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象，介紹了插圖的定義、分類和作用，并以“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的教材插圖為例，闡明了在插圖教學的探索過程中如何引導學生深度挖掘教材插圖的物理內(nèi)涵，為核心素養(yǎng)在課堂上落實和培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)提供了有益的教學借鑒。

關(guān)鍵詞：教材插圖；插圖教學；高中物理；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：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準（2017年版）》，其中明確指出：“教材要恰當處理版面和內(nèi)容的關(guān)系，力求全書圖文均衡、相得益彰”；“恰當?shù)膱D表有助于學生理解課文內(nèi)容，增加學習興趣”；“尤其應注意精選插圖，使其與教學目的、教學內(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，卻能輕松地讓學生看明白。筆者通過插圖教學，引導學生挖掘教材插圖的物理內(nèi)涵，從而有效地培養(yǎng)了學生的物理核心素養(yǎng)。

1 插圖的定義

《辭?！穼Σ鍒D的解釋是指插附在書刊中的圖畫，有的印在正文中間，有的用插頁方式，對正文內(nèi)容起補充說明或藝術(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

對高中物理必修一的插圖進行分析，可以把插圖分為實物圖、示意圖、坐標圖。實物圖是指真實物體的圖像，如圖1所示。示意圖是指對物體進行簡單描繪的圖像，如圖2所示。坐標圖是指用坐標系表示的圖像，如圖3所示。筆者對人教版物理必修一各節(jié)知識內(nèi)容的插圖進行統(tǒng)計，如表1所示，得出4個特點：特點1是每節(jié)都有插圖。每節(jié)插圖一般有6個左右，一節(jié)最多有插圖13個，最少有插圖1個。特點2是示意圖最多?？傆?32個插圖，其中實物圖有41個，示意圖有65個，坐標圖有26個，示意圖占全部插圖的49%。特點3是插圖拓展化。把幾個狀態(tài)圖拓展為過程圖，如圖2所示，把飛機和跳傘運動的不同狀態(tài)組合在同一個插圖中，使插圖變成了一個運動過程。特點4是插圖組合化。把示意圖或?qū)嵨飯D與坐標圖畫在同一個物體上，如圖4所示，把示意圖與坐標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，以上各種插圖各有優(yōu)勢，編者應根據(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，這樣也能夠使教材美觀大方、便于閱讀。

3.1 化繁為簡，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，一千字也難以說明清楚，但使用圖片展示和簡簡單單幾十個字的描述，學生就很容易理解。

3.2 展示對象，拓展視野

中學生年紀小、見識少，對文字描述的一些對象往往沒有見過而難以理解，若用物體的真實圖片展示出來，學生就對物體有比較清晰的認識，從而拓寬了學生的視野，并可以盡快掌握新知識。如圖6所示，通過實物圖片，讓學生了解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，通過實物圖片，不僅讓學生了解犁的形狀，還了解了用犁如何耕地，同時還可以讓學生欣賞梯田的美麗，體會農(nóng)作的艱辛。

3.3 呈現(xiàn)關(guān)系，直觀判斷

通過圖像呈現(xiàn)幾個物理量之間的關(guān)系，讓學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，通過圖線可以直接得出：速度與時間成線性關(guān)系，時間越長，速度越大；加速度保持不變，物體做勻加速直線運動，若圖線傾斜度越大，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)學生對物理的學習興趣，也能夠讓學生感受到學習物理不是那么枯燥無味，還充滿生活情趣。如圖9所示，用卡通圖片，不僅為物理教科書營造了生活情趣，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)學生的審美意識，提高學生對美的欣賞力和判斷力，如圖10所示，運動員把冰壺推出的瞬間，其動作瀟灑，形態(tài)優(yōu)美。

4 插圖的教學

插圖是重要的教學資源，教師在教學過程中要認真設(shè)計，積極引導學生，充分發(fā)揮插圖的作用，促進學生對高中物理教材內(nèi)容的準確理解，真正達到培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的目標。

