科學知識的多模態(tài)話語建構：以人教版和滬科版初中物理教材為例

熊 濤，何 勁

（1.廣東外語外貿(mào)大學 外國語言學及應用語言學研究中心，廣東 廣州 510420；2.廣東技術師范大學 外國語學院，廣東 廣州 510665）

一、前言

科學知識的話語建構是一個涉及語言學、教育學、心理學等學科的跨學科議題，研究者通過運用語言學、話語和符號學相關的理論，去解答科學知識是如何通過不同的話語和符號進行傳遞的，以及在此過程中塑造了什么樣的意識形態(tài)意義這兩個關鍵問題。其中，能量和能源是科學教育中的一個復雜且抽象的關鍵概念，對于幫助學生形成科學的能源觀和發(fā)展觀具有重要意義。美國基礎科學教育指導框架把“能量和物質”列為七大跨領域概念之一[1]。能量在不同的科學領域中有不同的理解，難以從正面直接定義。其五個基本屬性包括守恒性、可轉化性、可轉移性、可散失性和可儲存性（能源）[2]。能量并不是指實體或物質，而是一系列復雜的物質現(xiàn)象，具有語境依存性，被各種話語符號體系所塑造和解釋[3]。從話語研究的角度看，恰當?shù)恼Z言和符號手段，例如分類、隱喻、類比等手段，能有效地表征能量等抽象科學概念，促進認知和理解[2-6]。因此，能源話語逐漸成為話語研究領域的一個熱點。然而，與公共語境下的能源話語研究[7]相比，學術和教育語境下的能源相關知識的話語建構尚未引起足夠關注。就教育語境下的能源話語而言，以往相關研究或著眼于單一的文本模態(tài)[2][4-5]，或針對簡單示意圖進行研究[8-9]，對多模態(tài)的圖文意義共構的研究不多見，未能突出當下視覺元素在科學教育和讀寫活動中越來越突出的作用。同時，這些研究往往將教學中的語言視為中立透明，忽視了語言等符號資源在教材中所起的意識形態(tài)功能。視覺圖像的輔助可以提供恰當?shù)恼J知圖式，幫助學習者深入學習和理解知識[10]，使用不當則容易造成不必要的視覺負荷，對知識的理解形成負面影響[11]，因此有必要深入探究。

教材是科學知識最重要的載體。當代教材設計風格融入了較多的科技和多模態(tài)生活化元素，教材建構知識和身份關系的體現(xiàn)方式也發(fā)生了相應的改變，因此比較同一個知識點的不同多模態(tài)表征形式很有意義[12]。本文擬以國內(nèi)兩套代表性的中學物理教材為例①彭前程：物理（九年級全一冊），北京：人民教育出版社，2013年。②廖伯琴：物理（九年級全一冊），上海：上海科學技術出版社，2013年。，對其中關于能量和能源的部分進行研究，具體考察科學教材如何利用語言和多模態(tài)手段表征相關的科學知識，研究科學教材中的圖像在能量能源概念表征中的作用，衡量教材設計在科學知識表征方面的利弊得失，并對優(yōu)化教材設計和教學提出建議。我們將具體圍繞視覺模態(tài)、圖文關系、隱喻和類比三個方面開展研究，研究問題包括：兩套教材中有哪些類型的視覺元素？視覺元素和課文之間存在什么樣的意義關系？這些視覺元素體現(xiàn)了哪些關于能量的概念隱喻和類比？

