摘 要：教科書插圖既是對文字內(nèi)容的補充，也是更具有形象性、直觀性和生動性的一種圖畫語言。如何利用這些靜態(tài)的插圖引導(dǎo)學(xué)生、激勵學(xué)生，更好地運用插圖幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，具有更重要的研究意義。根據(jù)人教版必修教科書部分插圖的類型，運用情境認知理論，對插圖運用“激勵”方式創(chuàng)設(shè)教學(xué)互動情境，應(yīng)用“三教”理念設(shè)計教學(xué)過程，以達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標。

關(guān)鍵詞：教科書插圖；“激勵”方式；“三教”理念；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0021-7

１ 問題提出與理論依據(jù)

《普通高中物理課程標準（2017年版２０２０年修訂）》指出：“恰當?shù)膱D表有助于學(xué)生理解課文內(nèi)容，增加學(xué)習(xí)興趣……”［１］，再次強調(diào)了“插圖教學(xué)”的重要性。教科書的插圖與文字一樣，是儲存和傳遞教育信息、影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)效果的一種內(nèi)容呈現(xiàn)系統(tǒng)，它既是對文字的補充，也是比文字更具形象性、直觀性和生動性的一種圖畫語言［2］。如教科書中有能引起學(xué)習(xí)者注意力和興趣的生活照片；有能激發(fā)學(xué)生探究精神的人物圖；有比文字更能改善學(xué)習(xí)者記憶的儀器示意圖；有能幫助學(xué)習(xí)者增加理解的原理模型圖；有能幫助學(xué)習(xí)者進行信息傳遞的實驗裝置圖等。

如何利用這些靜態(tài)的插圖引導(dǎo)學(xué)生、激勵學(xué)生，讓學(xué)生在動手動腦中學(xué)會知識，提升核心素養(yǎng)？教師應(yīng)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)什么樣的教學(xué)環(huán)境？情境認知理論認為：教學(xué)的主要任務(wù)是創(chuàng)設(shè)情境學(xué)習(xí)環(huán)境，利用該環(huán)境促使學(xué)生主動進行意義建構(gòu)，有助于師生間發(fā)揮互動的持續(xù)的激勵作用。通過激勵使學(xué)習(xí)者獲得的信息內(nèi)化，使他們的元認知技能得到發(fā)展。在情境學(xué)習(xí)環(huán)境中，教師可以通過以下幾種形式創(chuàng)設(shè)激勵互動：模擬、腳手架、指導(dǎo)、輔導(dǎo)、建議、合作性、折疊以及利用認知工具和資源等［3］。

如何更好地運用插圖幫助學(xué)生學(xué)習(xí)？如何提供恰當?shù)闹С?，幫助他們快速有效地進入最近發(fā)展區(qū)，獲得潛在的發(fā)展水平？使插圖成為可作為“工具”的知識，讓學(xué)生借助插圖進行思考和體驗，對知識進行表征?！叭獭崩碚撌菂蝹鳚h教授多年的基礎(chǔ)教育研究經(jīng)驗，是在對關(guān)于情境與問題相關(guān)教學(xué)模式研究的基礎(chǔ)上，提出的希望通過讓學(xué)生學(xué)會思考、獲得體驗、學(xué)會表達來培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的系統(tǒng)理論，關(guān)于此理論融入物理教學(xué)的可行性及在物理教學(xué)中的設(shè)計案例已有研究進行闡述［4］。基于此，本文根據(jù)人教版必修教科書部分插圖的特點，運用“激勵”方式創(chuàng)設(shè)教學(xué)互動情境，應(yīng)用“三教”理念設(shè)計教與學(xué)過程，讓學(xué)生全身心積極參與到課堂教學(xué)中去，幫助學(xué)生建構(gòu)知識、培養(yǎng)能力，以達到培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標。

