從核心素養視角談高中物理教材插圖中的德育元素
——以新人教版和粵教版必修模塊為例

張凱翔 張軍朋

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

育人為本，德育為先.隨著新課程改革的不斷深入，我國基礎教育課程的目標方向和價值追求經歷了從“雙基目標”到“三維目標”再到“核心素養”的3個階段，實現了從學科知識到學科本質，再到學科育人價值的轉變.物理學科核心素養作為物理學科育人價值的集中體現，使得學科和育人走向協調統一，這也就意味著：物理學科德育不再是發揮物理學科育人功能過程中的一個孤立環節[1].

物理教材是物理教師開展物理教學活動的主要依據，其編寫以落實立德樹人根本任務為總導向，以提升物理學科核心素養為總目標[2].根據心理學家Paivio的雙重編碼理論，插圖作為教材的非語言表征，可以更好地加深學生對知識的理解和記憶[3].因此，已有不少學者對插圖在教學實踐中所具有的教學價值進行了開發研究，但是，卻鮮有學者對其插圖所蘊含的德育價值進行挖掘.實際上，學科德育作為一種育人活動，尤其看重學科知識與學生生活以及已有認知和情感經驗之間的聯系[4]，而從認知心理學的角度，教材插圖由于其生動逼真、色彩鮮艷的特點，可以為學生提供更為具體、直觀的感知對象，是學生在思維過程中建立正確表象的基礎[3].可見，教材插圖不僅蘊含著豐富的知識信息，還與學科德育具有天然的契合性.有鑒于此，本文以新人教版和粵教版必修模塊為例，從物理學科核心素養的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任4個維度談高中物理教材插圖中的德育元素，希望能夠為物理教師在培養學生物理學科核心素養的過程中滲透學科德育提供有力參考，從而更好地落實立德樹人的根本任務.

1 物理觀念維度下高中物理教材插圖中的德育元素

教材中有些插圖形象地復刻了真實的物理情境，將物理概念和規律活靈活現地呈現在了學生面前，能夠幫助學生形成有關物質、運動與相互作用、能量等基本觀念，促使物理概念和規律等在學生頭腦中的提煉與升華.而物理學作為自然科學領域的一門基礎學科，為辯證唯物主義提供了大量的科學例證，教材插圖中能夠體現辯證唯物主義思想的物理概念和規律更是比比皆是.因此，物理教師在教學實踐中，不僅可以利用插圖來加深學生對物理概念和規律的理解，還能夠挖掘插圖中蘊含的辯證唯物主義思想，并將其融入到物理教學過程中，使辯證唯物主義教育與物理教學產生協同作用.

例如，人教版在“運動的描述”這一章節中，利用圖1描繪了宋代詩人陳與義的一首古詩：“飛花兩岸照船紅，百里榆堤半日風.臥看滿天云不動，不知云與我俱東”.該幅圖不僅蘊含著中國傳統詩意文化，以及古人對運動相對性的理解，還蘊含著物理學中的辯證唯物主義思想.教師在基于此圖進行教學時，可以從物理學的視角對“參考系”進行講解之后，引入“運動與靜止”這一對立統一關系，對學生進行較基礎的辯證唯物主義教育：“運動與靜止”是辯證唯物主義思想中的運動觀和對立統一規律在物理學中的具體體現，辯證唯物主義在肯定運動是普遍的、永恒的和無條件的同時，又承認靜止是運動的一種特殊狀態，絕對運動和相對靜止是相對統一的，這看似矛盾對立的雙方在一定條件下會發生轉換，這種觀念其實是與物理學中的相對運動相符合的.這樣的教學過程不僅有利于加深學生對“參考系”概念的理解，還可以培養學生的辯證唯物主義思想，向學生滲透認識世界和改造世界的根本方法——矛盾分析法，以便對學生進一步進行教育：引導學生正確看待同學之間的競爭關系，將競爭的壓力轉化為前進的動力；要求學生從實際出發，更加客觀地看待教師、家長和身邊的同學，切忌嚴以待人、寬以律己的現象發生……

圖1 古詩情境

諸如這樣的插圖，教材中還有許多，如圖2所示，牛頓“平拋石頭”的思想實驗蘊含著量變質變規律這一辯證唯物法中的基本規律；再如圖3所示，“同時性的相對性”思想實驗中蘊含著唯物主義真理觀：真理和謬誤在一定條件下可以相互轉化.類似此類插圖，物理教師都可以參考上述的教學思路，對學生進行較基礎的辯證唯物主義教育，幫助學生根據自己知識的掌握程度和遷移的本身需求，養成從物理學的視角解釋和解決問題的習慣，領會物理學中蘊含的科學價值和人文價值，掌握正確的辯證唯物主義世界觀和認識論.

