初中物理教科書中“歐姆定律”一節(jié)插圖分析及教學建議

李昱靜 錢長炎 周勝林

(安徽師范大學物理與電子信息學院 安徽 蕪湖 241002)

圖片是一種視覺形式，而視覺形式又是創(chuàng)造性思維的主要媒介.物理學作為培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)，開發(fā)學生創(chuàng)造性思維的重要學科，要充分發(fā)揮其價值，在進行物理教科書編寫時重視其中插圖的選編就變得尤為重要.本文基于教科書插圖的相關知識對初中物理“歐姆定律”一節(jié)中的插圖進行深入分析，提出改進意見，以期為該內容的教學提供一些有益的借鑒.

1 初中物理教科書的教育功能及選編原則

教科書插圖在傳達信息上有其獨特的認知價值，而不同的插圖類型又具有各自鮮明的教育功能.因此，要充分發(fā)揮教科書插圖的教育價值，有必要對初中物理教科書插圖的教育功能做全面分析.

1.1 初中物理教科書插圖的分類及其教育功能

教科書插圖由于其功能、所處位置、組織形式的不同可從多個層面進行分類.邁耶就曾按照插圖功能的不同將插圖分為裝飾型、表征型、組織型與解釋型4種[1].根據(jù)教科書插圖所處的位置又可以將其分為章首圖、文中圖與章后圖，其中文中圖作為教科書插圖的集中表征類型，按圖片內容的不同又可進一步對其分類，如表1所示.

表1 教科書插圖功能分類表

1.2 初中物理教科書插圖的選編原則

鑒于插圖不可替代的作用，義務教育階段物理課程標準在教材編寫建議里對教科書提出“圖文并茂、發(fā)揮圖片形象、直觀、易懂有趣的特點”等要求[2].但對教科書插圖的具體選編原則尚未有明確規(guī)定，本文依據(jù)課標的相關要求結合物理學自身特點，提出初中物理教科書插圖選擇和編制的基本原則.

首先，緊扣教學要求，注意圖片的科學性與適用性.科學性與適用性是插圖的靈魂[3].教科書圖片在具備教育功能的基礎上要突出教學主題，有爭議、不可靠的圖片不選進教科書.

其次，符合學生年齡特征，注意圖片的趣味性.圖片應具有豐富內涵，密切貼合教學活動，同時符合學生的發(fā)展水平與年齡特征，適當增加卡通、漫畫圖，注意避免“低齡化”傾向.

最后，以圖配文，注意圖文并茂.教材編制遵循空間鄰近性原則，圖文同頁，并給插圖配以適當?shù)奈淖终f明.

2 代表性教科書中初中物理“歐姆定律”一節(jié)插圖分析

根據(jù)以上初中物理教科書插圖的類型及選編原則，我們對現(xiàn)行各版本代表性初中物理教科書中“歐姆定律”一節(jié)插圖進行深入分析，指出其中存在的問題.

對教科書插圖進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，各版本代表性教科書共編排了物理儀器圖、物理學史料圖、實驗探究圖、日常生活及自然現(xiàn)象圖、數(shù)據(jù)圖表圖與裝飾圖6類，但選編數(shù)目與位置安排各不相同，下面對各類插圖作具體分析.

(1)物理儀器類插圖分析

物理儀器類插圖可以幫助學生認識實驗裝置，為后續(xù)實驗操作打下基礎.在對教科書插圖進行選編時，“滬科版”“蘇教版”與“北師大版”教科書都將此類插圖選入其中，如圖1、圖2和圖3所示[4～6].“滬科版”插圖在實驗設計環(huán)節(jié)對此次實驗需要的儀器進行展示，“蘇教版”與“北師大版”插圖則都在習題中出現(xiàn).運用照片或仿真度極高的手繪圖引導學生解決問題，很好地將物理問題與實際生活相聯(lián)系，為實驗操作打下基礎.