２ “模擬”激勵，運用圖形、圖像幫助學(xué)生數(shù)理結(jié)合分析形成物理觀念

“模擬”指學(xué)徒對師傅的任務(wù)先觀察后模仿?！澳M”發(fā)生在任務(wù)進行中，并以重要方式吸引學(xué)生參與，學(xué)生需要理解“怎樣做”，知道為什么這樣做時“模擬”效果最好。

物理學(xué)中有些概念和原理需要借助圖像來分析和說明，用圖形、圖像表示物理概念和規(guī)律，形象直觀。如何運用數(shù)學(xué)知識建構(gòu)物理觀念，對今后的物理學(xué)習(xí)是非常重要的。對于剛進入高中的學(xué)生，教學(xué)中要加強對學(xué)生識圖、用圖的指導(dǎo)，引導(dǎo)他們運用圖像表示和分析處理物理問題，從對圖像的分析中形成正確的物理觀念。

必修一的第一章第２節(jié)是學(xué)生進入高中后第一次接觸到的與數(shù)學(xué)有關(guān)的圖形、圖像，第１次遇到用數(shù)學(xué)中的數(shù)軸、圖像知識描述機械運動。對于剛進入高中的學(xué)生來說，掌握分析處理的方法至關(guān)重要。如何結(jié)合數(shù)學(xué)知識進行分析？如何設(shè)計便于學(xué)生模擬和掌握的讀圖、析圖、制圖的方法？例如，圖１（教科書圖１．２－１［５］）可幫助學(xué)生分析、掌握、形成關(guān)于時刻和時間間隔的觀念。關(guān)于時刻和時間，生活中籠統(tǒng)地稱它們?yōu)闀r間，教學(xué)中如何讓學(xué)生正確區(qū)別這兩個概念，“三教”設(shè)計如下：

教思考：如何結(jié)合數(shù)學(xué)知識用圖思考？設(shè)計以下問題引發(fā)學(xué)生思考：①這是一個帶箭頭的有刻度的線段，與這個類似的圖大家在初中數(shù)學(xué)見過，叫什么呢？這里它是用來研究什么的？所以，我們給它取名叫什么？因此，這里線段上的數(shù)字表示的物理涵義是什么呢？②這個時刻和時間軸上的每個點代表的物理量是什么？時間在圖上是如何表示的？這里的時間概念與你平常說的時間是否是一回事？軸上的最小間隔單位是什么？它表示的物理意義是什么？

教表述：如何讀出圖中的信息？設(shè)計以下問題讓學(xué)生回答：這幅圖描述的生活實際是什么？你可以從圖中知道哪些信息？關(guān)于時刻和時間間隔圖，你可以從中獲取哪些物理相關(guān)知識？圖中可以表示出哪些內(nèi)容？

教體驗：如何制圖？通過布置具體任務(wù)讓學(xué)生親自設(shè)計，體驗與生活實際的聯(lián)系：請大家再畫一個與你生活有關(guān)的時刻和時間軸，并在軸上標出第３ ｓ末、第４ ｓ初、第５ ｓ內(nèi)、第二個４ ｓ、４ ｓ到７ ｓ的中間時刻，并利用所畫的時間軸，舉例說明生活中的具體事例。如用時間軸可以大致表示同學(xué)們工作日一天的作息時間等。

根據(jù)模擬激勵理論：以上設(shè)計需要學(xué)生理解“怎樣處理”和知道為什么這樣處理，再讓學(xué)生進行以下模擬。位置與位移概念及其矢量性又是本節(jié)教學(xué)的一個難點，為了讓學(xué)生能模仿圖１的處理方法突破這一難點，利用圖２（教科書圖１．２－２和圖１．２－５［５］）“模擬”上述運用數(shù)軸這一數(shù)學(xué)工具分析物理問題的方法，幫助學(xué)生掌握位置軸上位置、位移的表示方法，建立起位移和矢量的概念，區(qū)別初中學(xué)過的路程，對時空之間的瞬時和過程間的對應(yīng)關(guān)系有初步的認識。讓學(xué)生模仿上述方法進行相關(guān)研究學(xué)習(xí)。

