董友軍 袁光秀

摘 要：本文以人教版高中物理必修一的教材插圖為研究對(duì)象，介紹了插圖的定義、分類(lèi)和作用，并以“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的教材插圖為例，闡明了在插圖教學(xué)的探索過(guò)程中如何引導(dǎo)學(xué)生深度挖掘教材插圖的物理內(nèi)涵，為核心素養(yǎng)在課堂上落實(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有益的教學(xué)借鑒。

關(guān)鍵詞：教材插圖；插圖教學(xué)；高中物理；核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）9-0019-5

2018年1月16日，教育部頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，其中明確指出：“教材要恰當(dāng)處理版面和內(nèi)容的關(guān)系，力求全書(shū)圖文均衡、相得益彰”；“恰當(dāng)?shù)膱D表有助于學(xué)生理解課文內(nèi)容，增加學(xué)習(xí)興趣”；“尤其應(yīng)注意精選插圖，使其與教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合”。插圖是物理教材內(nèi)容的組成部分，有些內(nèi)容用文字難以描述，但用一幅插圖，卻能輕松地讓學(xué)生看明白。筆者通過(guò)插圖教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生挖掘教材插圖的物理內(nèi)涵，從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

1 插圖的定義

《辭?！穼?duì)插圖的解釋是指插附在書(shū)刊中的圖畫(huà)，有的印在正文中間，有的用插頁(yè)方式，對(duì)正文內(nèi)容起補(bǔ)充說(shuō)明或藝術(shù)欣賞作用。 英文單詞為“illustration”，意指照亮之意，也就是說(shuō)插圖可以使文字意念變得更明確、清晰。本文的教材插圖，是指人教版物理必修一各節(jié)知識(shí)內(nèi)容中的插圖，例如，第一章第1節(jié)的插圖，如圖1、圖2、圖3所示。

2 插圖的分類(lèi)

對(duì)高中物理必修一的插圖進(jìn)行分析，可以把插圖分為實(shí)物圖、示意圖、坐標(biāo)圖。實(shí)物圖是指真實(shí)物體的圖像，如圖1所示。示意圖是指對(duì)物體進(jìn)行簡(jiǎn)單描繪的圖像，如圖2所示。坐標(biāo)圖是指用坐標(biāo)系表示的圖像，如圖3所示。筆者對(duì)人教版物理必修一各節(jié)知識(shí)內(nèi)容的插圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示，得出4個(gè)特點(diǎn)：特點(diǎn)1是每節(jié)都有插圖。每節(jié)插圖一般有6個(gè)左右，一節(jié)最多有插圖13個(gè)，最少有插圖1個(gè)。特點(diǎn)2是示意圖最多?？傆?jì)132個(gè)插圖，其中實(shí)物圖有41個(gè)，示意圖有65個(gè)，坐標(biāo)圖有26個(gè)，示意圖占全部插圖的49%。特點(diǎn)3是插圖拓展化。把幾個(gè)狀態(tài)圖拓展為過(guò)程圖，如圖2所示，把飛機(jī)和跳傘運(yùn)動(dòng)的不同狀態(tài)組合在同一個(gè)插圖中，使插圖變成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。特點(diǎn)4是插圖組合化。把示意圖或?qū)嵨飯D與坐標(biāo)圖畫(huà)在同一個(gè)物體上，如圖4所示，把示意圖與坐標(biāo)圖組合在同一物體上，讓受力分析顯得更加清晰。

3 插圖的作用

總體上看來(lái)，以上各種插圖各有優(yōu)勢(shì)，編者應(yīng)根據(jù)內(nèi)容需要選擇合適的插圖，可以充分發(fā)揮插圖的作用，同時(shí)，這樣也能夠使教材美觀大方、便于閱讀。

3.1 化繁為簡(jiǎn)，幫助理解

有些裝置和原理，若只用文字表述，再多的文字也難以表述清楚，但用插圖展示則會(huì)一目了然。如圖5所示，觀察桌面微小形變的裝置，若只用文字描述，一千字也難以說(shuō)明清楚，但使用圖片展示和簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單幾十個(gè)字的描述，學(xué)生就很容易理解。