圖2 “平拋石頭”思想實驗

圖3 “同時性的相對性”思想實驗

2 科學思維維度下高中物理教材插圖中的德育元素

物理學家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力.教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候,所剩下來的東西.”可見，在教學實踐層面開發學生科學思維尤其重要.教材中有些插圖在時間上具有遞進關系，在將科學認知的發展歷程“顯化”的同時，還利用其生動傳神的特點，將錯綜復雜的物理世界中的美學浮現出來.這類插圖不僅蘊含著建構物理模型過程中所需的科學方法和邏輯思維，還蘊含著物理學中的簡約之美、和諧之美.

例如，人教版在“萬有引力與宇宙航行”這一章節中，在“科學漫步”模塊中運用如圖4所示的組合圖描述了人類對行星運動規律的認識歷程，其不僅蘊含著人類從物理學視角對客觀事物的認識革新中所運用的科學思維，以及物理學家勇于創新、敢于質疑的科學精神，還蘊含著物理學中的審美情趣對物理研究的直接推動作用.而“科學漫步”作為教材中的選學內容，如果教師不對學生加以引導，學生往往會當作“故事會”來品讀.因此，基于該插圖組，物理教師可以運用以下問題串來驅動學生的思維.

(a)火星的逆行

問題1：古人在對行星運動進行研究時為何要建立理想模型？

問題2：物理學家在基于經驗事實進行科學推理和科學論證的過程中，所遵循的原則有哪些？

問題3：后人是否都是基于前人的研究成果，才提出自己創造性的見解？

問題4：物理學家們所追求的“簡約美”是如何指引他們突破對行星運動認識的瓶頸的？

通過這種有意識地引導，原本“呆木”的物理模型插圖中隱性的邏輯思維、科學精神和審美情趣得到挖掘，教師不僅從科學思維中質疑創新、科學推理、模型建構和科學論證4個要素的角度對學生進行了針對性地訓練，促進學生科學思維的形成，還有助于學生以物理學中的審美視角去感知客觀世界，逐步形成一定的發現美、欣賞美和創造美的能力，進而在學習感性物理的同時，感悟理性物理，觸發學生高階思維的產生，實現學生對物理學科的深度學習[6].

3 科學探究維度下高中物理教材插圖中的德育元素

物理學是一門以實驗為基礎的學科，其教材中自然也設計了許多科學探究活動.根據建構主義的觀點，在培養學生科學探究素養的過程中，至關重要的一點就是讓學生主動經歷真實的探究情境，并運用物理學科中的科學方法和邏輯思維去發現新知識[7].

教材中有許多插圖將科學探究的物理情境直觀地呈現出來，把“迷你實驗室”搬到了學生面前，便于教師和學生“足不出戶”就可以進行科學探究活動.基于此類插圖，教師不需急于告訴學生去“做什么”，而可以通過問題引導學生去發覺“為什么做”“怎么做”，幫助學生在科學探究的過程中，形成一種主動、多元尋求解決問題方案的心理特征，將科學探究能力內化為自身品質的一部分[8].

例如，人教版在牛頓第一定律這一節的“拓展學習”板塊中，設置了如圖5所示的插圖：在桌面上放置一張紙和一個小鋼球，小鋼球靜止在紙面上.

圖5 牛頓第一定律拓展實驗

教師可以基于這幅插圖開展這樣的教學活動.

師：如何根據圖中的小鋼球和紙來設計一個小實驗體現牛頓第一定律？

生：迅速拉動小鋼球下面的紙張.(學生可以從插圖中捏著紙張的手獲得線索)

師：結合觀察和生活經驗，我們可以猜想小鋼球的運動狀態是什么？

生：小鋼球會在原地不動.(學生由于思維定勢說出答案)

師：如果以紙張為參考系，小鋼球還是靜止狀態嗎？如果它的靜止狀態被迫改變，根據牛頓第一定律，它在水平方向的力難道發生了改變？

生：小鋼球在相對于紙張向相反的方向運動，并且在水平方向上幾乎不受力.(學生產生迷思概念，表示不符合自己對牛頓第一定律的理解)

師：如果以地面為參考系，這種矛盾的情況還會出現嗎？為什么對于同一物體的運動，當參考系選擇不同時，牛頓第一定律就會“失靈”呢？

顯然，上述的教學片段中教師通過層層遞進的問題，將生活中看似簡單的物理情境進行拆分，引導學生基于自身的思維定勢和迷思概念進行交流與反思，不僅拓寬了學生對牛頓第一定律的了解面，還為下一節“加速度與力、質量的關系”實驗探究課進行了“預熱”.