聯(lián)系數(shù)學(xué)的圖形、圖像知識表示物理量，分析其包含的物理意義，描繪物理過程和規(guī)律等，是學(xué)好物理必須掌握的重要“工具”，也是建構(gòu)物理知識的重要方法之一。這些數(shù)學(xué)“工具”的運用，有助于學(xué)生加強不同學(xué)科知識間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科分析問題的能力，幫助學(xué)生形成正確的物理觀念。

３ “腳手架”激勵，運用生活實例模型圖培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題

“腳手架”是應(yīng)用在學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)不完整或不穩(wěn)固時的教學(xué)需要。腳手架支撐學(xué)生度過“最近發(fā)展區(qū)”，促進學(xué)生由已知知識向正在完成的任務(wù)遷移。創(chuàng)造學(xué)生的認知水平與教學(xué)特征之間的“匹配”條件，來彌合任務(wù)的要求與學(xué)生技能水平之間的裂縫。腳手架的形式很多，“問題”是最主要的形式之一?！皢栴}腳手架”是教師通過分析學(xué)情，分析學(xué)生學(xué)習(xí)過程中可能會遇到的困難，根據(jù)情境設(shè)計恰當?shù)膯栴}啟發(fā)學(xué)生進行思考，有針對性地幫助學(xué)生在問題解決中遷移和運用知識，解決困難。

新課標強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生在真實情境中運用知識解決問題的能力，必修二第六章第４節(jié)的內(nèi)容是圓周運動在生活中的應(yīng)用，學(xué)生通過第一個實例“火車轉(zhuǎn)彎”的分析、理解，初步掌握了運用圓周運動模型分析生活實例的方法。為了加強和穩(wěn)固學(xué)生的這一現(xiàn)有水平，幫助他們掌握運用這一方法，對圖３（教科書圖６．４－４和圖６．４－５［６］）汽車過拱形橋和凹形路面的模型圖，采用提供“問題腳手架”的激勵策略，讓學(xué)生把運用圓周運動模型解決生活實例的方法遷移運用到新的情境中，順利進入學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。通過對問題的解決，加深學(xué)生對圓周運動模型在生活中運用方法的掌握，培養(yǎng)學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力。“三教”設(shè)計如下：

教思考：設(shè)計關(guān)于汽車過拱形橋橋頂時的問題串，運用問題串進行思考，如圖4所示。

教表述：同樣的車速，拱形橋圓弧的半徑大小如何影響橋的安全？汽車過拱形橋的車速如何影響橋的安全？整理思路，進行回答。

教體驗：運用到其他生活實例中，對過凹形路面的汽車運用同樣的方法進行研究。

４ “指導(dǎo)”激勵，引導(dǎo)學(xué)生用原理圖建構(gòu)物理規(guī)律

“指導(dǎo)”應(yīng)用在教學(xué)中，主要指對學(xué)習(xí)者理解方面的活動和情境知識進行解釋，并提出有關(guān)怎樣、何時和為什么進行的附加指示。包括引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的注意，提醒遺漏的步驟，提供暗示與反饋，對做事方式進行質(zhì)疑與建構(gòu)，并提出附加任務(wù)、問題與問題情境。指導(dǎo)者要能識別出學(xué)生思維中的錯誤、誤解或不完善的推理，指出后幫助其進行修正。

教科書中有些人工繪制的原理圖，是為了幫助學(xué)生清晰建構(gòu)物理模型及其相關(guān)物理規(guī)律或為了準確理解相關(guān)知識而繪。對于基于大量數(shù)據(jù)而建立起來的開普勒三定律，需要的數(shù)學(xué)知識較深。教科書為了幫助學(xué)生正確理解這一定律，繪制了三幅原理圖。如何利用這些圖幫助學(xué)生正確理解開普勒三定律，形成正確的“行星運動模型”？“三教”設(shè)計如下：

