教材插圖在化學教學中的應用研究

張興濤

摘要：化學教材插圖的特點有直觀性、標準性，有著文本不可替代的功能。在使用教材插圖時要對不同學段、不同模塊、不同版本、不同國家的教材插圖進行對比。對實驗裝置圖類的教材插圖進行改進是化學教學中應用教材插圖的重點。注意教材插圖的引發問題意識、作翻轉課堂的學習資源、化學啟蒙教育、培養信息獲取和拓展視野、培養學生心理和精神品質等功能。

關鍵詞：教材插圖；化學教學；特點；對比；改進；功能

文章編號：1008-0546（2017）05-0022-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.007

我國初高中化學教材在實行新課程改革以來經過多次的修訂，在知識結構、內容編排、欄目設置等方面不斷完善，也更加科學、合理。各種不同版本的化學教材在修訂時有一個共同的變化，那就是教材插圖的逐漸豐富。化學教材插圖有其獨特的學科特點，主要有實物圖（包括化學實驗儀器實物圖）、微觀與原理模擬圖（包括各種化學符號）、實驗操作示意圖、實驗現象圖、化工生產圖等，為中學化學教學提供了極其重要的教學資源，也從側面反映了一個事實——化學教學離不開插圖的輔助[1]。但隨著現代信息技術的發展和網絡資源的不斷豐富，教師在中學化學教學中對教材插圖的應用趨于淡化，甚至有棄之不用的現象。但插圖在教學實踐當中發揮著文本不可替代的功能[2]。插圖除了有利于教學的基本功能以外，還是人們認識教材的重要媒介[3]。筆者在多年的中學化學教學實踐中，通過對教材插圖在化學教學中的應用進行了一些嘗試和探索，希望能提供有意義的參考和啟示。

一、教材插圖的特點

1. 直觀性

現代認知心理學認為，知識學習的過程一般分為三個階段：知識的獲得；知識的保持；知識的應用。知識的獲得是知識學習的第一個階段，包括知識的感知與理解，是新的知識信息進入短時記憶，與長時記憶中被激活的相關知識建立聯系，從而出現新意義的建構。在知識學習的第一階段，學生對知識的感知最重要的形式是觀察，通過觀察對感知到的教學材料進行簡單加工，從而形成的新認識的過程稱為知識直觀。知識直觀是理解學科知識的起點，是學生由不知到知的開端。在實際教學過程中，主要有三種直觀方式：模像直觀、實物直觀和言語直觀。化學教材插圖屬于模像直觀，是對化學學科相關客觀事物的簡化、抽象或夸張，人為地排除一些無關因素，突出本質要素，擴大了直觀的范圍，提高了直觀的效果。因此，化學教材插圖不論是學生在知識感知中的觀察，還是進行模像直觀學習，都體現了很好的直觀性。

2. 標準性

我國初高中化學教材有多個版本，它們均經過專家們多次修訂，因此教材插圖極具標準性。教材插圖的標準性主要指圖片的清晰度高、圖形或儀器的大小比例適當、化學符號書寫規范、實驗裝置具有科學性和安全性、插圖內容真實、嚴謹、權威。

學生在學習中經常對化學理論中相近的核心概念辨識不清，導致對化學理論的理解一知半解，對化學理論的應用更加困難。教材插圖的標準性為化學教學提供了可靠的依據，結合化學插圖的直觀性，充分利用教材插圖的解釋功能，可以在教學中幫助學生更好地理解化學理論中的核心概念，例如下圖1、圖2[4]表達的是過渡態理論中反應活化能的概念。

通過對圖1和圖2的分析，可以讓學生準確理解Ea（正反應的活化能）、Ea'（逆反應的活化能）、Ea1（有催化劑參與反應的活化能）、Ea2 （無催化劑參與反應的活化能）等概念，進而引發碰撞理論（直觀的化學反應速率理論）等“云知識”或某一化學理論的理解和掌握，從而建構起學生自己清晰的認知體系（如下圖3）。

因此，在教學中要充分利用教材插圖的標準性，起到快速、清晰地掌握化學核心概念的作用。

二、教材插圖對比

化學教材在編寫過程中，因編者、環境、模塊、學段等多種因素的影響，導致相近甚至相同化學知識的相關教材插圖有所不同，教師在教學中應采用對比的方法，分析不同插圖的特點，體會教材編者的意圖，組織更優化的教學設計。

1. 不同學段對比

科學教育的目標不是去獲得一堆具體事實和理論的知識，而應該是實現一個趨向核心概念的進展過程[5]。不同學段的化學教學插圖，是依據不同學段學生的化學認知水平而設計的，通過對比，提醒教師注意學生認知的進階性。既不能低級重復，也避免盲目冒進，科學有序地進行教學設計。例如下圖4是人教版九年級教材（左）和高中教材（右）中HCl分子模型插圖的對比。