3.2 展示對(duì)象，拓展視野

中學(xué)生年紀(jì)小、見(jiàn)識(shí)少，對(duì)文字描述的一些對(duì)象往往沒(méi)有見(jiàn)過(guò)而難以理解，若用物體的真實(shí)圖片展示出來(lái)，學(xué)生就對(duì)物體有比較清晰的認(rèn)識(shí)，從而拓寬了學(xué)生的視野，并可以盡快掌握新知識(shí)。如圖6所示，通過(guò)實(shí)物圖片，讓學(xué)生了解GPS定位器的外形、屏幕顯示內(nèi)容以及定位原理；如圖7所示，通過(guò)實(shí)物圖片，不僅讓學(xué)生了解犁的形狀，還了解了用犁如何耕地，同時(shí)還可以讓學(xué)生欣賞梯田的美麗，體會(huì)農(nóng)作的艱辛。

3.3 呈現(xiàn)關(guān)系，直觀判斷

通過(guò)圖像呈現(xiàn)幾個(gè)物理量之間的關(guān)系，讓學(xué)生用眼睛觀察圖像就可以直接快速地作出判斷。如圖8所示，通過(guò)圖線(xiàn)可以直接得出：速度與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系，時(shí)間越長(zhǎng)，速度越大；加速度保持不變，物體做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，若圖線(xiàn)傾斜度越大，加速度就越大。

3.4 激發(fā)興趣，培養(yǎng)審美

選擇有趣的圖片作為插圖還可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，也能夠讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)物理不是那么枯燥無(wú)味，還充滿(mǎn)生活情趣。如圖9所示，用卡通圖片，不僅為物理教科書(shū)營(yíng)造了生活情趣，還體現(xiàn)了人文關(guān)懷。選擇精美的圖片作為教材插圖也有利于培養(yǎng)學(xué)生的審美意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)美的欣賞力和判斷力，如圖10所示，運(yùn)動(dòng)員把冰壺推出的瞬間，其動(dòng)作瀟灑，形態(tài)優(yōu)美。

4 插圖的教學(xué)

插圖是重要的教學(xué)資源，教師在教學(xué)過(guò)程中要認(rèn)真設(shè)計(jì)，積極引導(dǎo)學(xué)生，充分發(fā)揮插圖的作用，促進(jìn)學(xué)生對(duì)高中物理教材內(nèi)容的準(zhǔn)確理解，真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

4.1 教學(xué)流程

首先，要求學(xué)生看清插圖名稱(chēng)，讓學(xué)生知道插圖“是什么”？接著，要求學(xué)生觀察圖景，看清插圖描述的對(duì)象，讓學(xué)生知道插圖“有什么”？然后，要學(xué)生明白插圖表達(dá)的物理規(guī)律，讓學(xué)生清楚插圖表述的物理量“有何關(guān)系”？最后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前面三個(gè)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)反思，讓學(xué)生思考插圖“如何改進(jìn)”？其教學(xué)流程圖如圖11所示。

4.2 教學(xué)案例

現(xiàn)在以人教版高中物理必修一（2010年3月第3版，2017年7月第19次印刷）“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的插圖為例，記錄筆者課堂教學(xué)過(guò)程，如圖12所示。

筆者：這個(gè)插圖的名稱(chēng)？

學(xué)生：彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。

筆者：有幾個(gè)彈簧？

學(xué)生：三個(gè)。

學(xué)生：一個(gè)。

筆者：到底幾個(gè)？

學(xué)生：同一個(gè)彈簧拉三次。

筆者：對(duì)，是同一個(gè)彈簧拉三次，而不是三個(gè)彈簧各拉一次。

筆者：圖中的手有什么用？

學(xué)生：用手拉彈簧，使彈簧產(chǎn)生彈力。

筆者：橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)表示什么？

學(xué)生：橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量，縱坐標(biāo)表示彈簧的彈力。

筆者：橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)是什么單位？

學(xué)生：橫坐標(biāo)單位是m，縱坐標(biāo)單位是N。

筆者：最上面的彈簧圖片什么意思？

學(xué)生：表示彈簧不受拉力，即彈力為0 N。

筆者：從坐標(biāo)圖像可以看出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量是什么關(guān)系？

學(xué)生：彈力隨彈簧伸長(zhǎng)量增大而增大。

學(xué)生：彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的圖線(xiàn)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。

學(xué)生：彈力與彈簧伸長(zhǎng)量成正比。

筆者：嗯嗯，大家表述都正確，但彈力與彈簧伸長(zhǎng)量成正比表述更簡(jiǎn)潔，更準(zhǔn)確。用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示：F=kx。換用不同硬度的彈簧，在同一個(gè)F-x圖像中畫(huà)出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系圖線(xiàn)，同學(xué)們會(huì)發(fā)現(xiàn)：越“硬”的彈簧，圖線(xiàn)的傾斜度越大；越“軟”的彈簧，圖線(xiàn)的傾斜度越小。k就是表示彈簧的軟硬程度，稱(chēng)為彈簧的勁度系數(shù)。