教思考：對于行星的運動，該如何建立？你認為應(yīng)該從哪些方面來確立行星是如何運動的？如何畫圖來分析行星運動的軌道、運行時間、運動類型等？

教表述：指導(dǎo)學(xué)生一邊作圖，一邊說明涵義，培養(yǎng)學(xué)生的表述能力。請學(xué)生按照圖５（教科書圖７．１－１［６］）的方法在紙上畫出橢圓，指出太陽及行星位置，對照圖說明“軌道定律”的涵義；在此圖上說明“面積定律”中面積相等的涵義，指出離太陽遠近不同時速度不同的原因。

教體驗：對照圖６（教科書圖７．１－３的左圖［６］），讓學(xué)生量出圖中行星（從里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星）軌道的半長軸和半短軸后，按圖下的比例（圖中長度表示實際距離為109 km）換算成實際長度，說明其軌道是橢圓，并要求以地球為例算出其軌道半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值，以此解釋開普勒第三定律中Ｋ的意義。進一步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題：行星的運行軌道雖是橢圓，但這里為什么看上去非常接近圓，后面的學(xué)習(xí)中能否按勻速圓周運動處理？通過計算分析比較說明。

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過以上步驟分析作圖，獲取對行星運動模型的理解和開普勒三定律的掌握，提高學(xué)生運用原理圖進行模型建構(gòu)的能力。

５   “合作”激勵，運用實驗?zāi)Ｐ蛨D、過程分析圖等創(chuàng)設(shè)培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的主題

合作性是情境學(xué)習(xí)環(huán)境中重要的激勵方式之一，小組相互作用是學(xué)習(xí)的基本要素。在小組之間，社會性的相互作用和會話是以專門引發(fā)與修正有關(guān)個人信念的方式發(fā)生的。由于合作是人們在日常相互作用時常有的，個人總是試圖通過利用社會提供的圖式和情境線索去解決問題。所以，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)有非常重要的現(xiàn)實意義。

合作學(xué)習(xí)中，學(xué)生能共同體驗對學(xué)習(xí)的責任，彼此間能對各種經(jīng)驗的意義進行澄清、精制、描述、比較、處理并達到一致。學(xué)生能在某問題范圍內(nèi)成為專家，并參與相互教學(xué)。成員間可輪流做學(xué)習(xí)的領(lǐng)導(dǎo)者、學(xué)習(xí)的聽眾，或提供批評，或擔任激勵討論的領(lǐng)導(dǎo)人，能對內(nèi)容作出解釋，并協(xié)助去除誤解等。

利用多幅圖創(chuàng)設(shè)合作學(xué)習(xí)主題：例如，必修第二冊第六章第３節(jié)中關(guān)于向心加速度公式的推導(dǎo)，在學(xué)習(xí)向心力之后可運用三種方案進行：運用向心力表達式進行推導(dǎo)，如圖7（教科書圖６．３－１［６］），培養(yǎng)學(xué)生運用公式進行推理論證的能力；利用向心力演示器及傳感器通過實驗的方法驗證，如圖8（教科書圖６．２－４［６］），首先利用相關(guān)知識對向心加速度公式進行猜想，再運用實驗方法驗證，此方法可培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計與探究的能力；如圖9（教科書圖６．３－４［６］），運用加速度的定義進行推導(dǎo)，可培養(yǎng)學(xué)生運用微元法處理物理問題的能力。這三種方法對于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)都非常有用?！叭獭痹O(shè)計如下：