二、教材話語和知識建構

教材是一種特殊的社會文化產(chǎn)品，是實現(xiàn)特定教育目的的體裁或交際事件。作為知識的載體，教材話語并不是中立透明的，包括語言在內(nèi)各種符號模態(tài)資源的選擇和使用，鞏固了特定的立場和價值觀念或者主流的知識范式[13-14]。隨著建構主義科學本質觀和人文社科領域話語轉向的興起，人們對探索知識的話語建構機制越來越感興趣，從不同學術角度探索知識如何通過話語得以生產(chǎn)和傳播，以及產(chǎn)生何種主流意識形態(tài)效應。例如van Dijk 和Atienza[15]基于?？碌臋嗔υ捳Z理論對西班牙教材中知識的社會認知機制進行了剖析，分析了新舊知識的相互聯(lián)系，以及新知識如何受制于以及鞏固預設的種族主義色彩的觀念，揭示了知識的意識形態(tài)性。Liu[16]對我國小學語文教材進行批評話語分析后發(fā)現(xiàn)，教材選擇性地呈現(xiàn)科學技術造福人類的美好一面，回避了與之密切相關的環(huán)境等問題，因而不利于學生創(chuàng)造性和批判性思維的養(yǎng)成。陳文革和吳建平[17]的研究也得出了類似的結論，他們研究我國中學科學教材后發(fā)現(xiàn)，教科書強調(diào)科學的“非人化”，強調(diào)研究結果的“確定性”和“不容挑戰(zhàn)性”，這不利于培養(yǎng)科學素質和創(chuàng)新精神，他們呼吁教材科學話語的改變。

以上研究凸顯了在科學教育中倡導建構主義科學本質觀的重要性[18-19]。建構主義科學本質觀認為科學的本質是科學探究。這是一個不斷探尋未知領域，修正已有知識的過程，是對強調(diào)客觀性和穩(wěn)定性的邏輯實證主義科學觀的揚棄。與建構主義科學觀一脈相承的是，人們對科學圖像的客觀性的認識也經(jīng)歷了從強調(diào)自然客觀性到強調(diào)專業(yè)判斷和解讀的轉變。具體而言，根據(jù)Daston 和 Galison[20]的研究，科學圖像的發(fā)展經(jīng)歷了三個認知階段：18世紀，占統(tǒng)治地位觀點認為科學圖像必須忠于自然（truth to nature）；到19世紀末，科學圖像應該凸顯機械客觀性或者結構客觀性（mechanical objectivity,structural objectivity）的觀點開始占據(jù)主導地位；20世紀初開始，基于專業(yè)訓練的圖像判斷和解讀（trained judgment）變得比客觀性更重要?；谏鲜隼碚撚^點，Ge等人[9]對臺灣和澳大利亞的科學教材的視覺元素進行了比較，發(fā)現(xiàn)臺灣教材的圖片普遍“忠于自然”，偏重呈現(xiàn)自然界原本的狀態(tài)，而澳大利亞教材更重視結構性的概念圖，因此臺灣教材處于“忠于自然”的認知階段，而澳大利亞教材更多地體現(xiàn)了“結構客觀性”的特性。透過建構主義科學本質觀和科學圖像認知的發(fā)展觀，我們可以更好地對教材加以評估和解讀。教材通過程式化的語言和符號資源表征知識和意義，與學習者之間構建了特定的權力關系，通過話語、身份和體裁、風格得以實現(xiàn)[21]。

三、基于社會符號學的多模態(tài)話語分析框架

針對上面提出的三個研究問題，本研究將構建一個基于社會符號學的科學教材多模態(tài)話語分析框架（見圖1）。這個框架融合社會符號學關于模態(tài)和圖文意義關系的分類，以及關于認知隱喻和類比的相關概念，對教材相關的視覺元素及其相關課文內(nèi)容進行考察，并在兩套教材之間進行橫向比較。

圖1 科學教材多模態(tài)話語分析框架

分析框架的第一部分是視覺元素的模態(tài)。根據(jù)Van Leeuwen[22]的社會符號學理論，模態(tài)是視覺圖像的真實度和自然度，取決于細節(jié)、層次、色彩和背景的表現(xiàn)特性，模態(tài)的真實感與圖像的細節(jié)表現(xiàn)度之間的關系取決于不同的體裁和交際目的。我們把教材視覺元素區(qū)分為照片（攝影圖片）、繪畫（如線條畫或卡通畫）、示意圖（如透視圖和剖面圖）和概念圖（如表格和樹狀圖）四種。其中，照片的模態(tài)最為真實自然，以新聞體裁為例，為了追求形式上的客觀性，多采用照片，彩色新聞圖片和黑白新聞圖片或漫畫相比，前者明顯處于主導地位，呈現(xiàn)的是一種“真實、自然”的效果，而后者則更多地反映了某種風格和態(tài)度；繪畫在教材中往往沒有太復雜的色彩變化和細節(jié)表現(xiàn)，真實感偏弱；概念圖的抽象度最高；示意圖的模態(tài)特征處于概念圖和前兩種圖之間。在科學教材中，除了真實感較強的照片和繪畫之外，抽象模態(tài)也占據(jù)重要位置，線條簡單但能夠揭示科學現(xiàn)象和科學關系的本質和結構。對于概念圖而言，是在用空間關系來象征邏輯關系，表現(xiàn)其內(nèi)在的因果關系或連續(xù)性。

