陳峰

摘要：當(dāng)前的初中科學(xué)教學(xué)中，要求樹立以學(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，把握插圖的真正含義，使教材中的插圖在教學(xué)中的應(yīng)用價值最大化。本文結(jié)合部分教學(xué)實際案例，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：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，也是教材的第二語言，具有簡潔、生動和直觀等特點，同時又具有很強(qiáng)的藝術(shù)性和可讀性，能有效地傳遞知識信息，并將一些難以用語言和文字表達(dá)清楚的問題和現(xiàn)象淋漓盡致地表達(dá)出來，以插圖類型作為依據(jù)，有結(jié)構(gòu)圖、過程圖、實驗操作圖、原理圖、解剖圖等。教師在平時的教學(xué)過程中，要善于引導(dǎo)學(xué)生充分利用教材插圖，挖掘其潛在的價值，這對培養(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、摸不著的，不易直接觀察，一般需要根據(jù)它們表現(xiàn)出來的現(xiàn)象來判斷。這就需要對實驗過程或現(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、模擬實驗等。

【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驗中，活動的部分方案如下圖。該實驗要體現(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、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。這個實驗中摩擦力無法直接測量，要通過測量物體勻速直線運(yùn)動時的拉力大小，根據(jù)二力平衡原理轉(zhuǎn)換成測量摩擦力大小。

科學(xué)中對于多因素（多變量）問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題。每次只改變其中的一個因素，控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，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)實驗研究之中。在研究影響摩擦力的因素實驗中，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，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，需控制壓力大小相同。

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

在理論分析清晰明了之后，讓學(xué)生動手實驗，驗證自己的猜想。而在實際操作中學(xué)生又會碰到難題：如很難保證彈簧秤拉著物體做勻速直線運(yùn)動，所以讀數(shù)不穩(wěn)定。再次引導(dǎo)學(xué)生思考：“教材設(shè)計的方案不一定是最優(yōu)方案，同學(xué)們可以對這個實驗做何改進(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)計實驗讓另一個物體在木塊下運(yùn)動時，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)？”

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

其實這個探究課題中，有一個錯誤前概念會影響學(xué)生的認(rèn)知，即接觸面積的大小會影響摩擦力大小，因為經(jīng)驗告訴我們拖動一張小的毯子比拖動一張大的毯子容易。針對這個錯誤的認(rèn)知，教師可以引導(dǎo)學(xué)生再次設(shè)計實驗進(jìn)行驗證（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)實驗和對實驗的再設(shè)計，源于插圖，高于插圖。在這個層層遞進(jìn)的實驗設(shè)計中，學(xué)生不僅掌握了科學(xué)研究的方法，更實現(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)識活動、對感性認(rèn)識材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系。它是真理在認(rèn)識的過程中，對各種科學(xué)思維方法的有機(jī)整合，是人類實踐活動的產(chǎn)物。心理學(xué)指出，不經(jīng)思維而獲得的知識是“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，有實驗原理和實驗順序圖等，它們具有直觀性、形象性、示意性等特征，不僅對于確保實驗有條不紊地進(jìn)行并獲得良好的實驗效果關(guān)系重大，而且對幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、記錄和復(fù)習(xí)有關(guān)實驗內(nèi)容和實驗技能，尤其在培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化設(shè)計能力，拓展科學(xué)思維等均有重要作用。

【案例二】測鹽水的密度實驗

如浙教版七上科學(xué)第四章第三節(jié)實驗測量鹽水的密度實驗，基于對教材中的圖表解讀，很容易確認(rèn)該實驗的具體步驟為：先用量筒測量出鹽水的體積，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)密度的公式計算出待測鹽水的密度。