需要注意的是，3版教科書對于物理儀器圖的選用都不是出于幫助學生認識實驗儀器的目的，未能充分發(fā)揮自身的教育功能.其中“滬科版”教科書在實驗設計環(huán)節(jié)直接給出此實驗需要的裝置而忽略學生自己的思考與探究.就圖片外形而言，“蘇教版”教科書插圖采用的是實物照片，但直觀性不強、器材細節(jié)展示不清.“滬科版”采用手繪圖，雖然對細節(jié)描畫清晰，但色彩搭配混亂與實物有一定差距.

圖1 “滬科版”物理儀器圖

圖2 “蘇教版”物理儀器圖

圖3 “北師大版”物理儀器圖

(2)物理學史料類插圖分析

科學是科學家智力活動的產物，因此必須有深刻的人文背景[7].雖然各版本教科書都注意到了物理學史料圖的教育功能，但在對歐姆生平進行介紹時卻出現(xiàn)了重大失誤.如圖4所示，分別為“人教版”“滬科版”及“北師大版”教科書展示的關于歐姆的物理學史料圖，大量文獻表明歐姆于1789年出生，而此3版教科書中卻將歐姆的出生年份錯誤地改寫為1787年，違背歷史事實，缺乏科學性，對于歐姆生平的介紹同樣存在錯誤[8，9].

圖4 各版本教科書物理學史料圖

(3)實驗探究類插圖

實驗探究類插圖作為對物理實驗探究活動的模擬在“歐姆定律”一節(jié)有著重要作用.分析各版本教科書發(fā)現(xiàn)該部分實驗探究圖都是以實驗電路圖的形式出現(xiàn).如圖5、圖6所示，兩版教科書對插圖的繪制簡單清晰，含有必要的元件說明，“蘇教版”更是在電源、電流表與電壓表旁邊標注了“正極”，能夠幫助學生理清電路方向，以可視的形式提醒學生電路連接原理，為實驗操作打下基礎.

雖然插圖本身并無明顯缺陷，但在圖文配合上，“蘇教版”教科書在學生自主設計實驗電路的環(huán)節(jié)直接將實驗電路圖給出，忽視對學生科學探究能力的培養(yǎng).

圖5 “人教版”實驗探究圖

圖6 “蘇教版”實驗探究圖

(4)日常生活及自然現(xiàn)象類插圖

對日常生活與自然現(xiàn)象的展示是貫徹“物理從生活中來到生活中去”的重要手段.“歐姆定律”相關知識在日常生活中有極廣泛的應用，但僅有“人教版”教科書對“歐姆定律”相關知識在現(xiàn)代科技中的應用做了介紹.如圖7所示，在“科學世界”欄目中向學生介紹酒精濃度檢測儀，其主要裝置“氣敏電阻”是對該部分內容的延伸，同時又能潛移默化地培養(yǎng)學生的安全意識，其他幾版教科書則都缺乏與生活和社會的聯(lián)系[10].

圖7 “人教版”教科書“科學世界”欄目圖

(5)數(shù)據(jù)圖表類插圖

“歐姆定律”作為通過實驗探究得出物理規(guī)律的重要章節(jié)，在教科書中設計合適的實驗數(shù)據(jù)記錄圖表就尤為重要.“蘇教版”“滬科版”“人教版”都在實驗探究環(huán)節(jié)設計了圖表幫助學生記錄實驗數(shù)據(jù)，如圖8、圖9所示，運用表格能及時將數(shù)據(jù)記錄在冊，同時學生通過觀察圖表很容易得出數(shù)據(jù)之間的線性關系，進而得出物理規(guī)律.