分析框架的第二部分是圖文意義關系的類型。這里指的圖文意義關系，主要是指圖片和課文相關內(nèi)容的關系。圖文關系是理解多模態(tài)語篇意義的關鍵[22-24],是一種基于意義的多模態(tài)、非線性銜接現(xiàn)象，參考Van Leeuwen[22]、Kress&van Leeuwen[23]和張德祿[25]關于圖文信息關系類型的劃分，可區(qū)分為闡述（elaboration）和擴展（extension）兩類。闡述關系中，圖像服務于把課文內(nèi)容具體化、形象化，是課文提出的知識點或者現(xiàn)象的具體闡釋。擴展關系中，視覺元素提供了新的信息或實現(xiàn)了新的功能，例如引導學生填空或者思考問題，和課文構成整體關系。值得注意的是，闡述型的圖文關系存在一定的信息冗余，承擔了一部分裝飾或者審美功能，尤其是大幅置于文字下層的背景圖。闡述關系和擴展關系兩者的區(qū)別在于有無實質性的信息差。

分析框架的第三部分是隱喻和類比的使用。隱喻和類比是科學教育中的重要語言手段[5-6]，兩者的目的都是在本體和喻體間進行比較，但后者是直接明顯的比較，強調(diào)其共同點，而前者是一種暗含的比較，屬于認知和思維的底層，是認知的一種組織形式?？茖W教育領域普遍認為，類似能量這樣的科學概念，與其采用嚴謹、科學的方式進行正面定義，其效果很多時候還不如采用隱喻表達式[2][4]。類比和隱喻不但存在于文字當中，也可以存在于視覺元素中，視覺上的類比和隱喻有助學習?；诟拍铍[喻理論[26]，Lancor[2]對美國科學教育中的能量概念進行了研究，歸納了能量的六個基本的概念隱喻，即“能量是總量恒定并且可計算的物質”“能量是可轉化的物質”“能量是可轉移和流動的物質”“能量是可裝載的物質”“能量是可散失的物質”以及“能量是可存儲和可作為成分的物質”。在科學教材中的能量隱喻主要屬于“文字圖像互補”式多模態(tài)隱喻[27]。例如，大壩泄洪的圖片，對應的是“能量是可轉化的物質”這個隱喻，因為這里把能量物質化和具體化為從高處飛流而下的水。課文中通常不一定會直白地出現(xiàn)“能量是一種可以轉化的物質”之類的文字，但這個概念往往蘊含在課文的上下文當中。

四、語料和方法

我們的數(shù)據(jù)來自人教版和滬科版兩套初中物理教材。初中階段是系統(tǒng)學習物理知識的起始階段，教材中物理知識的表征方式對于概念的掌握具有重要的作用。我們選擇了人教版九年級教材第14章“內(nèi)能的利用”、第22章“能源與可持續(xù)發(fā)展”，以及滬科版第20章“能量和能源”相關內(nèi)容進行研究（見表1）。這樣的好處是，一方面將研究范圍限制在能量和能源相關內(nèi)容，另一方面確保兩套教材具有可比性（見表2）?；谇懊鏄嫿ǖ难芯靠蚣埽覀儗商捉滩南嚓P的視覺元素進行分類并統(tǒng)計，具體結果見表2、表3、表4。這些結果在一定程度上呈現(xiàn)了一些特點和趨勢。我們結合相關文獻和理論進行討論并得出結論。

