劉錦圳 張賢金 孔祥斌

摘? ? ? 要 插圖教學(xué)以教材插圖為據(jù)點(diǎn)，能幫助學(xué)生找到知識(shí)的落腳點(diǎn)并建立起知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生用圖像思考和學(xué)習(xí)的能力。以“化學(xué)煙火氣”的教學(xué)為例，基于雙重編碼理論闡釋在圖像學(xué)習(xí)的三個(gè)階段中運(yùn)用化學(xué)教材插圖將關(guān)注具體知識(shí)獲得的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貙W(xué)科認(rèn)識(shí)方式發(fā)展的教學(xué)，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐圍繞視覺(jué)刺激、信息加工、視覺(jué)映像的形成、視覺(jué)思維的發(fā)展等方面提出教學(xué)策略。

關(guān) 鍵 詞 雙重編碼理論? 教材插圖? 視覺(jué)素養(yǎng)? 學(xué)科認(rèn)識(shí)方式

引用格式 劉錦圳，張賢金，孔祥斌.基于雙重編碼理論的化學(xué)教材插圖教學(xué)[J].教學(xué)與管理，2023（28）：51-53.

化學(xué)是一門(mén)從分子層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)研究物質(zhì)的自然科學(xué)[1]，其學(xué)科特點(diǎn)決定了教材內(nèi)容必須借助有形的、直觀(guān)的、簡(jiǎn)捷又生動(dòng)的插圖來(lái)呈現(xiàn)。因此，本文基于認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的雙重編碼理論，以“化學(xué)煙火氣”微專(zhuān)題教學(xué)為例，對(duì)插圖意象進(jìn)行表征、關(guān)聯(lián)和參照加工，并通過(guò)多圖聯(lián)動(dòng)的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多角度思維，將關(guān)注具體知識(shí)獲得的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貙W(xué)科認(rèn)識(shí)方式發(fā)展的教學(xué)。

一、雙重編碼理論和插圖教學(xué)的關(guān)聯(lián)

1.雙重編碼理論

雙重編碼理論是一種認(rèn)知理論，是由心理學(xué)家佩維奧（Paivio）創(chuàng)建的[2][3]。其主要觀(guān)點(diǎn)是人的認(rèn)知系統(tǒng)中存在著兩個(gè)功能獨(dú)立卻又互相聯(lián)系的認(rèn)知子系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)語(yǔ)言和心理映像的表征與處理。負(fù)責(zé)語(yǔ)言的“語(yǔ)義系統(tǒng)”是以語(yǔ)言符號(hào)為基本單元，根據(jù)聯(lián)想與層級(jí)的關(guān)系以連續(xù)序列的形式進(jìn)行信息的記憶和存儲(chǔ)，只能進(jìn)行“線(xiàn)性”序列化的加工，每次加工信息的吞吐量有限；負(fù)責(zé)心理映象的“表象系統(tǒng)”是以意象為基本單元，根據(jù)部分與整體的關(guān)系以同步非序列的形式進(jìn)行信息的存儲(chǔ)和加工，允許一個(gè)意象的諸多成分進(jìn)行“整體”非序列的加工。

雙重編碼理論信息加工的一般模型如圖1所示。在外部詞語(yǔ)、圖像等信息的刺激下，經(jīng)識(shí)別后能直接通過(guò)表征加工分別激活“語(yǔ)義系統(tǒng)”和“表象系統(tǒng)”[4]。接著，這兩種認(rèn)知子系統(tǒng)可通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)聯(lián)加工和系統(tǒng)間的參照加工進(jìn)行信息的編碼和互譯，建立起信息的結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，從而形成雙重編碼的關(guān)聯(lián)性記憶。認(rèn)知系統(tǒng)的“雙重編碼”能有效降低單一編碼信息處理的認(rèn)知負(fù)荷，加速思維的發(fā)生和發(fā)散，增進(jìn)信息理解的準(zhǔn)確性和深刻性。

2.雙重編碼理論在插圖教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

佩維奧的研究指出客觀(guān)圖片的刺激會(huì)被兩次編碼，既有圖像又有文字編碼激活認(rèn)知系統(tǒng)，能增強(qiáng)信息的回憶與識(shí)別。Mayer等學(xué)者在佩維奧研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步證實(shí)了視覺(jué)信息能輔助文字信息的處理和記憶。在“素養(yǎng)”概念被引入后，運(yùn)用視覺(jué)圖像進(jìn)行信息交流形成視覺(jué)化思維的能力即為視覺(jué)素養(yǎng)[5]。Pettersson認(rèn)為視覺(jué)素養(yǎng)是理解和使用圖像，并能利用圖像進(jìn)行思考、表達(dá)想法以及學(xué)習(xí)的一種能力。