通過對比，教師要理解相同分子在不同學段教材插圖中出現兩個不同模型的原因，體會教材編者的意圖，九年級學生先暫時不要涉及電子云重疊或共價鍵的概念，避免造成化學初學者不必要的難度。注意：滬教版九年級教材插圖和高中教材插圖中共價分子的模型是相同的，但在教學中可先不要解釋原子間如何形成分子的。

2. 不同模塊對比

高中化學教材分必修模塊和選修模塊，部分內容感覺是在重復，但是其課程設置理念是不同的。必修模塊教材體現化學課程的基礎性，為學生科學素養的發展和高中階段后續課程的學習打下必備的基礎。選修模塊則更好地實現了化學課程的選擇性，拓展學生的選擇空間，以適應學生個性發展的需要，引導學生運用實驗探究、調查訪問、查閱資料、交流討論等方式，進一步學習化學科學的基礎知識、基本技能和研究方法[6]。必修和選修模塊課程設置理念反映在化學教材插圖上，體現得較明顯，例如研究碳酸鈣與鹽酸反應的反應速率，在蘇教版必修模塊化學2中的插圖是圖5[7]。

在蘇教版選修模塊化學反應原理中的插圖則是圖6[8]。

對比插圖5和插圖6，教師對必修和選修模塊的同一內容的不同要求一目了然，這樣在進行必修和選修模塊的教學設計時就能做到深度適合、方法恰當、目標明確。

3. 不同版本對比

對比不同版本的教材插圖，找出它們的不同，分析各自的特點和優點，在教學中展示給學生，開闊學生視野，豐富學生的知識結構，理解更快捷、更高效。下表1[9-10]以人教版和蘇教版選修《有機化學基礎》模塊中乙醇的性質內容的教材插圖進行對比。

通過上表中可以看出乙醇的消去反應在催化劑和儀器使用等均不同，并且不同性質的反應插圖側重也不一樣，插圖展示的形式（蘇教版是實驗裝置示意圖，人教版是實驗裝置照片）。不同版本教材插圖的對比，不僅可以看出各自版本插圖的區別，還可以起到不同版本內容的互補作用。

4. 與國外教材對比

化學作為一門自然科學，在學科知識的認知和表達上，應該和其他國家保持一致，因此在化學教材插圖上也應該注意與國外教材進行對比，避免出現經驗型的教學認知誤區。例如下圖7[11]是我國人教版九年級上冊化學教材中二氧化碳的制取和收集裝置圖。有教師依據此裝置圖和自己的經驗，告知學生二氧化碳的收集只能用排空氣法，不能用排水法，并解釋因為二氧化碳能溶于水。

對于二氧化碳氣體的收集，國外（日本、英國、新加坡等）的教材插圖畫的就是排水法收集二氧化碳[12]。通過對比國外教材插圖，認真分析二氧化碳的溶解性，可知二氧化碳在水中的溶解度不大，在常溫常壓下是可以通過排水法收集的。

通過教材插圖的對比，教師可以占有更多的教學資源，在化學教學中做到心中有數、心中有底。

三、教材插圖的改進

化學教材插圖有多種類型，其中實驗裝置圖所占比重最大（均大于40%）且基本都與化學學科核心概念、學科素養和核心理論相關。

化學教材作為實現課程標準的藍本有其重要的參考價值，教材所呈現的實驗裝置和操作往往具有示范作用，但并不意味著必須完全按照教材的組織形式展開教學[13]。因此，在化學教學中，教師應先按照教材中實驗裝置圖進行實際操作，認真分析教材中的化學實驗裝置圖及其實際實驗效果，進行有針對性的實驗改進，改進過程主要遵循以下原則：不違背科學原理、操作更簡便、試劑和器材易于獲得、試劑便宜且用量少、實驗現象明顯、最好能定量分析、更加安全環保。例如下表3[14]。

很多優秀化學教師對化學實驗裝置的改進非常成功，為中學化學實驗教學的改進提供了有益借鑒。

四、教材插圖的功能

教材插圖的直觀性決定了其基本的教學功能：展示功能，輔助學生記憶、理解功能，影響學生情感、興趣和注意等。在化學教學中，教師應該在充分利用教材插圖的基本功能基礎上，充分挖掘其他功能。

1. 引發化學學習問題意識

教材插圖可以引發學生對知識“原初態”的思考，不同的學生在面對陌生的問題時，大都能產生相同或相似的共鳴，這種共鳴很多是好奇和疑惑，而這恰恰是學生對知識進行探求的開始。

