侯新杰 趙文鈺

（1.河南師范大學物理學院，河南新鄉(xiāng)，453007；2.鄭州市第十一中學，鄭州，450016）

插圖是教科書的重要組成部分。圖文結合的呈現方式可以提高學生閱讀效率，還可以激發(fā)學生的學習興趣。教科書中所設計的插圖有照片、簡筆漫畫、示意圖、數據圖表等多種形式。教科書實驗插圖可以讓學生更加生動形象地理解實驗原理，讓學生直觀明了地觀察實驗裝置設計，還可以向學生展示實驗的步驟和結果，幫助學生順利完成實驗。不同版本高中物理教科書的實驗插圖有不同的特點。為了了解國外高中物理教科書實驗插圖的特點，本文對中日兩國高中物理教科書的力學實驗插圖進行分析和比較，發(fā)現其異同，為我國高中物理教科書實驗插圖編寫提供借鑒建議。

日本學生高中物理需要學習兩本教科書，分別是《物理基礎》和《物理》。本文選取的日本教科書是在日本較為廣泛使用的東京書籍株式會社所出版的《改訂新編物理基礎》[1]和《改訂物理》[2]兩本教科書的力學部分。兩本教科書都是根據日本《高中學習指導要領》的要求編寫出版，通過日本文部科學省審定的教科書，是日本當前最新的高中物理教科書。我國高中物理教科書選取的是人民教育出版社2019 年出版的高中《物理》必修第一冊[3]、第二冊[4]、選擇性必修第一冊[5]力學部分，是根據《普通高中課程標準（2017 年版）》編寫，通過國家教材委員會專家委員會審核的教科書，反映了新課標要求。參考蘇蘊娜的研究[6]，按照從具體到抽象的遞進關系，將插圖類型分為實物圖、示意圖和數據圖表三類。關于插圖內容的分類，參考杜愛慧的研究[7]，除去數據表格外將插圖分為實驗原理圖、實驗器材圖、實驗裝置圖、實驗操作圖以及實驗結果圖五類。

一、中日高中物理教科書力學實驗插圖類型的比較

按照力學模塊劃分對兩國教科書力學實驗總數進行統(tǒng)計，人教版教科書共有力學物理實驗71個，東京版教科書共有實驗63 個。依照前文所述的插圖類型對中日兩國教科書力學實驗部分的實驗插圖進行分類和統(tǒng)計得到表1 和圖1、圖2。

表1 中日兩國力學實驗不同類型插圖數量

圖1 中國力學實驗不同類型插圖分布

圖2 日本力學實驗不同類型插圖分布

經過統(tǒng)計，我國教科書力學實驗插圖共有97幅，日本教科書力學實驗插圖共有106 幅。日本教科書力學實驗總數少于我國，但是實驗插圖數量多于我國，說明日本教科書更加注重通過設置插圖來向學生傳遞信息。通過圖1 和圖2 的比較我們可以發(fā)現兩國教科書在插圖的選擇上示意圖都占比最高，都占力學實驗插圖總量的74%。這是因為相較于其他類型的插圖而言，示意圖可以向學生傳達更多的信息。示意圖在向學生展示實驗器材的同時，還可以向學生傳達實驗裝置的設計、實驗操作的重要步驟、實驗中的物理現象等信息。這說明兩國教科書都重視用插圖給學生提供實驗參考信息，幫助學生創(chuàng)設物理情境。