4.1 教學流程

首先，要求學生看清插圖名稱，讓學生知道插圖“是什么”？接著，要求學生觀察圖景，看清插圖描述的對象，讓學生知道插圖“有什么”？然后，要學生明白插圖表達的物理規(guī)律，讓學生清楚插圖表述的物理量“有何關(guān)系”？最后，引導學生對前面三個過程進行評價反思，讓學生思考插圖“如何改進”？其教學流程圖如圖11所示。

4.2 教學案例

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）“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的插圖為例，記錄筆者課堂教學過程，如圖12所示。

筆者：這個插圖的名稱？

學生：彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。

筆者：有幾個彈簧？

學生：三個。

學生：一個。

筆者：到底幾個？

學生：同一個彈簧拉三次。

筆者：對，是同一個彈簧拉三次，而不是三個彈簧各拉一次。

筆者：圖中的手有什么用？

學生：用手拉彈簧，使彈簧產(chǎn)生彈力。

筆者：橫坐標和縱坐標表示什么？

學生：橫坐標表示彈簧的伸長量，縱坐標表示彈簧的彈力。

筆者：橫坐標和縱坐標是什么單位？

學生：橫坐標單位是m，縱坐標單位是N。

筆者：最上面的彈簧圖片什么意思？

學生：表示彈簧不受拉力，即彈力為0 N。

筆者：從坐標圖像可以看出彈力與彈簧伸長量是什么關(guān)系？

學生：彈力隨彈簧伸長量增大而增大。

學生：彈力與彈簧伸長量的圖線是一條過原點的直線。

學生：彈力與彈簧伸長量成正比。

筆者：嗯嗯，大家表述都正確，但彈力與彈簧伸長量成正比表述更簡潔，更準確。用數(shù)學表達式表示：F=kx。換用不同硬度的彈簧，在同一個F-x圖像中畫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系圖線，同學們會發(fā)現(xiàn)：越“硬”的彈簧，圖線的傾斜度越大；越“軟”的彈簧，圖線的傾斜度越小。k就是表示彈簧的軟硬程度，稱為彈簧的勁度系數(shù)。

筆者：請同學們再認真觀察插圖，看教材插圖是否會存在什么失誤？

學生：老師，插圖的名稱表達不準確，本插圖應該是指彈力大小與彈簧伸長量的關(guān)系，而不是彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，因為彈力包含大小和方向，插圖沒有反映彈力的方向。

筆者：非常好！還有其他需要修改的地方嗎？

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

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

學生：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：觀察細致，你真的很棒！你竟然指出了教材錯誤，膽量不小呀！還有其他錯誤嗎？

學生：老師，應該沒有錯誤了吧！教材怎么會有很多錯誤呢？

筆者：請問橫坐標的數(shù)據(jù)如何測量？

學生：橫坐標表示彈簧的伸長量，可以用刻度尺測量。

筆者：請問縱坐標的數(shù)據(jù)如何測量？

學生：縱坐標表示彈力的大小，可以用彈簧測力計測量。

筆者：可教材圖片畫的是一個手的圖片，如何測出力的大??？

學生：老師，我知道了，用手去拉彈簧，得不出彈力的大小。

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

學生：應該把手改為彈簧測力計。

筆者：同學們同意嗎？

學生：同意！（自覺鼓掌）

筆者：彈簧測力計就是根據(jù)“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”制造出來的，現(xiàn)在還在研究“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”，此時彈簧測力計還沒有制造出來喲！

學生：啊，是呀！沒有彈簧測力計如何判斷“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”呢？

筆者：請同學們回顧初中“二力平衡”的內(nèi)容？

學生：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。

筆者：我們可以用“二力平衡”去得到彈簧的彈力。

學生繼續(xù)思考中。

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

筆者：回答得非常好！請大家為他鼓掌！教材雖然是專家編寫而成，但不一定就是完美無缺的，我們要認真分析，勇敢質(zhì)疑，并能夠設(shè)計出修正方案！

5 教學反思

通過反思插圖教學過程，筆者得到一些啟發(fā)，現(xiàn)在總結(jié)出來，希望能給大家提供一些借鑒。物理核心素養(yǎng)是物理育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過物理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度。