雙重編碼理論提倡同時(shí)用語(yǔ)言和視覺(jué)的形式呈現(xiàn)信息，讓學(xué)生在頭腦中同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)義和表象的雙重編碼和表征互譯，不斷建立起抽象知識(shí)與具體表象之間的聯(lián)系，從而形成對(duì)知識(shí)的正確描述、深刻理解和靈活運(yùn)用?；瘜W(xué)教材在編寫(xiě)上插附了許多豐富的、極具學(xué)科特質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作示意圖、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖、微觀(guān)與原理模擬圖、化工生產(chǎn)圖等圖像，為學(xué)生提供較好的視覺(jué)映像，有助于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的關(guān)聯(lián)理解和正確表象的建立。據(jù)此，在知識(shí)的形成、聯(lián)系和深化等階段中，借助圖示教學(xué)法[6]向?qū)W生提供信息豐富、典型性好的視覺(jué)映像，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確解讀視覺(jué)信息并運(yùn)用視覺(jué)化思維解決問(wèn)題，提升學(xué)生的視覺(jué)素養(yǎng)。

二、雙重編碼理論指導(dǎo)下的化學(xué)教材插圖教學(xué)實(shí)踐

Pettersson認(rèn)為用圖像思考和學(xué)習(xí)分為視覺(jué)認(rèn)知、視覺(jué)創(chuàng)造和視覺(jué)完成三個(gè)階段：視覺(jué)認(rèn)知階段主要解決的是圖像的接受和儲(chǔ)存；視覺(jué)創(chuàng)造階段是利用圖像進(jìn)行信息的獲取、加工和理解；視覺(jué)完成階段則是視覺(jué)映像的形成和視覺(jué)化思維的建立。筆者以“化學(xué)煙火氣”的教學(xué)為例，關(guān)注物質(zhì)變化過(guò)程中“煙”的產(chǎn)生這一微現(xiàn)象，根據(jù)圖像學(xué)習(xí)的三個(gè)階段介紹在雙重編碼理論的指導(dǎo)下整合教材插圖進(jìn)行微專(zhuān)題教學(xué)。

1.視覺(jué)認(rèn)知階段：插圖梳理，主題教學(xué)

以“化學(xué)煙火氣”為話(huà)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)已有化學(xué)知識(shí)中“煙”的現(xiàn)象進(jìn)行回顧，并以“有圖有真相”的活動(dòng)性任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生用教材插圖進(jìn)行舉證。滬教版初中化學(xué)教材中有關(guān)“煙”的插圖有：從蠟燭火焰中引出白煙；煤油燃燒產(chǎn)生黑煙現(xiàn)象；鎂條燃燒出現(xiàn)的白煙；金屬鈉在氯氣中燃燒出現(xiàn)的白煙；氯化氫和氨氣混合出現(xiàn)的白煙。這些插圖隱含著豐富的化學(xué)語(yǔ)言，既能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)的變化及其規(guī)律，又能激發(fā)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行科學(xué)探究與實(shí)踐。通過(guò)主題式情境和驅(qū)動(dòng)性任務(wù)的創(chuàng)設(shè)，向?qū)W生提供有情緒意義的視覺(jué)刺激，能幫助學(xué)生更好地進(jìn)行圖像的認(rèn)知與接受。

2.視覺(jué)創(chuàng)造階段：據(jù)圖導(dǎo)學(xué)，深度學(xué)習(xí)

煙是不完全燃燒而產(chǎn)生的“火之氣”。那么，煙都是因火而成？煙的主要成分是什么？煙的形成有哪些應(yīng)用？可見(jiàn)，煙不過(guò)是事物變化的表象，需要通過(guò)觀(guān)察、分析、比較、聯(lián)系等歸納路徑來(lái)重塑認(rèn)識(shí)。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，指向?qū)W生學(xué)科認(rèn)識(shí)方式的發(fā)展，設(shè)計(jì)微專(zhuān)題的教學(xué)目標(biāo)如下：（1）見(jiàn)證中國(guó)古代“煙”的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)煙與燃燒的關(guān)系，樹(shù)立家國(guó)情懷和民族自信；（2）通過(guò)對(duì)蠟燭、煤油燃燒過(guò)程中煙的成分和成因的探究，體會(huì)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的方法和意義；（3）通過(guò)對(duì)鈉在氯氣中、鎂在空氣中燃燒現(xiàn)象的分析，學(xué)會(huì)運(yùn)用宏觀(guān)與微觀(guān)相聯(lián)系、定性和定量相結(jié)合的方法認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律；（4）通過(guò)對(duì)“空瓶生煙”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，豐富對(duì)“煙”的概念及其形成的理解，建立正確的化學(xué)觀(guān)念。具體的教學(xué)流程及設(shè)計(jì)意圖如圖2所示。