我們還可以發(fā)現，兩國教科書力學實驗插圖實物圖和數據圖表的數量和占比明顯少于示意圖。數據圖表的數量少是因為數據圖表一般只出現在大篇幅學生實驗的數據處理步驟當中，而教科書中所出現的演示實驗和學生小實驗都以實驗的操作作為重點，在教科書上少有附帶數據圖表。實物圖的數量少是因為實物圖展示的是實驗裝置或相關生產活動的信息，學生在這兩類插圖中能提取到的信息要少于示意圖。使用頻率較多的儀器（如：打點計時器）往往在教科書知識點部分會進行專門的講解，故不會出現在實驗的內容中。實驗內容中以實物圖形式展示的儀器，大部分是該實驗的專門儀器。例如在人教版教科書必修二第六章第二節(jié)“探究向心力大小的表達式”的實驗中，就介紹了向心力演示儀的構造，如圖3 所示。在人教版必修二課題研究部分向學生提供參考課題時，給學生展示了擲標槍選手的動作照片，如圖4 所示，是與課題相關生產生活的實物圖。東京版教科書物理第四章第一節(jié)“雙重鐘擺”實驗中就向學生展示了鐘擺拼接所需的器材，如圖5 所示。在東京版教科書物理第二章的第一節(jié)“音波干涉”實驗中就展示了實驗所需的低頻振蕩器和示波器，如圖6 所示。

圖3 向心力演示器

圖4 投擲標槍動作

圖5 雙重鐘擺拼接所需材料

圖6 低頻振蕩器和示波器

二、中日高中物理教科書力學實驗插圖內容的比較

在插圖內容的分類上，除去數據表格外，將余下的插圖分為實驗原理圖、實驗器材圖、實驗裝置圖、實驗操作圖以及實驗結果圖五類。

實驗原理圖對學生進行的是實驗原理的說明，例如對位移傳感器測速度的原理進行可視化的處理。實驗器材圖展示的是進行實驗所需的相關實驗儀器，但不對學生進行裝置設計或是實驗操作等的展示，例如向心力演示器的實物圖照片。實驗裝置圖展示的是由實驗儀器設計組裝成的實驗裝置，就實驗儀器的裝配向學生起到了示范作用，例如自由落體運動的實驗裝置。實驗操作圖是對實驗過程中的某一步操作或是實驗現象進行展示，插圖中包含實驗員對實驗進行操作的動作或是實驗現象，例如測量靜摩擦力的實驗操作的照片。實驗結果圖所展示的是實驗的最終結果，或是通過一系列的操作展示出實驗的完整步驟及結果，例如牛頓管中羽毛和鐵片的下落。

依照上述概念將中日兩國力學實驗的實驗插圖進行分類和統(tǒng)計得到表2 和圖7、圖8。

圖7 中國力學實驗不同內容插圖數量占比

圖8 日本力學實驗不同內容插圖數量占比

表2 中日兩國力學實驗不同內容插圖數量

經過統(tǒng)計，除去數據表格外，我國教科書力學實驗部分插圖數量共有89 個，日本教科書力學實驗部分插圖數量共有82 個。除實驗裝置圖和實驗操作圖外，其余三類插圖數量占比我國均多于日本。

實驗原理圖相較于其他插圖來說更加抽象，日本教科書力學實驗部分沒有實驗原理圖，說明日本教科書在力學實驗的教學過程中更加注重對學生實驗操作相關能力的培養(yǎng)。

從實驗內容分布圖的比較中可以發(fā)現，我國教科書不同種內容插圖的數量分布相對均勻，而日本教科書的實驗操作圖要遠多于我國教科書其他種類的插圖。實驗操作圖中包含了實驗儀器的選擇以及器材的裝配，并且在操作過程中也為學生進行了一些示范，所包含的信息要多于實驗器材圖、實驗裝置圖和實驗結果圖。說明日本教科書注重通過操作圖在向學生展示實驗器材及裝置的設計的同時，為學生進行操作示范或是展示實驗當中可能出現的現象及結果。

三、中日高中物理教科書力學實驗典型案例比較

在針對同一實驗所設計的插圖和同類型插圖的內容設計上，中日兩國教科書也不盡相同。下面通過案例進行說明。

案例一：在“自由落體”這一節(jié)內容中，兩國教科書都在課外小實驗中設計了“制作反應時間測量尺”這一實驗。我國教科書中的插圖如圖9 所示，日本教科書中的插圖如圖10 所示。我國教科書在插圖的呈現上選擇了實驗器材圖，日本教科書在插圖的呈現上選擇了漫畫形式的實驗結果圖。直尺是學生生活中常見的文具，我國學生從插圖中能獲得信息很少，而日本教科書直尺上的時間刻度可以進一步激發(fā)學生思考為什么長度的刻度可以變?yōu)闀r間的刻度。同時也為學生制作反應時間測量尺提供了樣例進行參考，因此該實驗中日本教科書的實驗插圖設置更加合理。

