吳林濤

(深圳科學(xué)高中 廣東 深圳 518129)

教科書是教學(xué)內(nèi)容最重要的載體之一[1]．而插圖是教科書顯性結(jié)構(gòu)的重要組成部分，插圖的使用合理與否，直接關(guān)系到教科書質(zhì)量的優(yōu)劣．然而，目前國內(nèi)對教科書插圖的研究還不多，專門針對中學(xué)物理教科書插圖的研究更是鳳毛麟角．這在一定程度上造成了物理教科書插圖編制理論依據(jù)的缺失，影響了中學(xué)物理教科書插圖的質(zhì)量．插圖類型與知識類型的匹配關(guān)系是影響教科書插圖效應(yīng)的一個重要方面．對中學(xué)物理教科書中插圖類型與知識類型的匹配關(guān)系進(jìn)行研究，探索插圖類型與知識類型的合理匹配關(guān)系，可以為中學(xué)物理教科書的插圖編制提供必要的理論依據(jù)，從而有利于提高插圖乃至教科書的質(zhì)量．

插圖的分類方式有很多種，以插圖功能為分類標(biāo)準(zhǔn)的方式最能體現(xiàn)插圖的內(nèi)在聯(lián)系，因而最受重視．萊文等人關(guān)于插圖功能的觀點[2]最具代表性，而梅耶對插圖的功能分類[3]也有很大的影響力．結(jié)合兩人的觀點，中學(xué)物理教科書插圖可以分為以下5種類型：

(1)裝飾性插圖——與教學(xué)內(nèi)容沒有直接關(guān)系，但可以吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；

(2)表征性插圖——描述一個單獨的成分，與知識內(nèi)容具有一定的關(guān)聯(lián)性或一致性；

(3)組織性插圖——描述事物之間的相互關(guān)系，或說明某個過程中的各個步驟等等；

(4)理解性插圖——以類推、比喻的圖解方式來解說抽象的或較難懂的知識內(nèi)容；

(5)轉(zhuǎn)換性插圖——把教學(xué)的信息變換成具體的插圖，它可以獨立的表征某一完整的知識內(nèi)容．知識也有不同的分類方式，安德森修訂后的布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)對知識的分類方式,目前在國際上最具權(quán)威．

根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)的知識維度，教科書中的知識可分為4個類型[4]：

(1)事實性知識——學(xué)習(xí)者在掌握某一學(xué)科或解決問題時必須知道的基本要素；

(2)概念性知識——某個整體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮共同作用的各基本要素之間的關(guān)系；

(3)程序性知識——如何做事的知識，探究的方法，運用技能的準(zhǔn)則，算法、技巧和方法的知識；

(4)元認(rèn)知知識——關(guān)于一般的認(rèn)知知識和自我認(rèn)知的知識．

在中學(xué)物理教科書中，不同類型的知識適合用不同類型的插圖進(jìn)行表征，插圖類型與知識類型匹配合理有利于提高教科書的整體質(zhì)量．

1 事實性知識與插圖

在中學(xué)物理教科書中，事實性知識主要體現(xiàn)為各種物理量的符號(如電流的符號為I)、單位及其符號(如力的單位為牛，符號為N)、一些重要參數(shù)的數(shù)值(如重力加速度g的值為9.8 m/s2)、科學(xué)家名字及科學(xué)事實(如倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線)等．這些信息往往可以從一個更大的情境中分離出來．事實性知識一般比較零碎具體，卻很重要，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)．

這類知識的特點是分散的、孤立的內(nèi)容元素．對于這類知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生的主要認(rèn)知任務(wù)是記憶．梅耶的多媒體學(xué)習(xí)生成理論認(rèn)為，同時呈現(xiàn)相關(guān)的文字和插圖能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者記憶[3]．而表征性插圖與文字描述具有關(guān)聯(lián)性或一致性，能夠描述一個單獨的內(nèi)容成分．恰當(dāng)?shù)谋碚餍圆鍒D能夠?qū)⑾鄳?yīng)的事實性知識以圖像的形式恰如其分地反映在學(xué)生的頭腦中，有助于啟動學(xué)生的形象思維，形成圖像思維模型，從而有利于學(xué)生對事實性知識的記憶．裝飾性插圖與知識內(nèi)容無關(guān)，不可能對事實性知識的記憶起作用．因為事實性知識不涉及事物的相互關(guān)系和變化過程，故組織性插圖也無能為力．事實性知識的表征一般都可以直接描述，所以也沒必要借助理解性插圖和轉(zhuǎn)換性插圖．因此，如果要利用插圖對事實性插圖進(jìn)行表征的話，表征性插圖最合適．