例如九年級化學教材插圖圖8[15]。

在課堂教學中通過圖8讓初學化學的學生對分子、原子及其關系等新的知識先有直觀的感知和理解。然后讓學生根據圖8，畫出二氧化碳（CO2）分子的模型，結果出現了以下很多種模型（由①到⑤數量逐漸減少），如圖9。

當教師說模型⑤是最接近二氧化碳分子時，學生非常驚愕，問題接連不斷：碳原子比氧原子體積大嗎？原子的體積大小怎么知道啊？二氧化碳分子中的三個原子為什么不像水分子那樣，而是在一條直線上？

教師沒有想到一個簡單的教學插圖會引出這么多問題，而這些問題恰恰是一年后高中化學要學習掌握的內容。可以看到簡單的教學插圖一樣可以引發非預設問題，而這種非預設生成的問題是培養學生化學學科素養的契機。這種課堂生成性資源具有瞬時性、不確定性、生命性，對這些稍縱即逝的“不確定性”的生命信息，我們不要幻想消除它們，而是要正視它們，要努力“與不確定性一起工作”[16]。

2. 可用作翻轉課堂的學習資源

翻轉課堂在學習形式上是將知識學習、傳授放在課前進行。被前置的知識學習過程，需要提供給學生可以進行學習的資源，這個資源包括教材、微課、閱讀材料等[17]。而微課的制作過程因為對環境和設備的要求較高，很多教師感覺消耗精力過大。而教材插圖的使用就很方便，有些教學插圖與文字敘述的“系統性”理論有很強的關聯性，有些展現在學生面前的教材插圖有很大的“開放性”，可以給教師和學生更多的視角和維度去領會和學習知識。例如下圖10，乙酸乙酯制備教材插圖和錯誤圖的對比，讓學生在課前找出教材插圖（左）與錯誤圖（右）的不同（5處），思考原因。

可見教材插圖也是翻轉課堂很好的學習資源。

3. 用于化學啟蒙教育

國際上對16歲以前的少年兒童進行化學啟蒙教育已經成為化學教育發展的一大趨勢[18]。化學的前啟蒙應該重視培養學生對化學的興趣，重視按照學生興趣的發展規律實施啟蒙[19]。利用教材插圖的優勢和化學實驗相結合，可以對七年級、八年級的學生開展化學啟蒙教育的校本課程。例如，北京十一學校為八年級學生設置的“快樂化學”校本課程。

4. 培養信息獲取和拓展視野

教材插圖中的一些信息，經常被教師忽略，也確實不影響正常教學活動的開展，但是卻能被極少數學生所發現，并向教師提出自己的困惑，而教材插圖的嚴謹性又提醒一定有其科學的道理。這種情況在化學教學中彌足珍貴，教師應認真對待教材插圖中的這類信息，并加以分析和研究，拓展教師和學生的學科視野。例如蘇教版教材插圖11[20]。

學生發現氯化鈉在水中電離出的鈉離子和氯離子形成水合離子，周圍均為6個水分子，學生問為什么？這兩種水和離子中一定含6個水分子嗎？查閱滬教版九年級教材插圖12[21]和人教版高中化學1教材插圖13[22]。

三種版本教材中Na+、Cl-的水化數均不完全相同，難道這個數值是隨意的嗎？這個幾乎沒人注意的問題，卻讓人疑慮重重，通過查閱文獻資料，才知道離子的水化數的測定（計算）方法有水化熵法、離子淌度法、壓縮系數法、統計力學計算法、核磁共振光譜法、拉曼光譜法、軟X射線衍射法、氣相測量法、紅外光譜法、理論計算法等，后面四種方法的結果較可靠。并且離子的水化數還與溫度、濃度有關。三種教材雖然不統一，但應該是都可能符合實際的[23]。

5. 培養學生心理和精神品質

教材插圖有很多是關于化學發展史、人物傳記、環境問題、實驗安全、新材料、新科技、新能源等內容。在化學教學設計中，要充分利用這些插圖發展學生的理性思維、批判質疑、勇于探究、珍愛生命、健全人格、社會責任、國家認同等核心素養。

五、結語

教材插圖是寶貴的化學教學資源，不僅不能弱化，更應該重視、挖掘和改進，提高其教學應用價值。教材插圖是靜態的，但其背后的思維過程和科學的實驗探究歷程是豐富和動態的，它能引導學習者延伸思考。因此，教師在使用教材插圖時，不能紙上談兵，要進行文獻查閱、動手實驗操作和分析，要完成對教材插圖的超越，充分挖掘隱含在教材插圖后的化學學科知識發展的起因、歷程、狀態和可能動向。

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