3.視覺(jué)完成階段：多圖聯(lián)動(dòng)，重塑認(rèn)知

視覺(jué)創(chuàng)造是對(duì)視覺(jué)信息可視化、具體化的演繹，是知識(shí)與思考的發(fā)散過(guò)程。通過(guò)視覺(jué)對(duì)發(fā)散出去的知識(shí)與思考進(jìn)行聚攏，使知識(shí)由事實(shí)性向認(rèn)知性轉(zhuǎn)化。煤油和蠟燭燃燒過(guò)程中煙的“黑白”碰撞，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)、學(xué)科認(rèn)識(shí)方式類(lèi)別上對(duì)立與統(tǒng)一的印證；鈉在氯氣中燃燒揭示離子的形成過(guò)程，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)、學(xué)科認(rèn)識(shí)方式類(lèi)別上宏觀(guān)與微觀(guān)的解說(shuō)；鎂在空氣中燃燒顯現(xiàn)質(zhì)量的變化情況，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)、學(xué)科認(rèn)識(shí)方式類(lèi)別上定性與定量的詮釋?zhuān)话睔夂吐然瘹浞磻?yīng)出現(xiàn)“空瓶生煙”的變化現(xiàn)象，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)、學(xué)科認(rèn)識(shí)方式類(lèi)別上靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的呈現(xiàn)。由此，可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合學(xué)科認(rèn)識(shí)方式類(lèi)別提煉認(rèn)識(shí)的思路與方法并繪制思維導(dǎo)圖，重塑學(xué)生對(duì)“化學(xué)煙火氣”的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生形成良好的、穩(wěn)定的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及看待事物的化學(xué)視角，促進(jìn)學(xué)生視覺(jué)化思考能力的提升和學(xué)科認(rèn)識(shí)方式的發(fā)展。

三、雙重編碼理論指導(dǎo)下的化學(xué)教材插圖教學(xué)策略

1.視覺(jué)刺激的情境化

感官記憶的編碼具有選擇性，不是所有的視覺(jué)刺激都能被感官系統(tǒng)識(shí)別和記憶。感官識(shí)別的信息很大程度不是由刺激本身引起的，而是由個(gè)體的主觀(guān)因素所左右的，具有情緒意義的視覺(jué)刺激容易形成視覺(jué)映像。插圖教學(xué)中在呈現(xiàn)教材插圖之前，教師有必要從學(xué)生的成長(zhǎng)環(huán)境和真實(shí)需要出發(fā)，選擇能與學(xué)生共情的話(huà)題創(chuàng)設(shè)情境[7]。在視覺(jué)認(rèn)知階段，筆者關(guān)注學(xué)生成長(zhǎng)的生活環(huán)境，以流行語(yǔ)“煙火氣”拉進(jìn)師生的關(guān)系。通過(guò)“尋煙”活動(dòng)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生懷著求知欲去湊齊化學(xué)教材中出現(xiàn)的“煙”的插圖，帶著成功的喜悅調(diào)動(dòng)感官系統(tǒng)識(shí)別和接受視覺(jué)信息。