2 概念性知識與插圖

概念性知識在中學(xué)物理教科書中主要包括：物質(zhì)的分類(如能量的分類)、物理概念(如加速度的概念)、定律與定理(如牛頓定律、動能定理)、其他原理性知識(如加速度方向與速度方向的關(guān)系)、結(jié)構(gòu)與模型(如原子結(jié)構(gòu))等．概念性知識在中學(xué)物理教科書中占有絕對的篇幅和地位，構(gòu)成了中學(xué)物理教科書知識內(nèi)容的主體．

概念性知識強調(diào)的是各成分之間的相互關(guān)系，是較大的、更有組織的整體知識[4]．物質(zhì)的分類反映的是物質(zhì)之間相互包含和分門別類的關(guān)系；物理概念多數(shù)是通過下定義得到的，往往包含了不同要素的相互關(guān)系，如加速度的概念反映的是速度的變化和時間的比例關(guān)系；定律與定理及其他原理性知識描述的是若干概念之間的關(guān)系，如牛頓第二定律描述的是加速度與力和質(zhì)量三者之間的關(guān)系；結(jié)構(gòu)與模型描述的是物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)要素之間的關(guān)系，如原子核式結(jié)構(gòu)模型描述了原子內(nèi)部原子核和電子在整個原子中的位置關(guān)系、大小比例關(guān)系等．

裝飾性插圖與知識內(nèi)容無關(guān)，表征性插圖只描述一個單獨的內(nèi)容成分，不能描述各成分的相互關(guān)系，所以這兩類插圖都不能很好的表征概念性知識．梅耶的多媒體學(xué)習(xí)生成理論認(rèn)為，有意義學(xué)習(xí)包含選擇、組織和整合3個過程．裝飾性插圖對這3個過程都沒有影響，表征性插圖只影響選擇過程[3]．故從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度看，這兩類插圖也不能幫助學(xué)生整合有用信息和建立有效的心理模型，不能促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)自身的知識結(jié)構(gòu)，從而無法幫助學(xué)生對概念性知識進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)．

組織性插圖強調(diào)系統(tǒng)中各要素的關(guān)系或其程序與步驟，而概念性知識也強調(diào)各成分的相互關(guān)系，于是組織性插圖能夠較好的表征概念性知識．概念性知識的學(xué)習(xí)強調(diào)形成有組織的知識結(jié)構(gòu)，需要建立起知識的圖式和心理模型[5]．梅耶的多媒體學(xué)習(xí)生成理論認(rèn)為組織性插圖影響有意義學(xué)習(xí)的全部過程，能夠幫助學(xué)生選擇、組織和整合有用信息[3]，理清概念性知識中各要素的關(guān)系，建立有效的心理模型，在理解的基礎(chǔ)上建構(gòu)自身的知識結(jié)構(gòu)．例如，在“加速度方向與速度方向的關(guān)系”這一知識內(nèi)容中設(shè)置兩幅插圖，利用不同顏色的有向線段分別描述一輛小車在速度增加和減小的情況下加速度方向與速度方向的關(guān)系．這樣，加速度方向與速度方向的關(guān)系便通過不同顏色的有向線段直觀明了地呈現(xiàn)給學(xué)生，直接進(jìn)入學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)，這無疑會使學(xué)生更易于建立有效的心理模型，完成該知識的建構(gòu)．

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)生原有的經(jīng)驗和知識結(jié)構(gòu)，新知識的學(xué)習(xí)要以學(xué)生原有的知識經(jīng)驗為生長點，從原有的知識經(jīng)驗“生長”出新的知識經(jīng)驗，建構(gòu)新的知識結(jié)構(gòu)．概念性知識包含要素間各種關(guān)系，有時候這種關(guān)系復(fù)雜而抽象，用直接表征的方式非常難懂．這時若用理解性插圖幫助學(xué)生理解，效果就會非常顯著．理解性插圖采取類推、比喻的方式，可以在相似之處利用具體事物作為模擬，對抽象復(fù)雜的原理或概念進(jìn)行表征，幫助學(xué)生建立心理模型，使學(xué)生對陌生抽象的原理或概念理解為較為熟悉的具體形式的知識，從而建構(gòu)到自己的知識結(jié)構(gòu)中去．比如，對于“氣體壓強的微觀意義”這一知識內(nèi)容，設(shè)置一幅“密集雨點打擊雨傘”的插圖，就可以使“大量氣體分子碰撞容器壁”這一學(xué)生相對陌生抽象的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為“密集雨點打擊雨傘”這一相對熟悉具體的現(xiàn)象，從而更容易整合到學(xué)生原有的知識結(jié)構(gòu)中去，促進(jìn)學(xué)生對“氣體壓強的微觀意義”這一知識內(nèi)容的理解．