教體驗：創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生體驗成為專家的學(xué)習(xí)方式。讓班級所有學(xué)生自主選擇其中自己擅長的方式進行研究，把選擇相同方法的學(xué)生分成一組，每組５～８人，分成３～６組。各組學(xué)生分工協(xié)作，分別進行研究。研究中會的學(xué)生教不會的學(xué)生，在相互學(xué)習(xí)、討論和交流中，既學(xué)會了知識，又培養(yǎng)了思維，再推選一人匯報講解。

教表述：讓學(xué)生對各自的研究方法進行集中討論、講解；一組匯報時，其他組可進行補充、完善。

教思考：教師通過學(xué)生對各種方法的匯報講解，對學(xué)生沒有理解的問題，先讓學(xué)生組內(nèi)交流研討，再在分組探討的基礎(chǔ)上讓其他學(xué)生補充講解。最后，教師對三種方法進行分析比較，對學(xué)生的表現(xiàn)進行評價，說明利用每種方法的原則。教師先評價用力和運動理論從向心力公式推出向心加速度的邏輯思維，是牛頓運動定律的直接運用；再對用實驗法進行驗證并記下的實驗相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，強調(diào)實驗在物理學(xué)中的重要性；然后對照畫圖講解運用微元法推導(dǎo)向心加速度的方法，強調(diào)物理思想和方法應(yīng)用的重要性。從對三種方法的分析比較中，加強學(xué)生對相關(guān)知識間聯(lián)系的理解，理解不同方法中包含的不同的物理思想，使思想和方法在運用中得到內(nèi)化，使分析比較、推理論證的能力在不斷的研討中得以提升，更好地培養(yǎng)了學(xué)生交流合作的能力。

６ “建議與輔導(dǎo)”激勵，運用實驗圖、理論模型圖等輔導(dǎo)學(xué)生運用物理思想和方法自主學(xué)習(xí)

“建議與輔導(dǎo)”有助于學(xué)生最大限度地利用他們自己擁有的認知資源，學(xué)習(xí)者必須有機會去體驗他們自己的決策過程和解決問題的策略。對于這點，給學(xué)生提供暗示性的建議與輔導(dǎo)，要勝于明確的建議與輔導(dǎo)；非指導(dǎo)性的建議與輔導(dǎo)要勝于指導(dǎo)性的建議與輔導(dǎo)。

對于電磁學(xué)，電場線、磁感線是物理學(xué)中用于研究的理論模型，掌握好這些模型圖是學(xué)好電磁學(xué)的關(guān)鍵。學(xué)生掌握困難的原因之一是各種磁場周圍的磁感線分布圖線相似，且表示方法多，各種圖示不易掌握；另一原因是該部分相似定律較多，各定律如何運用，各定律間有哪些本質(zhì)區(qū)別，是學(xué)生難掌握、易混淆的地方。教科書必修第三冊中有大量關(guān)于這方面的插圖，有很多實驗裝置立體圖、平面分析示意圖等，如何利用這些插圖幫助學(xué)生解決這些問題？幫助學(xué)生分析物理過程是學(xué)好該部分的關(guān)鍵。建議對各種磁感線圖運用轉(zhuǎn)化、化歸思想處理，轉(zhuǎn)化、化歸思想能揭示知識的內(nèi)在聯(lián)系，是處理物理問題指導(dǎo)性的思路和方法。“三教”設(shè)計如下：

教思考：如圖１０（教科書圖１３．１－６、圖１３．１－８、圖１３．１－９［７］），這三幅圖的磁感線有聯(lián)系嗎？如圖１１（教科書圖１３．１－７、圖１３．１－１０、圖１３．１－１４［７］），如何由直線電流的安培定則推導(dǎo)出環(huán)形電流的安培定則？分別應(yīng)用這兩種方法判斷圖中小磁針的轉(zhuǎn)動方向，比較圖１２中（教科書圖１３．１－５、圖１３．１－８［７］）“螺線管”的外部磁場與條形磁體磁場的關(guān)系。