5.1 基于“物理核心素養(yǎng)”的教學設(shè)計是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的前提條件

凡事預則立，不預則廢。要想培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，就要求教師精心設(shè)計教學過程，把核心素養(yǎng)滲透在教學的各個環(huán)節(jié)之中：通過對鉤碼進行受力分析，有效培養(yǎng)了學生的相互作用觀念，通過二力平衡的應用，增強了學生用物理規(guī)律解決實際問題的能力，從而培養(yǎng)了學生的“物理觀念”。在中學生心中，教材是最高權(quán)威，學生通過分析，發(fā)現(xiàn)教材錯誤，對學生產(chǎn)生很大的認知沖擊，學生發(fā)出感嘆，“原來專家編寫的教材也會存在失誤呀”，讓學生逐漸形成質(zhì)疑意識，培養(yǎng)“科學思維”。通過學生指出教材錯誤，并修正教材錯誤，引導學生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、尊重事實、嚴謹認真，從而培養(yǎng)學生的“科學態(tài)度”。教學設(shè)計時，把核心素養(yǎng)的四個要素，滲透到教學的整個過程，對學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，起到“潤物細無聲”的效果。

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

運用“最近發(fā)展區(qū)理論”，引導學生積極思考，從而培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。最近發(fā)展區(qū)理論認為，學生的發(fā)展有兩種水平，一種是學生的現(xiàn)有水平，指獨立活動時所能達到的解決問題的水平；另一種是學生可能的發(fā)展水平，也就是通過教學所獲得的潛力。兩者之間的差異就是最近發(fā)展區(qū)。教學應著眼于學生的最近發(fā)展區(qū)，為學生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動學生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進行下一個發(fā)展區(qū)的發(fā)展。插圖教學中，學生通過認真觀察，能夠得出“同一個彈簧拉三次”，老師就不要去引導。引導學生關(guān)注插圖是否是完全相同的彈簧，讓學生通過數(shù)彈簧圈數(shù)，發(fā)現(xiàn)插圖出現(xiàn)錯誤。通過引導，在沒有得出“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”時還沒有彈簧測力計，引導學生設(shè)計實驗方案。教師發(fā)現(xiàn)學生有困難時，及時給予學生適當?shù)囊龑?，讓學生一步步發(fā)現(xiàn)問題，化解矛盾，同時加深了對知識的理解，促進了物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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

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

植根于“協(xié)同學理論”的教學主客體關(guān)系理論，除了肯定師生雙方在教學過程不同階段的決定性作用外，還強調(diào)師生雙方的協(xié)同作用。由于教師在教學被組織階段起決定性作用，因此，教師必須進行必要的教學，這就從理論上為教師教學的必要性尋找到了根據(jù)。同樣，因為學生在教學自組織階段起決定性作用，因此，知識最終必須由學生自己來建構(gòu)，這也從理論上為學生自我建構(gòu)知識建立了依據(jù)。在培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的過程中，教師的講述是必要的，沒有教師的講述，知識的探究就沒有方向，教師引領(lǐng)學生探討教學內(nèi)容，是培養(yǎng)學生核心素養(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傾斜度的關(guān)系，讓學生理解了勁度系數(shù)的內(nèi)涵。但在如何判斷“彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”教學中，就讓學生自己思考和設(shè)計，有效培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造能力。學生的核心素養(yǎng)中，最關(guān)鍵的能力，就是創(chuàng)新能力。教師的講授和引導，學生的思考和分析，才是培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)最高效的方式。

“一幅插圖勝萬語”，高中物理教材插圖不但讓物理知識易于理解，而且也反映教材編者的價值判斷、人文情懷和審美意識，物理教師通過插圖教學，精心預設(shè)教學過程，引導學生挖掘插圖的內(nèi)涵，能夠有效地培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

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