表1 數(shù)據(jù)來源

五、分析結果

表2顯示，不論哪個版本的教材，照片在數(shù)量上都比其他三種視覺元素明顯占優(yōu)，約占半數(shù)，其中滬科版的彩圖占比比人教版略多；兩套教材在繪圖和示意圖上的比例差別均在2%左右，差別不大；然而，兩套教材在概念圖的比例上呈現(xiàn)較大的差異，人教版比例明顯高于滬科版。

表2 兩套教材視覺元素類型的比較

比較了兩套教材視覺元素類型后，我們接下來比較圖文關系。如表3所示，經(jīng)過對課文相關視覺元素進行編碼歸類，我們發(fā)現(xiàn)，兩套教材的圖文關系中闡述型占主導，其中滬科版中闡述型比例更高，達到了76.9%，比人教版超過了18%；對于擴展型圖文關系而言，人教版教材的視覺元素中擴展型更多，比滬科版相應地高出將近18%。

表3 兩套教材圖文關系類型的比較

例如，圖2、圖3都是闡述型的圖文關系。圖2是電站大壩泄洪的照片，同時作為章節(jié)標題“能源”的背景圖。對應的文字如下：“三峽水電站是世界上最大的水力發(fā)電站，它通過提高上游的水位增加水的勢能，高水位的水向下流，使水輪機轉動并帶動發(fā)電機發(fā)電，從而向人們提供電能?！眻D片形象地展示了水的勢能轉化為動能這個過程的瞬間，是對課文內(nèi)容的具體化。高清晰的攝影圖片具有視覺沖擊力，同時也具有裝飾效果，但并沒有帶來實質性的新的知識或信息。圖3畫的是一種設想中的永動機的工作狀態(tài)，同樣，圖文之間的意義關系屬于比較簡單直接的闡述型關系。

圖4、圖5結合簡要文字“鏈式反應示意圖”展示了從核反應產(chǎn)物之一中子又引起同類核反應繼續(xù)發(fā)生、并逐代延續(xù)進行下去產(chǎn)生能量的過程；圖6是發(fā)電廠照片清晰展示了發(fā)電的棱鏡模組，對應文本“一種由大景反射棱鏡組成的發(fā)電廠” ；圖7、圖8分別是煤礦現(xiàn)場照片及能量球擺動對應的勢能動能轉化圖示；圖10、圖11、圖12分別使用了照片、示意圖及概念圖等視覺元素結合簡要文本展現(xiàn)了熱能，太陽能、電能及各種能量的產(chǎn)生及轉化。以上圖例圖文之間的意義關系屬于比較簡單直接的闡述型關系，示視覺元素及對應文本一目了然。

圖9、圖13是擴展型圖文關系的兩個例子。圖9是一個表格，要求學生在空格填入至少三個能量轉化的示例。填空完成之后的表格包括更多的實例，而這些實例是課文中所不具備的，因此表格與課文內(nèi)容形成擴展型圖文關系。作為視覺輔助元素的表格，實際上是擴展了課文內(nèi)容，而不僅僅是闡述或舉例的關系。圖13也是類似情況，表示的是不同形式的能量之間的相互轉化的關系，和圖9一樣，需要學生補充實例，是對課文知識和內(nèi)容的擴充，因此圖13與課文相關部分之間，形成了擴展型圖文關系。

根據(jù)Lancor[2]總結的六種能量隱喻類型，我們對兩套教材進行了編碼（見表4）?？梢?，兩套教材的視覺元素在表現(xiàn)哪種能量隱喻方面分布很不平衡，主要側重于表現(xiàn)“能量是可以轉化的物質”這個隱喻。具體而言，滬科版的傾向更加明顯，達到了將近80%。兩套教材的視覺元素均沒有體現(xiàn)“能量是可以裝載的物質”這個隱喻，其余的幾個隱喻的涉及比例都很低。

