3. 為什么向右推注射器后玻璃球會(huì)上浮？

接著通過(guò)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生的探索規(guī)律提供恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。有條件的話可以提供學(xué)生一些簡(jiǎn)易的材料，如空一個(gè)的礦泉水瓶、一根塑料管、膠水和一次性注射器，讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易的潛水艇。最后，通過(guò)把模擬實(shí)驗(yàn)切換到真實(shí)潛水艇的結(jié)構(gòu)和操作研究上，引導(dǎo)學(xué)生觀察教材插圖潛艇的結(jié)構(gòu)：潛艇的兩側(cè)有水艙，中間有壓縮空氣的儲(chǔ)罐，上端和下端各有兩個(gè)孔，引導(dǎo)學(xué)生逐步自主建構(gòu)潛水艇的沉浮原理。學(xué)生還需要把學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，在學(xué)習(xí)完潛水艇的知識(shí)后，學(xué)生還需要去思考“浮筒打撈法”打撈沉船的原理是什么？浮筒材料和總體積大小的選擇有何要求？當(dāng)學(xué)生認(rèn)真思考這些問(wèn)題后，他們的創(chuàng)新思維能力得到了升華。

在教學(xué)過(guò)程中，需要教師不斷去探尋其中蘊(yùn)含的科學(xué)規(guī)律，插圖教學(xué)在教學(xué)活動(dòng)中占有非常重要的地位。教材插圖中深層信息的挖掘，需要教師的積極引導(dǎo)。要注重方式和方法，教師可巧妙設(shè)問(wèn)，把握住插圖的真正含義，在層層提問(wèn)中讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析和思考，充分激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。教師多多關(guān)注學(xué)生批判性思維能力的培養(yǎng)，立足有效的學(xué)習(xí)載體，培養(yǎng)學(xué)生在尊重科學(xué)事實(shí)的前提下，敢于深入挖掘科學(xué)思維，不斷提高自己的創(chuàng)新能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

教材中大量的插圖是學(xué)生最直接、最具體的視覺(jué)感觀，插圖的欣賞往往會(huì)令學(xué)生有身臨其境的感覺(jué)，這不僅能幫助他們加強(qiáng)對(duì)問(wèn)題的分析，更能促成學(xué)生較好領(lǐng)會(huì)科學(xué)的真諦。教師對(duì)插圖的合理把握和有效引導(dǎo)無(wú)疑對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到錦上添花的作用。以上教材插圖使用有效性的對(duì)策只是教材插圖開(kāi)發(fā)中的冰山一角。教材的插圖內(nèi)涵豐富，為教師用教材教提供了廣闊的空間，在對(duì)教材資源的深入挖掘過(guò)程中加深對(duì)知識(shí)的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更重要的是讓他們學(xué)會(huì)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深層次思索，真正實(shí)現(xiàn)教材插圖使用的有效價(jià)值。

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[2] 劉 娟.初中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施科學(xué)方法教育的研究[M].南京：南京大學(xué)出版社，2007.

（作者單位：浙江省嘉興一中實(shí)驗(yàn)學(xué)校 314000）