惠宇潔 陳 嫻

(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院,江蘇 南京 210097)

教科書(shū)是落實(shí)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的最重要的舉措和手段,學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展,呼喚基于核心素養(yǎng)的教科書(shū).[1]插圖是指教科書(shū)中具有直觀、形象特點(diǎn)的圖片、照片、圖像、圖表等儲(chǔ)存和傳遞教育信息的系統(tǒng),能夠表達(dá)那些用文字難以言狀的空間和具體的細(xì)節(jié).美國(guó)物理教科書(shū)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分,教科書(shū)內(nèi)容不斷與時(shí)俱進(jìn),其中的插圖也需反復(fù)斟酌和挑選,插圖的質(zhì)量普遍較高.本文分析美國(guó)主流教科書(shū)插圖的特點(diǎn)及核心素養(yǎng)的滲透,希望提供一些啟示和建議.

1 教科書(shū)基本情況

1.1 主流高中教科書(shū)

美國(guó)高中物理課程是一門選修性質(zhì)的課程,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和未來(lái)發(fā)展分為常規(guī)課程、概念課程、榮譽(yù)課程、先修課程、第一課程等幾種課程類型,學(xué)校根據(jù)不同的課程可自由選擇合適的物理教科書(shū).

美國(guó)物理協(xié)會(huì)(AIP)統(tǒng)計(jì)研究中心對(duì)1987—2013年中高中物理教科書(shū)的使用情況所做的調(diào)查顯示(表1):[2]雖然《概念物理》(Conceptual Physics)、《物理原理與問(wèn)題》(Physics:Principles and Problems)是美國(guó)20多年來(lái)的傳統(tǒng)物理教科書(shū),即使近年來(lái)被《豪爾特物理》(Holt Physics)逐漸趕超,但總體而言目前這3本是美國(guó)高中使用率最高的物理教科書(shū).

《概念物理》多用于概念課程或第一課程,課程針對(duì)今后不打算從事理科工作的學(xué)生,對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算的要求低,主要強(qiáng)調(diào)理解和運(yùn)用與生活環(huán)境相關(guān)的物理概念,旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和對(duì)物理探究的熱情.《物理原理與問(wèn)題》和《豪爾特物理》則多用于難度較大的榮譽(yù)課程和先修課程,注重物理問(wèn)題的解決和實(shí)驗(yàn)的定量分析,面向有較強(qiáng)的理科功底并喜歡物理的學(xué)生.表1為1987—2013年美國(guó)這3本教科書(shū)使用情況比較.

表1 美國(guó)高中物理教科書(shū)使用情況的調(diào)查(1987—2013)

*表示少于10%;—表示沒(méi)有單獨(dú)涉及

1.2 “動(dòng)量”插圖統(tǒng)計(jì)

筆者選擇“動(dòng)量”這一章,從插圖的數(shù)量、類型、內(nèi)容對(duì)《物理原理與問(wèn)題》、[3]《豪爾特物理》、[4]《概念物理》[5]3個(gè)版本教科書(shū)的插圖進(jìn)行編碼和統(tǒng)計(jì)分析(通過(guò)若干個(gè)過(guò)程來(lái)表達(dá)一個(gè)物理思想的組圖計(jì)為一個(gè)圖像單位,不存在重復(fù)計(jì)數(shù)).

1.2.1 插圖數(shù)量

表2 不同版本教材插圖數(shù)量統(tǒng)計(jì)

不同版本教材插圖數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表2所示.由于3種教科書(shū)的定位有所不同,因此在插圖的使用量上差別明顯.《概念物理》的編寫(xiě)意圖是突出對(duì)物理概念的本能或直覺(jué)的、充分的理解,[6]插圖較于文字更加形象生動(dòng),是概念建構(gòu)的絕佳素材,因此《概念物理》的插圖密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)版本,平均每頁(yè)有2幅之多,而《物理原理與問(wèn)題》和《豪爾特物理》則略顯遜色.