有些抽象的概念性知識難以用文字表征清楚，還有些概念性知識直接用插圖表征比用文字表征更加快捷明了，此時就需要把教學(xué)的信息直接變換成具體的插圖．轉(zhuǎn)換性插圖正好能解決這一難題．轉(zhuǎn)換性插圖可以獨立表征知識，把抽象的知識轉(zhuǎn)換成具體的圖像，以圖像的形式進(jìn)入學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)，生成圖像思維模型，并整合到學(xué)生原有的知識結(jié)構(gòu)中去，從而加強學(xué)生的理解，更有利于記憶．比如，對于中學(xué)生來說，“原子的能級結(jié)構(gòu)”是個很抽象的內(nèi)容，文字表征很難讓學(xué)生理解，但如果利用一幅“氫原子的能級圖”，就能夠?qū)湓拥哪芗壗Y(jié)構(gòu)完整而清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，便于學(xué)生理解．又如，若要對能量進(jìn)行分類，利用文字表述可能顯得繁瑣，但若利用一幅能量分類的樹狀圖，各類能量之間分門別類的關(guān)系便一目了然，顯然更便于學(xué)生理解和記憶．

3 程序性知識與插圖

程序性知識在中學(xué)物理教科書中主要包括實驗操作流程、機械儀器的工作原理、例題等．程序性知識強調(diào)的是“如何做”，通常以一系列要遵循的步驟的形式出現(xiàn)[4]．實驗操作流程反映的是實驗如何操作的步驟，如打點計時器的使用方法；機械儀器的工作原理反映的是機械儀器如何運作的程序和過程，如四沖程內(nèi)燃機的工作過程；例題反映的往往是運用相應(yīng)原理解題的一般步驟，如在“歐姆定律”一節(jié)中設(shè)置一道例題，揭示運用“歐姆定律”解題的一般步驟．

梅耶的研究表明，利用一組連續(xù)插圖來描述因果系統(tǒng)中的逐步變化，可以幫助學(xué)生構(gòu)建心理模型，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)[6]．組織性插圖能夠揭示系統(tǒng)的工作原理，說明其程序或步驟，因而能夠很好地表征程序性知識．當(dāng)組織性插圖被用來表征程序性知識時，往往以組合圖的形式出現(xiàn)，即以一組連續(xù)的插圖來表征一系列的步驟．例如，在“四沖程內(nèi)燃機的工作原理”這一知識內(nèi)容中，設(shè)置4幅連續(xù)的插圖，分別對應(yīng)內(nèi)燃機的吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程，就可以把內(nèi)燃機整個工作過程連貫地呈現(xiàn)給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生的理解．而表征性插圖只描述單個內(nèi)容成分，有時也會對學(xué)生學(xué)習(xí)程序性知識的單個具體步驟有所幫助，但不利于整個過程的融會貫通和對各個步驟間關(guān)系的理解．所以，組織性插圖是表征程序性知識最有效的插圖．

4 元認(rèn)知知識與插圖

元認(rèn)知知識是有關(guān)認(rèn)知的知識，目前國內(nèi)外的中學(xué)物理教科書中都很少有體現(xiàn)這類知識的內(nèi)容．元認(rèn)知知識并不能簡單的從書本上獲得，它涉及學(xué)習(xí)策略、對學(xué)習(xí)任務(wù)及自身認(rèn)知特點的認(rèn)識等內(nèi)容，需要學(xué)生長期的積累．元認(rèn)知知識強調(diào)策略性，以及對認(rèn)知情境和自身的認(rèn)識．組織性插圖具備一定的邏輯性和層次感，對學(xué)生形成邏輯思維、建構(gòu)元認(rèn)知知識具有一定的幫助．

通過上面的討論可知，不同類型的知識適合用不同類型的插圖來表征：

(1)事實性知識適合用表征性插圖表征；

(2)概念性知識用組織性插圖表征最恰當(dāng)，對于一些抽象難懂的概念性知識，用理解性插圖和轉(zhuǎn)換性插圖進(jìn)行表征會起到很好的效果；

(3)程序性知識用組織性插圖表征最有效；

(4)元認(rèn)知知識的表征可以從組織性插圖獲得一定的幫助．另外，裝飾性插圖僅起激發(fā)興趣的作用，與知識內(nèi)容沒有直接聯(lián)系，不宜使用過多，否則會起到干擾學(xué)習(xí)的反作用．