筆者：請(qǐng)同學(xué)們?cè)僬J(rèn)真觀察插圖，看教材插圖是否會(huì)存在什么失誤？

學(xué)生：老師，插圖的名稱(chēng)表達(dá)不準(zhǔn)確，本插圖應(yīng)該是指彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，而不是彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，因?yàn)閺椓Π笮『头较?，插圖沒(méi)有反映彈力的方向。

筆者：非常好！還有其他需要修改的地方嗎？

學(xué)生觀察并積極討論，幾分鐘后，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)插圖有什么失誤。

筆者：同一個(gè)彈簧拉三次，三次的彈簧圖像應(yīng)該是同一個(gè)彈簧，你們看看，三張彈簧的圖片是否完全相同？

學(xué)生：最上面和最下面彈簧完全相同，都是13圈，而中間彈簧不同，是12圈半。

筆者：觀察細(xì)致，你真的很棒！你竟然指出了教材錯(cuò)誤，膽量不小呀！還有其他錯(cuò)誤嗎？

學(xué)生：老師，應(yīng)該沒(méi)有錯(cuò)誤了吧！教材怎么會(huì)有很多錯(cuò)誤呢？

筆者：請(qǐng)問(wèn)橫坐標(biāo)的數(shù)據(jù)如何測(cè)量？

學(xué)生：橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量，可以用刻度尺測(cè)量。

筆者：請(qǐng)問(wèn)縱坐標(biāo)的數(shù)據(jù)如何測(cè)量？

學(xué)生：縱坐標(biāo)表示彈力的大小，可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量。

筆者：可教材圖片畫(huà)的是一個(gè)手的圖片，如何測(cè)出力的大??？

學(xué)生：老師，我知道了，用手去拉彈簧，得不出彈力的大小。

筆者：請(qǐng)大家為他鼓掌！既然發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，那么如何修正插圖呢？

學(xué)生：應(yīng)該把手改為彈簧測(cè)力計(jì)。

筆者：同學(xué)們同意嗎？

學(xué)生：同意?。ㄗ杂X(jué)鼓掌）

筆者：彈簧測(cè)力計(jì)就是根據(jù)“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”制造出來(lái)的，現(xiàn)在還在研究“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)還沒(méi)有制造出來(lái)喲！

學(xué)生：啊，是呀！沒(méi)有彈簧測(cè)力計(jì)如何判斷“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”呢？

筆者：請(qǐng)同學(xué)們回顧初中“二力平衡”的內(nèi)容？

學(xué)生：作用在同一物體上的兩個(gè)力，如果大小相等、方向相反，并且在同一條直線(xiàn)上，這兩個(gè)力就彼此平衡。

筆者：我們可以用“二力平衡”去得到彈簧的彈力。

學(xué)生繼續(xù)思考中。

學(xué)生：老師，我可以測(cè)出“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”。如圖13所示，用三個(gè)完全相同的鉤碼，每個(gè)鉤碼的重力設(shè)為G。第1次掛一個(gè)鉤碼，鉤碼受到的重力為G，當(dāng)鉤碼受到重力和彈力保持靜止時(shí)，根據(jù)二力平衡，得出彈力為G；第2次掛兩個(gè)鉤碼，兩個(gè)鉤碼受到的重力為2G，當(dāng)它們保持靜止時(shí)，根據(jù)二力平衡，得出彈力為2G；第3次掛三個(gè)鉤碼，三個(gè)鉤碼受到的重力為3G，當(dāng)它們保持靜止時(shí)，根據(jù)二力平衡，得出彈力為3G。

筆者：回答得非常好！請(qǐng)大家為他鼓掌！教材雖然是專(zhuān)家編寫(xiě)而成，但不一定就是完美無(wú)缺的，我們要認(rèn)真分析，勇敢質(zhì)疑，并能夠設(shè)計(jì)出修正方案！

5 教學(xué)反思

通過(guò)反思插圖教學(xué)過(guò)程，筆者得到一些啟發(fā)，現(xiàn)在總結(jié)出來(lái)，希望能給大家提供一些借鑒。物理核心素養(yǎng)是物理育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度。