1.2.2 插圖類型

不同的類型插圖具有不同的教學(xué)功能.現(xiàn)按類型將插圖分為攝影圖、漫畫(huà)圖、示意圖、圖表.攝影圖是指用電子設(shè)備在某一時(shí)刻、某一地點(diǎn)拍攝的真實(shí)照片;漫畫(huà)圖是指用簡(jiǎn)單而夸張的手法繪制而成的圖畫(huà);示意圖是指大體描繪物體形狀、大小、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的圖片,相比前兩者形象程度和生動(dòng)性更低;圖表則是指可直觀統(tǒng)計(jì)和挖掘信息屬性的圖形結(jié)構(gòu).

圖1 插圖類型統(tǒng)計(jì)

在插圖類型統(tǒng)計(jì)圖(圖1)中,我們可以發(fā)現(xiàn)3種教科書(shū)的攝影圖的比例均非常高,攝影照片還原了真實(shí)的生活場(chǎng)景,更容易帶給學(xué)生親切和共鳴感.在章首位置,3個(gè)版本均以攝影照片作為導(dǎo)入,甚至在《物理原理與問(wèn)題》和《豪爾特物理》中,章導(dǎo)圖的面積大到占據(jù)了整個(gè)版面.除了攝影照片,《概念物理》還大量使用了漫畫(huà)插圖.漫畫(huà)詼諧幽默、生動(dòng)形象,對(duì)于視覺(jué)化地呈現(xiàn)物理過(guò)程、表達(dá)物理規(guī)律起到四兩撥千斤的作用.示意圖和圖表為學(xué)生從復(fù)雜的情境中抽象出物理模型以及分析數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)而服務(wù),因此對(duì)學(xué)生提出了更高的要求,從圖中數(shù)據(jù)來(lái)看它們的使用情況符合教科書(shū)的受眾定位.

1.2.3 插圖內(nèi)容

根據(jù)“動(dòng)量”這一章的特點(diǎn),插圖內(nèi)容可分為人物、體育運(yùn)動(dòng)、生活現(xiàn)象、科學(xué)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)、信息統(tǒng)計(jì).其中信息統(tǒng)計(jì)與類型統(tǒng)計(jì)中的圖表相對(duì)應(yīng).

圖2 插圖內(nèi)容統(tǒng)計(jì)

如圖2所示，在插圖內(nèi)容上,體育運(yùn)動(dòng)、生活現(xiàn)象、科學(xué)技術(shù)的使用尤為明顯.大多數(shù)教科書(shū)的動(dòng)量?jī)?nèi)容主要涉及交通碰撞、球體的碰撞等常見(jiàn)的生活現(xiàn)象,但美國(guó)教科書(shū)中更多地引入了體育運(yùn)動(dòng),體育運(yùn)動(dòng)的插圖不僅數(shù)量多且類型多樣,涵蓋了拳擊、臺(tái)球、保齡球、橄欖球、曲棍球、乒乓球、足球、擊劍、滑冰、滑板、輪滑、自行車、擊劍、跳水14個(gè)項(xiàng)目.在物理教學(xué)中也滲透了美國(guó)崇尚體育的社會(huì)文化.科學(xué)技術(shù)的內(nèi)容雖然不及體育項(xiàng)目豐富,但在3個(gè)版本的教科書(shū)中都不盡相同,從早期的水輪車到當(dāng)代的安全氣囊、火箭升空等,切實(shí)地體現(xiàn)了時(shí)代的特色.“動(dòng)量”這一章節(jié)的實(shí)驗(yàn)并不算多,但教科書(shū)中每一張關(guān)于實(shí)驗(yàn)的圖片都不是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)儀器的呈現(xiàn),而是學(xué)生或教師的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)場(chǎng)景,因此實(shí)驗(yàn)圖片中體現(xiàn)出的人物參與度是美國(guó)教科書(shū)的一大特色.

2 核心素養(yǎng)與插圖

核心素養(yǎng)是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)而內(nèi)化的帶有學(xué)科特性的品質(zhì),主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面.[7]插圖作為教科書(shū)的重要組成部分,不僅僅是要發(fā)揮表征的功能,更應(yīng)當(dāng)滲透核心素養(yǎng)的理念,深入地為物理課程服務(wù).