科學探究素養的培養并非一朝一夕之功，學生只有在反復經歷有效的科學探究活動后，才能使科學探究的素養和解決實際物理問題的能力得到真正地培養和升華.教材中還有許多類似的生活趣味小實驗插圖，如圖6所示.教師基于此類插圖，都可以采用類似的引導式提問，讓學生既能親歷實驗探究的過程，又能體驗理論探究的歷程，以科學探究的形式進行物理觀念和科學思維的教學，從而養成嚴謹認真、實事求是的科學態度，這對學生形成物理學科核心素養具有重大的推動作用.

(a)

4 科學態度與責任維度下高中物理教材插圖中的德育元素

隨著新課改的不斷深入，教材在插圖的選擇方面也更加注重人文性與科學性.教材中的一些插圖栩栩如生地將物理知識與生產生活、現代社會及科技發展之間的聯系呈現在了讀者面前，不但在一定程度上拓展了學生的知識視野，還蘊含著豐富的科學態度和社會責任等學科情懷.物理教師在教學過程中，可以基于此類插圖的內容，結合相關的多媒體資源和時事新聞，引導學生逐步形成學習物理的內在動機，在生活中自覺遵守社會上普遍接受的道德規范，樹立保護環境、節約資源，促進可持續發展的意識.

例如，人教版序言中的圖7，向學生展示了半導體芯片的外觀，為教師引導學生去感受物理學對半導體材料等前沿行業的影響提供了素材.基于此圖，教師可以結合美國封殺中興、制裁華為等，與國家、高新技術行業密切相關的時事對學生進行更深度的拓展，促使學生了解我國目前在芯片技術領域被“卡脖頸”的現狀，激發學生學習物理知識去改變現狀的信念，培養學生承擔民族復興與時代發展的使命感.

圖7 半導體芯片

教材中還有其他類似的插圖，如圖8和圖9所示，教師都可以結合時事展開教學，對我國高新技術行業的現狀以及國際形勢加以分析.長久下去，不僅能讓學生在和平年代依舊保持“憂患意識”，更深層次地激發學生的愛國情懷，甚至可能影響中學生在未來對專業和職業的選擇.

圖8 飛機在航母上起飛

圖9 嫦娥三號登月探險器

又如，粵教版在“運動的合成與分解”這一章節的課后習題中，設置了如圖10所示“跑馬射箭項目”的插圖，教師可以在講解完這道題的物理知識之后，提醒學生們注意插圖中的運動項目，嘗試引導學生關注“跑馬射箭”的少數民族傳統習俗，從而進一步呼吁學生保護和傳承少數民族文化，秉持尊重差異、包容多樣的觀念.此外，如“機械能及其守恒定律”這一章節中的圖11，描繪了潮汐發電的原理，不僅可以幫助學生回顧機械能守恒定律的物理知識，還能夠為物理教師引導學生領會科學本質，進行STSE教育提供素材，喚起學生對生態環境的保護意識，更好地建立人與自然的和諧關系.

圖10 跑馬射箭項目

圖11 潮汐發電原理

5 結束語

綜上所述，我們不難看出，不僅核心素養和德育元素之間是相互交融的，各個德育元素之間往往也是相互聯系的.教材插圖中的德育元素還遠不止本文中列舉的例子，物理教師在教學實踐中應在確保物理知識主體地位的同時，充分挖掘教材插圖中的德育元素，將物理學科德育實施的過程“如鹽在水”地穿插在培養學生物理學科核心素養的過程中，真正做到“守好一段渠、種好責任田”，落實立德樹人的根本任務.當然，教師還要做到言行一致，以身作則，牢記教師作為學生學習的榜樣，自身才是最重要的“德育元素”，實現全方位育人，努力開創高中物理德育新局面.