表4 視覺元素所關聯(lián)的能量隱喻類型

表5 教材中出現(xiàn)的視覺元素舉例

從類比來看（表4），只有人教版教材出現(xiàn)了3個，一是把圖片中的食物比作燃料，對化學能轉化為內(nèi)能的過程進行形象說明（20頁）；二是把太陽類比為一個巨大的核能火爐，里面每時每刻都在發(fā)生氫彈爆炸（174頁）；三是把核裂變鏈式反應類比為點燃以相應方式排列的火柴棍（171頁，圖4）。這些屬于典型的基于課文的類比（text-based analogy）[7]，通過圖文協(xié)同很有效地呈現(xiàn)了相關概念和知識。

六、討論

研究結果對深入理解科學圖像和科學認知的發(fā)展階段有啟示意義。研究顯示，兩套教材的照片在數(shù)量上比其他視覺元素占有明顯優(yōu)勢，在對能量相關知識的表征上，科學教材明顯傾向使用真實、自然模態(tài)的圖片。這些圖片集中在表征能量的多種體現(xiàn)形式上，例如水電站泄洪、瓜果蔬菜、木柴燃燒，分別代表能量的不同體現(xiàn)形式。這個特點印證了一個重要觀點，即包含文字和圖片的多元識讀已經(jīng)成為當代教育的最根本的特征之一[28]。本研究的結果比較符合Ge等人[9]對于臺灣教材的研究發(fā)現(xiàn)，即教材的圖片普遍“忠于自然”，偏重呈現(xiàn)自然界原本的狀態(tài)，同時，“忠于自然”的特點，也證實了陳文革和吳建平[17]關于我國科學教科書話語偏重“非人化”和“不容挑戰(zhàn)”的觀點。

研究結果顯示，除照片之外，占比其次的視覺元素是示意圖。示意圖的特點是，在普通繪圖的基礎上加入了一些輔助性的繪圖方式，例如透視圖，因此能夠呈現(xiàn)能量系統(tǒng)的不同組成部分及其工作原理，對相關的知識內(nèi)容起到了較好的補充說明作用，可以看作是“忠實自然”和“結構客觀性”兩者兼而有之，兩種認知階段或模式并存。另外，兩套教材在概念圖的應用比例上整體較低，其中人教版略高于滬科版。概念圖的作用在于把一些關鍵的概念和關系進行提煉和可視化處理，對于幫助讀者梳理課文相關知識具有重要的認知作用，對應的是“結構客觀性”的認知階段?？傮w而言，本研究中不同類型視覺元素和模態(tài)在不同程度上呈現(xiàn)混合使用的情況。大量富有真實感的照片，加上凸顯關系、結構、原理的表格和概念圖，以及卡通圖和簡筆圖，人教版中的個別地方甚至還出現(xiàn)了表情夸張的卡通人物和擬人的太陽，為教材增添了趣味感，呈現(xiàn)出科學、教育和娛樂三位一體的混合體裁特征。

就圖文關系而言，研究發(fā)現(xiàn)闡述型圖文關系占主導地位。在闡述型和擴展型兩種圖文關系中，教材中闡述型圖文關系所占比例更大，滬科版超過人教版。但人教版的擴展型圖文關系比例超過滬科版，相差達到18%。兩套教材在編寫時都十分注重教材內(nèi)容的真實度和自然度，圖片的主要作用是對課文相關內(nèi)容進行闡述，將各種與能量有關的現(xiàn)象、概念和過程具體化和形象化。這種情況下，圖片更多地發(fā)揮了一種“錦上添花”的作用和裝飾效果，有或沒有圖片都不會對課文內(nèi)容的表達產(chǎn)生本質上的影響。而擴展型圖文關系中，圖片是課文內(nèi)容的延續(xù)和鞏固，比如思考題和填空等問題，與課文內(nèi)容構成整體，兩者缺一不可。在教材中設計一定數(shù)量的擴展型圖文關系，對于擴展教材的深度和廣度，引導讀者對所學內(nèi)容進行舉一反三式的思考和鞏固具有重要作用。