2.1 物理觀念:創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境

物理觀念是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ).在物理概念的教學(xué)中,關(guān)鍵是要?jiǎng)?chuàng)設(shè)體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的情境.而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前,基于生活經(jīng)驗(yàn)形成了大量的經(jīng)驗(yàn)性常識(shí),因此需要教科書(shū)在此基礎(chǔ)上完成經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向物理概念的轉(zhuǎn)變.美國(guó)高中物理教科書(shū)中的插圖大多為實(shí)際拍攝的攝影照片,真實(shí)生動(dòng)且細(xì)節(jié)到位,內(nèi)容上以美國(guó)人民喜聞樂(lè)見(jiàn)的體育運(yùn)動(dòng)為主要素材,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實(shí)可感、貼近生活的物理情境,從而推動(dòng)學(xué)生思考問(wèn)題、理解事物的本質(zhì),最終形成物理觀念.

例如，《物理原理與問(wèn)題》在引入動(dòng)量概念時(shí)首先展示了一幅曲棍球運(yùn)動(dòng)的照片(圖3),曲棍球是美國(guó)中學(xué)生受歡迎程度較高的體育運(yùn)動(dòng)之一,圖片中佩戴頭盔的保護(hù)措施告訴學(xué)生被曲棍球擊打到的嚴(yán)重性,這樣的生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蜃匀欢坏貑l(fā)學(xué)生思考為什么輕小的曲棍球如此危險(xiǎn),進(jìn)而讓學(xué)生進(jìn)入到動(dòng)量定義的理性學(xué)習(xí)范疇.在角動(dòng)量守恒中,圖4的花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員雙臂分為張開(kāi)和收攏,根據(jù)圖片中的臉部細(xì)節(jié)和生活常識(shí)可以判斷出運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化.通過(guò)分析圖片學(xué)生會(huì)在真實(shí)情境與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角速度的變化關(guān)系之間建立起物理聯(lián)系.這樣物理知識(shí)不再是脫離實(shí)際的純學(xué)術(shù)問(wèn)題,而是有血有肉、易于理解的身邊之事.

圖3 曲棍球運(yùn)動(dòng)

圖4 花樣滑冰運(yùn)動(dòng)

2.2 科學(xué)思維:建立形象到抽象的橋梁

科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式.教科書(shū)內(nèi)容應(yīng)啟發(fā)學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論,在不斷的訓(xùn)練和強(qiáng)化中發(fā)展科學(xué)思維.漫畫(huà)圖的大量使用是美國(guó)物理教科書(shū)的一大特色,在《概念物理》中體現(xiàn)得尤為明顯.漫畫(huà)圖生動(dòng)活潑,不僅符合學(xué)生的心理特點(diǎn),有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且其精妙的設(shè)計(jì)和夸張、有趣的表現(xiàn)形式往往具有形象化地呈現(xiàn)物理過(guò)程、表達(dá)規(guī)律的效果.學(xué)生在處理漫畫(huà)中的信息時(shí),需要運(yùn)用科學(xué)思維,經(jīng)歷“形象—比較—概括—抽象”的過(guò)程.

沖量定理中力的作用時(shí)間不容易有顯性的體驗(yàn),因此對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)概念仍處在分離狀態(tài).圖5是拳擊運(yùn)動(dòng)員分別以不同的方式來(lái)應(yīng)對(duì)擊打的情景,當(dāng)拳擊手向后傾時(shí)他僅僅是略微感受到被擊打得疼痛,而當(dāng)他迎面而上時(shí)他的臉部產(chǎn)生了十分夸張的形變,兩者對(duì)比,直觀的視覺(jué)沖擊讓學(xué)生強(qiáng)烈地體會(huì)到力的作用時(shí)間不同而產(chǎn)生的巨大差異.在漫畫(huà)的下方,設(shè)計(jì)者以公式中不同大小的“F”“t”來(lái)對(duì)應(yīng)漫畫(huà)中的場(chǎng)景,非常巧妙地體現(xiàn)出了漫畫(huà)的物理思想.因此可以看出,漫畫(huà)為學(xué)生提供了更容易感知的感性材料,使學(xué)生有效地運(yùn)用比較、分析、綜合的思維方法,對(duì)形象的事例進(jìn)行思維加工,概括出抽象的物理規(guī)律.

