基于雙重編碼的人教版高中化學必修教科書插圖比較研究*

唐勁軍 張慧敏 張春婷

（廣西師范大學化學與藥學學院，廣西桂林，541004）

插圖是教科書助讀系統的重要成分，具有輔助文字表達、美化教科書、激發學生學習興趣等作用。《義務教育化學課程標準（2022年版）》在教材編寫建議部分指出化學教材要采用生動多樣的呈現方式，“合理利用教材正文、活動性欄目、資料性欄目、圖表等多種呈現方式，在學習內容和學習方法上給予學生指導和提示，促進學生積極、主動地學習”[1]，這體現了插圖在教材中的重要地位。人教版高中化學必修教材中的插圖是此次改版的重要內容之一，分析教科書插圖設置上的變化，有助于加深對教材的理解，為插圖的教學應用提供參考。因此，本文基于認知心理學的雙重編碼理論，從插圖構成的角度，利用雙重編碼法開展對新、舊人教版必修化學教材插圖設置的研究，為幫助教師理解新教材，落實“素養為本”的新課程教學提供參考。

一、插圖的功能及類型

插圖是教材內容最直觀的部分，內容豐富且表現形式多樣，當前各科教科書都采用了圖文結合的內容編制方式，豐富了知識的呈現方式，給師生帶來了更多美的視覺享受[2]。文字描述的模糊性易使學生產生迷思概念，通過配置插圖可將文字信息直觀化，使文字表述更加清晰，幫助學生準確理解。正如邵洵美指出的“圖畫能走到文字所走不到的地方；或是文字所沒有走到的地方”[3]。目前學者普遍認為教科書插圖具有裝飾、解釋、促進和影響4種功能[4]。關于教科書插圖的分類，研究角度不同，其分類方法不同。有研究者根據插圖的圖畫形式將其分為肖像圖、漫畫圖、實物圖、示意圖等[5]；也有研究者根據插圖的內容將插圖分為：實驗裝置類插圖、實驗現象類插圖、實物圖、操作示意圖、數據圖、原理圖、科學生活類插圖、結構圖[6]。本文在已有研究的基礎上，從插圖的構成角度進行研究。

二、研究對象

教科書插圖分為帶編號的插圖和不帶編號的插圖，前者通常位于正文部分，用于輔助文字；后者則常位于章首或課后習題部分，用于啟發引導學習或作為習題的一部分。帶編號的插圖主要由編號、圖名、圖片和圖注構成，編號表示插圖在各章節的呈現順序；圖名是對圖片內容的簡要概述；圖片是插圖的主體，是插圖最直觀的部分；圖注指對圖片所呈現事物的某部分作解釋說明的文字，一般是漢字、數字或化學符號。帶編號的插圖屬于教材的正文內容，結構完整，數量較多，與教學內容聯系緊密，蘊涵著豐富的教育功能。本文選取人民教育出版社2019年版的《普通高中教科書·化學（必修）》（以下簡稱新教材）和2007年版的《普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修）》（以下簡稱舊教材）中所有帶編號的插圖為研究對象。

三、理論基礎及研究方法

1.雙重編碼理論

加拿大心理學家阿倫·佩維奧認為語言和非語言在信息加工過程具有同樣重要的作用，并在認知理論的基礎上提出了雙重編碼理論（Dual-Coding Theory）。該理論認為人腦中含有兩個認知子系統，即以言語為代碼的語言表征系統和以表象為代碼的非語言表征系統。言語系統處理的是語言文字信息，而表象系統處理的是非語言文字信息（視覺信息）。這兩個系統相互獨立又相互聯系，輸入到其中一個系統的信息，也可以被另外一個系統所儲存并表現，具體過程如圖1。該理論的核心觀點是同時以言語和視覺兩種形式呈現信息能夠增強學習記憶。當學習者同時用言語和表象兩種認知系統表征相同材料時，大腦會在信息編碼的過程中建立言語表征和視覺表征的連接，從而增進信息理解的準確性，延長信息保持時間[7-8]。因此，同時以視覺形式和言語形式呈現信息能夠增強記憶，促進理解，降低單一信息處理通道的認知負荷，加速思維過程。

圖1 視覺與文字學習的雙重編碼理論

教科書插圖主要由文字和圖片兩部分構成，分別呈現了言語信息和視覺信息，兩種信息的組合能促進學生對知識的理解和記憶。以雙重編碼理論為基礎，分析化學教科書插圖蘊涵的言語信息和視覺信息，可以全面理解教材中插圖的內容和功能，為教學運用提供參考。