5.1 基于“物理核心素養(yǎng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的前提條件

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。要想培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，就要求教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，把核心素養(yǎng)滲透在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中：通過(guò)對(duì)鉤碼進(jìn)行受力分析，有效培養(yǎng)了學(xué)生的相互作用觀念，通過(guò)二力平衡的應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生用物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而培養(yǎng)了學(xué)生的“物理觀念”。在中學(xué)生心中，教材是最高權(quán)威，學(xué)生通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)教材錯(cuò)誤，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生很大的認(rèn)知沖擊，學(xué)生發(fā)出感嘆，“原來(lái)專(zhuān)家編寫(xiě)的教材也會(huì)存在失誤呀”，讓學(xué)生逐漸形成質(zhì)疑意識(shí)，培養(yǎng)“科學(xué)思維”。通過(guò)學(xué)生指出教材錯(cuò)誤，并修正教材錯(cuò)誤，引導(dǎo)學(xué)生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、尊重事實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，從而培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度”。教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，把核心素養(yǎng)的四個(gè)要素，滲透到教學(xué)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，起到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的效果。

5.2 基于“最近發(fā)展區(qū)理論”的師生互動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保證

運(yùn)用“最近發(fā)展區(qū)理論”，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。最近發(fā)展區(qū)理論認(rèn)為，學(xué)生的發(fā)展有兩種水平，一種是學(xué)生的現(xiàn)有水平，指獨(dú)立活動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的解決問(wèn)題的水平；另一種是學(xué)生可能的發(fā)展水平，也就是通過(guò)教學(xué)所獲得的潛力。兩者之間的差異就是最近發(fā)展區(qū)。教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個(gè)發(fā)展區(qū)的發(fā)展。插圖教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)認(rèn)真觀察，能夠得出“同一個(gè)彈簧拉三次”，老師就不要去引導(dǎo)。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注插圖是否是完全相同的彈簧，讓學(xué)生通過(guò)數(shù)彈簧圈數(shù)，發(fā)現(xiàn)插圖出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)引導(dǎo)，在沒(méi)有得出“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”時(shí)還沒(méi)有彈簧測(cè)力計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生有困難時(shí)，及時(shí)給予學(xué)生適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓學(xué)生一步步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，化解矛盾，同時(shí)加深了對(duì)知識(shí)的理解，促進(jìn)了物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

5.3 基于“協(xié)同學(xué)理論”的組織教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的高效方式

根據(jù)“協(xié)同學(xué)理論”的觀點(diǎn)，只有學(xué)生才是教學(xué)的主體，教師、教材和環(huán)境都是教學(xué)的客體。對(duì)這一觀點(diǎn)的正確理解是：教師是客體并不等同于只起非決定性作用，學(xué)生是主體也并不意味著都起決定性作用，他們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程的不同階段分別起決定性作用。這一觀點(diǎn)的重要意義不僅在于確定了教師與學(xué)生之間的主客體關(guān)系，而且在于確定了雙方在教學(xué)過(guò)程不同階段的決定性作用。如表2所示。

植根于“協(xié)同學(xué)理論”的教學(xué)主客體關(guān)系理論，除了肯定師生雙方在教學(xué)過(guò)程不同階段的決定性作用外，還強(qiáng)調(diào)師生雙方的協(xié)同作用。由于教師在教學(xué)被組織階段起決定性作用，因此，教師必須進(jìn)行必要的教學(xué)，這就從理論上為教師教學(xué)的必要性尋找到了根據(jù)。同樣，因?yàn)閷W(xué)生在教學(xué)自組織階段起決定性作用，因此，知識(shí)最終必須由學(xué)生自己來(lái)建構(gòu)，這也從理論上為學(xué)生自我建構(gòu)知識(shí)建立了依據(jù)。在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的過(guò)程中，教師的講述是必要的，沒(méi)有教師的講述，知識(shí)的探究就沒(méi)有方向，教師引領(lǐng)學(xué)生探討教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的高效方式。例如，筆者直接講述彈簧勁度系數(shù)與彈簧軟硬以及圖線(xiàn)傾斜度的關(guān)系，讓學(xué)生理解了勁度系數(shù)的內(nèi)涵。但在如何判斷“彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”教學(xué)中，就讓學(xué)生自己思考和設(shè)計(jì)，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力。學(xué)生的核心素養(yǎng)中，最關(guān)鍵的能力，就是創(chuàng)新能力。教師的講授和引導(dǎo)，學(xué)生的思考和分析，才是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)最高效的方式。

“一幅插圖勝萬(wàn)語(yǔ)”，高中物理教材插圖不但讓物理知識(shí)易于理解，而且也反映教材編者的價(jià)值判斷、人文情懷和審美意識(shí)，物理教師通過(guò)插圖教學(xué)，精心預(yù)設(shè)教學(xué)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生挖掘插圖的內(nèi)涵，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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