2.視覺(jué)信息的序列化

教材插圖主要依附教材既定的知識(shí)內(nèi)容和呈現(xiàn)邏輯，插附在相應(yīng)的文字描述之間，起到裝飾、表征、組織或解釋作用[8]。盡管客觀(guān)圖像的刺激會(huì)同時(shí)激活認(rèn)知系統(tǒng)進(jìn)行雙重編碼，但碎片的、非序列的視覺(jué)信息勢(shì)必會(huì)造成“語(yǔ)義系統(tǒng)”序列化表征加工的困難，還會(huì)加重兩個(gè)子系統(tǒng)之間相互激活和參照加工的負(fù)擔(dān)。由此可見(jiàn)，插圖教學(xué)中教材插圖這種“依附關(guān)系”“插附方式”的編排和呈現(xiàn)，會(huì)影響到視覺(jué)信息的關(guān)聯(lián)和正確表象的建立。以同主題、同載體、同原理等方式對(duì)教材插圖進(jìn)行有序整合，有助于提高視覺(jué)信息的編碼和轉(zhuǎn)譯的效能，從而形成正確的、穩(wěn)定的和結(jié)構(gòu)化的視覺(jué)映像。在視覺(jué)認(rèn)知階段，筆者圍繞“煙”對(duì)化學(xué)教材中同現(xiàn)象的插圖進(jìn)行有序整合；在視覺(jué)創(chuàng)造階段，根據(jù)“煙”的成因從一般到特殊，先認(rèn)識(shí)“因火成煙”再延伸到“無(wú)火也能生煙”；根據(jù)認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的角度從現(xiàn)象到本質(zhì)，先從表象上認(rèn)識(shí)“黑煙”和“白煙”的形成，再?gòu)奈⒂^(guān)、定量視角深層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的變化。

3.視覺(jué)映像的問(wèn)題化

視覺(jué)映像的形成只是在腦中理解并儲(chǔ)存下視覺(jué)信息，屬于視覺(jué)認(rèn)知的階段。實(shí)現(xiàn)知識(shí)的連接還需要通過(guò)問(wèn)題化學(xué)習(xí)，對(duì)視覺(jué)映像進(jìn)行信息的提取、理解和創(chuàng)造。這就需要教師深入挖掘教材插圖的內(nèi)隱知識(shí)和育人價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)關(guān)聯(lián)、拓展等思維方式對(duì)視覺(jué)映像進(jìn)行問(wèn)題化，借助問(wèn)題的解決來(lái)探究知識(shí)的內(nèi)核，從而提升學(xué)生用圖像組織知識(shí)、傳遞知識(shí)的能力。在視覺(jué)創(chuàng)造階段，通過(guò)設(shè)置層次性、系統(tǒng)性、拓展性的主干問(wèn)題，并細(xì)化成“問(wèn)題串”來(lái)激發(fā)學(xué)生思考，牽拉學(xué)生自主完成知識(shí)的建構(gòu)。如在“活動(dòng)1”中，通過(guò)插圖的呈現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注煤油燃燒形成的“黑煙”現(xiàn)象，拋出主干問(wèn)題“結(jié)合物質(zhì)的燃燒條件，說(shuō)一說(shuō)你對(duì)黑煙現(xiàn)象出現(xiàn)的理解”。從可燃物上看，依托對(duì)化石燃料的了解，知道煤油是怎么來(lái)的、其主要的成分是什么，進(jìn)而完成對(duì)“黑煙”成分的猜測(cè)和驗(yàn)證；從助燃物上看，借助對(duì)煤油燈的構(gòu)造和使用的了解，知道不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生的原因；結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)天然氣不完全燃燒不容易產(chǎn)生黑煙，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生從定量的視角去分析燃料含碳量的問(wèn)題；結(jié)合非遺熏畫(huà)藝術(shù)，拓展認(rèn)識(shí)燃燒條件及其調(diào)控在“以煙作畫(huà)”上的應(yīng)用，從而形成辯證的思維來(lái)看待不完全燃燒問(wèn)題。

4.視覺(jué)思維的可視化

科學(xué)思維是初中化學(xué)學(xué)科重要的核心素養(yǎng)，具體化到各學(xué)習(xí)主題內(nèi)容要求中的認(rèn)識(shí)和探究物質(zhì)、分析和解決問(wèn)題的思路與方法。思維的可視化是在知識(shí)加工或問(wèn)題解決的思考過(guò)程中，將信息以看得見(jiàn)的視覺(jué)映像、圖示表征等形式呈現(xiàn)，從而提高知識(shí)輸出、知識(shí)變現(xiàn)的效能。在視覺(jué)創(chuàng)造階段，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容運(yùn)用聯(lián)想、類(lèi)比等方法，依托熟悉的視覺(jué)映像呈現(xiàn)信息進(jìn)行表征、關(guān)聯(lián)和參照加工的過(guò)程。如在探析煤油燃燒出現(xiàn)“黑煙”現(xiàn)象的原因時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)用天然氣灶的使用、天然氣的燃燒等視覺(jué)映像進(jìn)行類(lèi)比分析；在視覺(jué)完成階段，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容繪制思維導(dǎo)圖，通過(guò)文字與圖像相結(jié)合的知識(shí)輸出方式實(shí)現(xiàn)視覺(jué)思維的可視化。

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