圖9 中國“時間刻度尺”

圖10 日本“時間刻度尺”

案例二：我國教科書必修一課題研究中“球形物體空氣阻力與速度關系”這一實驗中需要借助攝像機來進行錄像或頻閃拍攝。日本教科書研究“拋體運動的運動規(guī)律”這一節(jié)的實驗中也需要使用攝像機來進行頻閃照片的拍攝。我國教科書中的插圖如圖11 所示，日本教科書中的插圖如圖12 所示。兩國教科書都選擇了實驗器材圖，我國教科書只對鐵架臺的裝配用簡筆畫的形式進行了展示，而攝像機的準備與使用只出現在文字內容中。日本教科書在進行實驗裝置的展示時，包括攝像機在內對實驗場景進行了展示，完整實驗裝置的展示可以幫助學生對實驗有更加全面的了解，提高學生的實驗效率。

圖11 中國“球形物體空氣阻力”插圖

圖12 日本“拋體運動軌跡”插圖

案例三：在實驗操作圖的呈現中，我國教科書所呈現的操作過程較為單一，基本只停留在雙手對實驗裝置的操作，如圖13 所示的是人教版必修一中的“測量靜摩擦力大小隨拉力變化”這一實驗中的插圖。除雙手操作外，日本的操作圖相較之下更加的多元化，如圖14 所示的“拋體運動軌跡”實驗中實驗者對實驗的操作，如圖15 所示是“求功率”這一節(jié)實驗中漫畫小人對實驗過程的示范。在日本的教科書中，真人實驗員均身穿白色實驗服，教師實驗身穿襯衣，體現了實驗和課堂的嚴謹性，漫畫小人的設計在為學生進行課后小實驗示范的同時也增添了實驗的趣味。

圖13 中國“測量靜摩擦力大小”插圖

圖14 日本“拋體運動軌跡”插圖

圖15 日本“求功率”插圖

四、教科書實驗插圖編寫的建議

1.適當增加實驗操作圖數量，充分傳達插圖信息

通過對兩國教科書的比較，我們可以發(fā)現日本教科書在使用插圖時更側重于使用實驗操作圖，這是因為實驗操作圖是反映實驗環(huán)節(jié)的圖片，不僅包括實驗器材和實驗裝置，還包含了實驗者的操作行為或是實驗過程中相關的物理現象，可以向學生傳達更多的信息。操作者的行為可以對學生的實驗操作起到良好的示范作用，實驗現象的展示可以讓學生提前預知實驗會出現的現象，如果實驗過程出現問題可以被及時發(fā)現，提高學生的實驗效率。

2.豐富課外實驗插圖內容，引發(fā)學生積極思考

日本教科書在學生課外實驗中設置了較多的實驗操作圖和實驗結果圖，結果圖的設計更可以引發(fā)學生思考應當如何設計實驗才能達到插圖中類似的效果。我國教科書在課外實驗的插圖設置上較多地使用了實驗器材圖，部分實驗沒有設置插圖。課外實驗插圖應設置實驗操作圖或實驗結果圖等更加豐富的其他類型插圖內容，沒有設置插圖的課外實驗要設置合適的插圖，進而引發(fā)學生在課外實驗中積極地思考。

3.提高實驗插圖的趣味性，引起學生閱讀興趣

日本教科書在設置插圖時，還大量使用卡通畫小人繪畫出實驗的操作過程，增添了插圖的趣味性。這樣的設計可以豐富教科書的插圖形式，提升教科書的趣味性，相較于對實驗儀器簡單的描繪，更可以引起學生的閱讀興趣。