圖5 動(dòng)量定理示意圖

2.3 科學(xué)探究:強(qiáng)化人物的合作與參與

科學(xué)探究是指提出科學(xué)問(wèn)題,形成猜想和假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案,獲取和處理信息,基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋,以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力.在“動(dòng)量”這一章節(jié),主要的定量實(shí)驗(yàn)是利用導(dǎo)軌和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究物體碰撞前后動(dòng)量變化關(guān)系,這一部分與國(guó)內(nèi)教科書(shū)不同,實(shí)驗(yàn)插圖不是在已有實(shí)驗(yàn)流程的基礎(chǔ)上向?qū)W生展示所用的實(shí)驗(yàn)器材,而是僅僅呈現(xiàn)人物的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),附以器材的使用方法,讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及流程,利用測(cè)量工具收集、并分析數(shù)據(jù),考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力.

除此之外,所有實(shí)驗(yàn)插圖都會(huì)出現(xiàn)人物形象.國(guó)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn),學(xué)習(xí)者越來(lái)越多地被描述在教科書(shū)中,且圖像表現(xiàn)人物積極從事與科學(xué)有關(guān)的任務(wù),有助于邀請(qǐng)觀察者參與科學(xué)活動(dòng).[8]圖6展現(xiàn)的是2位學(xué)生進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景,從動(dòng)作上可以看出他們互有分工,從神情上可以看出他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中的熱情與愉悅,此時(shí)的讀者不是簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)觀察者,而會(huì)產(chǎn)生一種自我代入的心理圖像,能夠感同身受,體驗(yàn)到合作與參與實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣,從而萌生參與意識(shí).圖7是氣墊導(dǎo)軌的發(fā)明者,

圖6 動(dòng)量定理示意圖

圖7 氣墊導(dǎo)軌

通過(guò)提供一個(gè)科學(xué)家的工作形象,使得物理探究活動(dòng)的重要性更加深入人心,也進(jìn)一步提升了學(xué)生的參與意識(shí).

2.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:樹(shù)立服務(wù)社會(huì)的理念

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì),理解科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境之間的關(guān)系基礎(chǔ)上,逐漸形成的對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及提升社會(huì)責(zé)任感.在“動(dòng)量”這一章節(jié),美國(guó)教科書(shū)中設(shè)置了許多科學(xué)技術(shù)的插圖,例如水輪車的發(fā)明,大大提高了當(dāng)時(shí)社會(huì)的生產(chǎn)效率,節(jié)省了人力成本,安全氣囊的發(fā)明為人們的生命安全提供了保障,火箭的升空帶給了人類探索宇宙的無(wú)限可能.這些插圖不僅讓學(xué)生了解動(dòng)量知識(shí)的應(yīng)用,更是向?qū)W生展示了科學(xué)給社會(huì)發(fā)展、人類進(jìn)步帶來(lái)的巨大成果,有助于學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間的聯(lián)系.

圖8

圖8是具有強(qiáng)烈的時(shí)代特色的插圖,科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合之下,人們的活動(dòng)空間得以進(jìn)一步拓寬,學(xué)生可以思考:這樣的噴氣式裝置除了作為我們的娛樂(lè)工具,是否有望成為日后的交通工具?還可以在哪些領(lǐng)域發(fā)揮作用?通過(guò)大膽的想象與思考,學(xué)生會(huì)深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)物理大有用處,而且潛移默化地培養(yǎng)起運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí),主動(dòng)承擔(dān)將科學(xué)服務(wù)于人類社會(huì)的責(zé)任.

3 結(jié)束語(yǔ)

《概念物理》、《物理原理與問(wèn)題》、《豪爾特物

理》3本教科書(shū)雖然定位不同,插圖的類型與內(nèi)容有所差異,但都從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面滲透了核心素養(yǎng)的素養(yǎng),并且別具特色.中美物理教科書(shū)的物理內(nèi)容不盡相同,但插圖都應(yīng)該在物理課程的學(xué)習(xí)和學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)上體現(xiàn)其應(yīng)有的價(jià)值.美國(guó)主流物理教科書(shū)的插圖注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境、建立形象到抽象的橋梁、強(qiáng)化人物的合作與參與、樹(shù)立服務(wù)社會(huì)的理念,希望能夠?qū)ξ覈?guó)的教科書(shū)編制提供一些參考和借鑒.