2.研究方法

對教材插圖的構成的編碼工作由2名研究者獨立完成，具體編碼方法見表1。W表示插圖的文字系統，文字系統是對圖片中事物的屬性或特征的描述，可分為定性描述和定量描述，分別用代碼W1、W2表示。定性描述不包含量化說明的描述方式，往往能體現出事物的宏觀特征。例如，新教材中的圖2-1“鈉常常保存在石蠟油或煤油中”，其文字部分沒有量化表征，僅從定性的角度對鈉的保存條件作了說明。定量描述包含具體的數量關系，是以數字說明為主的描述方式，能使事物特征描述更加精確、客觀。如新教材中的圖2-19“1mol物質的質量及所含粒子數”，其文字部分運用具體數字對物質及其分子做了定量描述。P表示插圖的圖像系統，是插圖文字系統的描述對象。本文參考宋振韶等人的研究，將插圖的圖像系統分為實景圖和示意圖兩大類[8]，分別用P1、P2表示。實景圖為實物的照片，如新教材的圖2-19，圖片呈現裝有水的燒杯和鋁片，是實物的照片。示意圖是由線條繪制而成的真實事物的輪廓或抽象事物的模型，如新教材中的圖2-22，它用正方體的體積來表示標準狀況下的氣體摩爾體積，正方體由線條構成，并非實物照片，屬于示意圖。人物肖像圖是反映真實人物特征的簡筆畫，并非真人的照片，歸于示意圖。

表1 教科書插圖構成的編碼系統

由表1可知教科書插圖的編碼代碼有W1、W2、P1、P2，這 4種代碼的組合方式共有 9種：W1P1、W1P2、W2P1、W2P2、W1W2P1、W1W2P2、W1P1P2、W2P1P2、W1W2P1P2。利用插圖構成編碼系統對新、舊人教版教材中所有帶編號的插圖進行編碼統計，編碼示例見表2。

表2 新版教科書插圖編碼分析示例

續表2

四、數據統計及一致性檢驗

用Cohen’s kappa系數對2名研究者的統計結果作一致性檢驗，在SPSS 22.0中輸入數據進行計算，結果見表3。由表3可以看出，2名研究者對新、舊教材中插圖的編碼統計結果的kappa系數值均在0.9以上，表明統計結果一致性程度顯著。出現的少數編碼不一致之處，由另2名專家討論，達成共識后得到最終統計結果，見表4。

表3 2名研究者的一致性檢驗結果統計

表4 兩版教科書中各組合類型插圖的數量統計

五、教材插圖的比較分析

1.插圖的數量及編碼組合類型分析

分別對新、舊教材中的插圖進行數量統計，新教材插圖總數為184幅，舊教材總數為159幅，新、舊教材插圖的構成類型分別為8種、7種。新教材插圖的總數量和構成類型數量均多于舊教材，說明新教材設置了更多的插圖，且在插圖的構成上有較大改進，為學生的學習理解及落實素養為本的教學提供了豐富的素材，較好地體現了新課程理念。

對比新、舊教材中各編碼組合類型插圖的數量比例可以了解兩版教材的插圖設置取向，各編碼組合類型插圖的比例如圖2所示?？梢钥闯?，新教材增加了W1P1型、W2P2型、W1W2P1型插圖的比重，其中W2P2型是新增的一種插圖構成類型，表明新教材插圖的設置更加注重簡潔、生動，符合學生的認知特點。如新教材中圖8-2為新增的W2P2型插圖，該圖運用較多數字描述了生產1Kg鋁所消耗的各物質的質量，并通過示意圖簡潔明了地呈現了生產1Kg鋁的物質消耗及工業流程，有助于學生全面、深刻地理解鋁的生產。新教材中W1P2型插圖的比例低于舊教材，但在數量上卻略高于舊教材，兩版教材中其他編碼組合類型插圖的數量及所占比例無明顯差異。

圖2 新舊人教版化學必修教材中各編碼組合類型插圖的數量所占比例

2.插圖的文字系統分析

為了分析兩版教材插圖文字系統的特點，本文對兩版教材插圖的文字系統內容進行具體分析，以《硫及其化合物》課題中的插圖為例，具體分析見表5。相比舊教材，新教材插圖的文字描述更加完整，更能精準對應圖像，且描述言簡意賅，具有時代性。

表5 教材插圖文字系統分析實例

對兩版教科書中含有P1和P2的插圖數量進行統計，具體如表6所示。由統計結果可知，新教材中含實景圖的插圖明顯多于舊教材。實景圖來源于人們的日常生活，能夠體現化學與現代社會、技術、科學和環境的密切聯系，幫助學生體會化學知識的應用價值，提高學生運用化學知識解決現實問題的能力。有利于培養學生的科學態度與社會責任，體現了新教材的時代性特點。新、舊教材中含有示意圖的插圖數量基本一致，都能滿足教材知識內容編排的需要，但新教材的示意圖數量占比略小于舊教材，這可能由新教材插圖的總量增加所致。示意圖是幫助學生理解抽象知識的工具，能夠促進學生理解概念、原理，體現了宏微結合的學科思想。