解讀出教材中的顯性素材后，有必要對教材的隱性素材進(jìn)一步挖掘。眾所周知，實驗誤差是實驗測量值與真實值之差，不管人們主觀愿望如何，也不管人們在測量過程中怎樣精心細(xì)致地控制，誤差總是要產(chǎn)生的，不會消除。而在本實驗設(shè)計中，先撇開實際操作中產(chǎn)生的誤差，仔細(xì)分析實驗過程會發(fā)現(xiàn)：將量筒中的水倒入燒杯中時，量筒壁上一定會有殘留鹽水，這將直接導(dǎo)致測得的鹽水質(zhì)量偏小，進(jìn)而使鹽水的密度較真實值小。很明顯，這個實驗在過程的設(shè)計上是有缺陷的，那么教材還為什么如此安排？實際上，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)了測量密度的方法后，知道要完成對待測物體密度的測量就要借助一定的方法測出待測物體的體積和質(zhì)量，而上述的實驗步驟是學(xué)生很容易想到的方法，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生基本的實驗技能和實驗習(xí)慣。那么教師又該如何通過該實驗來訓(xùn)練學(xué)生的思維能力呢？

在學(xué)生演示這個實驗的時候，教師要及時引導(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. 如此操作會影響到鹽水的體積還是質(zhì)量的準(zhǔn)確性？3. 根據(jù)測量的結(jié)果計算出的鹽水密度會偏大還是偏小呢？4. 如何改進(jìn)實驗可以避免這種誤差？學(xué)生肯定會提出：“那么我們先測質(zhì)量，再測體積，就可以避免這種誤差?！庇谑歉倪M(jìn)方案如右圖所示。

教師進(jìn)一步提問：難道這樣就沒有誤差了嗎？學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)，會有部分鹽水殘留在燒杯內(nèi)壁，使測得的體積偏小，測得鹽水的密度偏大。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：那么有沒有一種方案可以避免這兩種情況的誤差，使測得的體積和質(zhì)量都相對準(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)點在于將一部分鹽水倒入量筒中，測剩余鹽水和燒杯的質(zhì)量時，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。同時避免了質(zhì)量和體積測量的誤差。這種對實驗的誤差分析和優(yōu)化設(shè)計，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)

觀察和實驗是學(xué)習(xí)科學(xué)的基本方法，是認(rèn)識物質(zhì)世界和獲取知識的開端和途徑，教師教育的目的不是讓學(xué)生死讀書，而是要引導(dǎo)學(xué)生把理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。教材為了讓學(xué)習(xí)內(nèi)容更簡明扼要、方便易懂，常常會采用模擬實驗、裝置模型等來代替文字。如浙教版八上科學(xué)第一章第三節(jié)的浮力，對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】潛艇浮沉的模擬實驗

教學(xué)時，首先讓學(xué)生通過有目的的觀察現(xiàn)象，盡可能動用視覺、觸覺、聽覺等多種感覺器官，積累個性化的“體驗”與“感受”，獲得豐富的感性認(rèn)識，在引導(dǎo)學(xué)生觀察潛水艇模型時，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上?。?/p>

接著通過實驗，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)生帶著問題進(jìn)行實驗，實現(xiàn)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的飛躍。有條件的話可以提供學(xué)生一些簡易的材料，如空一個的礦泉水瓶、一根塑料管、膠水和一次性注射器，讓學(xué)生自己動手設(shè)計并制作簡易的潛水艇。最后，通過把模擬實驗切換到真實潛水艇的結(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罐，上端和下端各有兩個孔，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)到的知識運(yùn)用到實際生活中，在學(xué)習(xí)完潛水艇的知識后，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)真思考這些問題后，他們的創(chuàng)新思維能力得到了升華。

在教學(xué)過程中，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，把握住插圖的真正含義，在層層提問中讓學(xué)生學(xué)會分析和思考，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

教材中大量的插圖是學(xué)生最直接、最具體的視覺感觀，插圖的欣賞往往會令學(xué)生有身臨其境的感覺，這不僅能幫助他們加強(qiáng)對問題的分析，更能促成學(xué)生較好領(lǐng)會科學(xué)的真諦。教師對插圖的合理把握和有效引導(dǎo)無疑對學(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策只是教材插圖開發(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，在對教材資源的深入挖掘過程中加深對知識的理解，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更重要的是讓他們學(xué)會對問題進(jìn)行深層次思索，真正實現(xiàn)教材插圖使用的有效價值。

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

（作者單位：浙江省嘉興一中實驗學(xué)校 314000）