表1 R=________Ω

(a) “蘇教版”實驗數(shù)據(jù)記錄表

(b) “滬科版”實驗數(shù)據(jù)記錄表

(c) “人教版”實驗數(shù)據(jù)記錄表

圖8 各版本教科書“實驗數(shù)據(jù)記錄表”圖

(a)“蘇教版”電流、電壓關系圖

(b)“滬科版”電流、電壓關系圖

(c)“人教版”電流、電壓關系圖

該部分實驗的實驗方法為“控制變量法”，然而各版本教科書在設計數(shù)據(jù)記錄表時都將控制變量在表頭標注，而未顯示在表格中，有研究表明學生在進行實驗探究時往往會忽略控制電路兩端的電壓不變而造成實驗失誤，因此，建議在表格中顯示控制組數(shù)據(jù)，避免失誤；在探究電流與電壓的線性關系時，“滬科版”與“人教版”采用U-I圖，而“蘇教版”采用I-U圖，研究表明運用I-U圖更符合學生的思維特征，方便得出“歐姆定律”[11].

(6)裝飾類插圖

插圖應該包含鼓勵學生學習的動機因素，例如加入有趣的自然現(xiàn)象、實驗、研究等內容[12].裝飾類插圖其主要作用就是吸引學生興趣而后導入教學內容，然而各版本教科書在進行設計時僅將其視為教科書版面的裝飾物，在欄目設置上缺乏新穎度.建議在選擇裝飾類插圖時更多地考慮到學生的身心特點，利用插圖將學生帶入學習情境中，提高學習興趣,降低學習難度.

3 初中物理“歐姆定律”一節(jié)插圖重構及教學建議

雖然不同版本教科書插圖在選編時更多地照顧到了中學生的認知偏好、身心發(fā)展特點，但在插圖的有效性及教育引導功能方面仍存在不足.為了使教科書插圖的教育功能得到更好的發(fā)揮，本文對該部分插圖進行重構并提出相應的教學建議.

首先，以卡通圖創(chuàng)設情境引入新課.如圖10所示，利用色彩合益的卡通圖呈現(xiàn)現(xiàn)實生活中常見的電學問題，吸引學生興趣，而后開設科學探究模塊確定探究目標，在其中設置符合中學生邏輯特點的思考欄目如“猜想與假設”“討論與交流”等，各欄目做到圖文結合，版面活潑，逐步開展實驗探究活動.

圖10 卡通動畫圖

其次，多圖并進開展實驗探究.展示與該部分內容相關的電學實驗儀器，啟發(fā)學生選擇合適的物理實驗儀器,然后自主設計實驗電路圖；設計能夠同時呈現(xiàn)控制變量與可變變量的實驗數(shù)據(jù)記錄表，如圖11所示，時刻提醒學生實驗探究的原理，減少實驗誤差.在探究電流與電壓線性關系時采用I-U圖，如圖12所示，圖表以網格的形式出現(xiàn)，幫助學生描點連線得出實驗結論.

圖11 實驗數(shù)據(jù)記錄表

圖12 線性關系描繪圖

再次，圖文結合引出“歐姆定律”.物理規(guī)律的得出少不了實驗結果的支撐，如圖13所示，在結束探究實驗后有必要對實驗結果進行系統(tǒng)展示，一方面提供正確結論以供學生核對，另一方面為“歐姆定律”的得出提供理論依據(jù).同時，如圖14所示，歐姆作為偉大的科學家，他的肖像圖與科研事跡是學生在學習科學知識之外進行文化拓展的必要內容.

圖13 實驗結果展示圖

圖14 歐姆生平及肖像圖

最后，活用插圖，拓展鞏固，設疑啟下.在結束物理規(guī)律的學習后有必要對該節(jié)內容進行拓展與鞏固.開設必要的科學拓展欄目，如圖7所示，向學生展示物理知識現(xiàn)實應用的同時又能充分體現(xiàn)人文融合.在教學評價環(huán)節(jié)，練習題目除了做到圖文并茂外，對后續(xù)知識也要進行必要的提及，以達到啟下的效果.

綜上所述，教科書編寫除了要重視傳授知識、培養(yǎng)技能外，更應關注內容組織與呈現(xiàn)方式上的創(chuàng)新，尤其在教科書插圖的選擇與編排方面，應格外關注插圖本身的呈現(xiàn)方式以及利用其傳遞多種教育信息的功能.唯有如此才能提高教科書的質量最終提升教學水平.