表6 兩版教科書中含有P1和P2的插圖數量統計

3.插圖的圖像系統分析

將新、舊教材插圖圖像系統進行對比，示例見圖3，發現新教材圖像系統的設置更加清晰美觀，內容更加鮮明。因而，新教材的插圖能提供更加直觀清晰的視覺信息，有利于學生閱讀，提高學習興趣。

圖3 新舊教材插圖的圖像系統對比

六、研究結論及教學建議

人教版高中化學必修新教材插圖的總數量及構成類型數均多于舊教材，為教學提供了豐富的素材。從插圖的編碼組合類型看，新教材的W1P1型、W1P2型插圖的數量均多于舊教材，這更有利于創設真實的教學情境，幫助學生理解抽象的概念與原理；新教材新增的W1W2P1型插圖有利于學生從定性、定量角度全面理解學科知識。在插圖文字系統方面，新教材增大了定量描述的插圖比例，有利于培養學生的定量思維；新教材插圖的文字描述更加完整，更能精準對應圖像系統，且描述更加言簡意賅，具有時代性。在圖像系統方面，新教材選用了更多數量的實景圖，更能體現化學與日常生活的密切聯系，有利于培養學生科學態度與社會責任；新教材略增加了示意圖數量，示意圖簡潔、直觀，能凸顯物質的關鍵特征和物質轉化的關系，建立微觀到宏觀層面的概念理解，有利于培養學生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想等學科核心素養；新教材插圖的圖像系統更加清晰美觀，色調更鮮明、內容更整潔，具有美感，有利于學生感受化學的學科美。

目前，多數教師對插圖的運用限于其解釋功能，注重利用插圖幫助學生理解文本知識，忽視了插圖蘊涵的觀念、情感等隱性價值的挖掘。為了能充分利用插圖落實“素養為本”的課堂教學，本文提出以下建議：首先，利用插圖聯系生產生活，凸顯化學學科價值。新教材中有大量的實景圖，利用這些插圖介紹化學與科技、生活、環境之間的緊密聯系，可以幫助學生加深對化學學科本質的認識，使其理解化學學科價值。在教學中將插圖作為學習材料，組織學生開展課前閱讀、課中討論、課后總結等學習活動，使插圖內容服務于學生的學習、實踐，促進學生學習化學知識的同時，形成正確的價值觀念。其次，利用插圖的雙重信息，提高信息加工能力。插圖蘊涵豐富的信息，教師可在教學中指導學生觀察、分析插圖的圖像系統和文字系統，通過插圖的雙重信息分析，訓練學生的信息提取與加工能力。教師也可以利用插圖的文字內容促進學生從定性和定量角度理解物質的結構與性質，提高學生的信息加工能力和語言表達能力，利用圖像系統培養學生的宏觀辨識能力和圖像表征能力。再次，利用插圖的示意功能，發展模型認知能力。新教材增加了示意圖的比重，較多是關于物質微觀結構或反應原理的插圖。教師可以利用物質結構與反應的微觀示意圖幫助學生對物質構成、反應原理內容進行建模學習，幫助學生認識物質的微觀結構，理解反應的微觀過程，訓練學生的邏輯思維，促進學生模型認知能力的發展。最后，挖掘插圖的美育功能，發展學生的審美能力。插圖是教材形象性和藝術性的集中體現，是培養學生審美能力的重要載體。教師可以在教學中指導學生欣賞理解課本中的實景圖、實驗圖、示意圖，使其感受插圖的藝術美和科學美。例如，利用線條繪制而成的各種整潔美觀的示意圖，讓學生感受化學學科中的對稱美、簡潔美；引導學生觀察實驗裝置圖、實驗現象圖，使其感受化學實驗中精致、巧妙的科學魅力。

圖文結合是最好的學習方式，新教材設置了較多插圖，且在插圖構成的設置上做了優化，是實施“素養為本”課堂教學的重要工具，也是學生自主學習的重要材料。教師可以借助插圖的文字與圖畫信息的雙重編碼，把握學生的視覺聽覺規律，圍繞化學學科核心素養，利用教科書中的插圖設計教學活動，將化學學科知識與科研、生產和生活緊密聯系起來，引導學生思考、探究，促進學生高效學習。此外，定量描述的文字有利于培養學生嚴謹的科學思維和科學態度，新、舊教材中定量描述文字的插圖偏少，未來編寫教科書時可以增設此類插圖，為培養學生的定量思維提供豐富的教學素材。