教表述：對不同的圖進行描述，說出各圖間磁感線空間分布的聯(lián)系，指出不同視角下圖的磁感線分布情況，總結(jié)各種磁鐵和導(dǎo)線的磁感線分布特點。

通過比較“通電直導(dǎo)線”和“環(huán)形電流”周圍磁感線的空間分布，把環(huán)形電流看成由許多小段的直線電流組成，滲透“微元”和“累積”的思想方法；再比較“環(huán)形電流”和“通電螺線管”的磁場，把通電螺線管看成多個環(huán)形電流串聯(lián)組成，實現(xiàn)從通電直導(dǎo)線磁場到環(huán)形電流磁場，再到通電螺線管磁場的轉(zhuǎn)化。加深學(xué)生對磁感線是封閉曲線這一特點的認識，加強磁場知識間的聯(lián)系，幫助學(xué)生形成正確的磁場觀。同時，也讓學(xué)生體會由直到曲、由熟悉到陌生的思想方法的運用。

教體驗：對于電磁部分，教科書插圖多為立體插圖，如何從各個角度識圖、畫圖？如何化立體圖為平面圖？如何運用平面圖分析問題？建議利用插圖進行立體圖、平面圖相互轉(zhuǎn)化的練習(xí)。將圖１０中的各立體圖畫出相應(yīng)的平面圖（包括側(cè)視圖、俯視圖和正視圖等）；將圖１３中（教科書問題欄目圖及圖１３．３－２［７］）的這兩幅圖進行轉(zhuǎn)化，并用該立體圖畫出不同視角下的平面圖，并說出對應(yīng)的物理情境。

７   “認知工具”激勵，將探索學(xué)習(xí)模型圖制成分析“圖表”，培養(yǎng)學(xué)生自主探究形成物理觀念

認知工具的設(shè)計應(yīng)能允許并鼓勵學(xué)習(xí)者形成自已的思維與觀念。情境學(xué)習(xí)環(huán)境提供各種認知工具與資源，支持以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。認知工具通常有多種形式，如圖表、模仿物和通信工具等。認知工具能為學(xué)生開發(fā)自己的認知潛能、優(yōu)化自己的學(xué)習(xí)能力提供廣博的機會。

如果將知識圖表化，可以幫助學(xué)生更加直觀地分析建構(gòu)知識，圖表包括各種圖式和表格。物理教科書中有些插圖間有一定的關(guān)系，如果將這些插圖放在一起制成表格，設(shè)計情境問題，利用對比、比較，推理論證，加深學(xué)生對知識的理解，幫助學(xué)生在高階思維下建構(gòu)知識，這一圖表可以成為學(xué)生分析認識、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的認知工具?！叭獭痹O(shè)計如下：

教思考：為了研究重力做功和路徑的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生圖文結(jié)合自主學(xué)習(xí)分析問題的能力，現(xiàn)將必修第二冊第八章中的兩幅探索學(xué)習(xí)模型圖放在一起，如圖１４（教科書圖８．２－１、圖８．２－４［６］），將圖１４制成表格進行相關(guān)研究，如表１所示。

教表述：請在閱讀教科書相關(guān)文字內(nèi)容后將推理與論證過程表達出來。

教體驗：教科書中有很多探索物理規(guī)律的學(xué)習(xí)模型圖，表1可以推廣使用。例如，如圖１５（教科書圖５．２－１［６］）是通過研究蠟塊的運動分析合運動與分運動關(guān)系的圖，請你設(shè)計分析圖表，并結(jié)合圖表進行實驗，形成規(guī)律。

8 結(jié) 語

每一種“激勵”都是根據(jù)需要選擇的，教是為了“不教”，是為了培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；運用“三教”理念可以幫助學(xué)生運用插圖科學(xué)思維、深度學(xué)習(xí)，自主建構(gòu)知識，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的，如表２所示。

參考文獻：

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［７］人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中教科書物理必修第三冊［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２０１９．

（欄目編輯 劉 榮）