在隱喻和類比方面，最大的特點是兩套教材的視覺元素集中體現(xiàn)了“能量是可以轉化的物質”這個概念隱喻，所占比例在60%和80%之間，教材中大量存在的太陽能發(fā)電、水力發(fā)電等題材的圖片都很好地說明了這一點。與此相比，“能量是可以裝載的物質”這一隱喻在兩個教材的視覺元素中都沒有得到明顯體現(xiàn)。其余幾個隱喻的體現(xiàn)也很少，例如“能量是可以散失”的這個隱喻，在人教版有4處，而滬科版只有1處。這似乎可以說明，教材在表征能量和能源相關知識的時候，側重的是人類如何利用能源、如何把一種形式的能量轉化為另一種形式的能量，而對于能量的可散失性并沒有重點強調(diào)，兩個教材僅有有限的幾個地方提到了使用能源不當所造成的環(huán)境污染。這也印證了Liu[16]的研究發(fā)現(xiàn)，反映了一種以人類為中心的功利主義的價值觀，而深刻認識到能量的可散失性，思考如何高效科學地利用綠色清潔能源，應該是重要的一課。從類比看，僅人教版教材視覺元素涉及三處類比。類比是科學教育中的重要有效手段，其認知原理和實際效果已經(jīng)得到公認，但教材在這方面做的還不夠，尤其是滬科版。

七、結論

為了解能量和能源相關的科學知識在科學教材中的多模態(tài)表征情況，本研究以兩套物理教材為例進行了實證研究?；谏鐣枌W相關理論，以及關于能量的隱喻表達框架，我們嘗試構建了一個綜合性的科學教材多模態(tài)知識表征研究框架，針對視覺元素、圖文關系、隱喻和類比三個維度進行了探究。研究主要發(fā)現(xiàn)如下：第一，教材內(nèi)容能夠盡可能貼近自然界和人類生產(chǎn)生活現(xiàn)實，印證了當代科學話語中知識表征由單一的文本模態(tài)向圖文并茂的多模態(tài)表征轉化的大趨勢；第二，我們所考察的教材對能量和能源知識的視覺表征總體還處于“忠于自然”的認知階段，或者從這個階段向“結構客觀性”過渡；第三，闡述型圖文關系在教材中占主導地位?？傊?，教材并非價值中立的工具，教材話語通過符號塑造了特定的讀者身份和價值取向。通過借用卡通漫畫等青少年喜聞樂見的體裁和視覺元素，教材話語實現(xiàn)了科學性、權威性和娛樂性的混合，強調(diào)真實感和自然感的符號風格，更多地傳遞了一種客觀主義的科學本質觀。

本研究對教材編寫有如下幾點啟示：第一，今后的教材開發(fā)需要在各類視覺元素的比例方面取得更好的平衡，更好地兼容“結構客觀性”，并創(chuàng)造條件向“訓練有素地判斷圖片”的認知階段發(fā)展，培養(yǎng)建構主義的科學本質觀，提升學生的多模態(tài)科學識讀和思維能力。第二，教材的視覺元素設計應該充分結合隱喻和類比等手段，盡可能更平衡地體現(xiàn)能量的各種特性，強調(diào)可持續(xù)發(fā)展和綠色能源的重要性，改變急功近利的功利主義價值觀。第三，應該適當壓縮體現(xiàn)闡述型圖文關系的視覺元素，增加擴展型圖文關系，一方面可以減少不必要的視覺負荷，另一方面可以擴展知識，更好地滿足學生的不同需求。

最后，本研究涉及的教材語料有限，目的主要在于構建一個社會符號學分析模式，并初步驗證這個模式的可操作性，得出的一些結論和建議對于科學教育、教材編寫和多模態(tài)話語研究本身都有一定啟示意義。鑒于能量概念的復雜性和抽象性，多模態(tài)視角中的能量隱喻，在界定和歸類方面可能還存在需要進一步探討和完善的地方，有待更多的研究。

致謝

感謝廣東外語外貿(mào)大學袁傳有教授、韓艷梅副教授和香港理工大學馮德正副教授對本文提出指正，同時感謝編輯部和匿名審稿人的修訂建議。