高中化学新教材（必修）图像系统的教学功能初步研究

摘要：通过对高中化学新教材图像系统的内容形态与组织方式及其教学功能的探讨，教师在教学中使用图像系统时应充分发挥图像系统的各内容形态的作用；善于利用图像系统与文字系统的位置关系；正确处理图像真实性与学生特点的关系。

关键词：化学教材；图表；内容形态；组织方式；教学功能

化学学科知识主要以物质的组成、结构、性质以及变化规律为基础，其研究内容的有形性、客观性和操作性，决定了图像系统在化学教材中的重要地位。

一、国内化学教材图像系统研究的回顾［1］［2］［3］［4］

以往国内对化学教材的研究多侧重于文字系统，较少关注图像系统，或只是简单将其看做一种教材的辅助系统而称之为“插图”或“附图”。笔者在对国内以往化学教材图像系统及其相关研究的总结中发现，其主要存在以下不足：（1）教材中插图以黑白图或单色图为主，而且图片数量较少；（2）实验图较多为简笔画或绘画，真实图较少；（3）过去研究主要侧重在化学教学中利用图像系统创设情境、习题解答、课后复习或对学生进行辩证唯物主义教育与爱国教育，而对如何运用它们培养学生化学学习能力，特别是化学探究能力方面的研究甚少；（4）以往研究主要集中在对初中化学新旧教材与高中化学旧教材中图表的教学运用的探讨，而较少深入探讨化学模块教材图像系统的教学功能；（5）研究基础大多建立在研究者本身的教学经验上，而较少运用国外相关心理学理论进行指导。

基于此，笔者在查阅国内外有关图表的心理学研究的基础上，结合已有教学经验，对现行化学模块教材图像系统的教学功能作一些探索。

二、化学模块教材图像系统的内容形态及教学功能

新课标化学必修与选修模块的图像系统虽各有特点，但在整体设计方面仍有不少共同之处。这里主要以国内三个主要版本，即人教版、山东版和江苏版的化学必修模块教材①为例对图像系统进行分析。

图示、图解和表格等被认为是形象表征信息的方式，可促进学生对课文信息的理解与对知识的应用，［5］因此常用于教科书中为材料提供中介表征。相对国内以往的高中化学教材而言，化学模块教材中图像系统的比重有大幅度提高，图文比例接近1∶1。笔者将化学模块教材的图像系统分为图片（包括图示与图解）和表格两大类，其中前者又细分为章节图、实验图、实物图、微观与原理模拟图、知识点结构图、肖像图，以及生活和生产图七类，并对其数量和教学功能进行统计与说明，见表1、表2。

表1化学必修模块教材图像系统组成

组成 人教版 山东版 江苏版 化学1 化学2 化学1 化学2 化学1 化学2 图片 （含图示与图解） 章节图 5 5 54 1016 实验图 37 12 46 15 13 9 实物图 2714 20 11 13 4 微观与原理模拟图 3 15 20 25 3030 知识点结构图 9 8 19 4 11 1 肖像图 1 1 83 4 2 表格 生活和生产图 14 8 70 50 1825 知识点表格 9 15 5 14 1021 实验探究表格 1618 20 10 14 3 总计 121 96 213136 123 111

组成

人教版

山东版

江苏版

化学1 化学2

化学1 化学2

化学1 化学2

图片

（含图示与图解）

章节图

5 5

54

1016

实验图

37 12

46 15

13 9

实物图

2714

20 11

13 4

微观与原理模拟图

3 15

20 25

3030

知识点结构图

9 8

19 4

11 1

肖像图

1 1

83

4 2

表格

生活和生产图

14 8

70 50

1825

知识点表格

9 15

5 14

1021

实验探究表格

1618

20 10

14 3

总计

121 96

213136

123 111

表2化学教材图像系统的教学功能

图像系统组成 教学功能 教材选例 实验图 向学生展示实验装置设计，操作原理，具有较强的示范性与科学性，有利于激发学生兴趣，培养学生的观察能力和实验动手能力 人教版《化学1》：图1-2 江苏版《化学1》：图2-4 实物图 给学生直观印象，有利达成视觉表征［6］［7］，增进学生对物质的物理性质的了解，加强记忆能力 山东版《化学1》：图2-1-2 人教版《化学2》：图2-18 微观与原理模拟图 将宏观现象微观化，有利于学生对较难的化学概念或原理的理解与掌握，纠正其可能存在的模糊观念与相异构想［8］ 江苏版《化学2》：图2-17 山东版《化学1》：图2-1-12 人教版《化学2》：图1-11 知识点结构图 有利于学生从横向与纵向把握知识点之间的联系，理解相互之间的转化关系，提高其归纳与演绎的能力 山东版《化学2》：图2-1-10 江苏版《化学1》：1-13 肖像图 激励学生以化学家为榜样，求实创新，加强其爱国意识 人教版《化学1》：图4-14 生活、生产图 帮助学生学以致用，将化学知识与生活、生产相联系，并加强其STSE意识 江苏版《化学2》：图2-5 山东版《化学1》：图2-3-6 知识点表格 有利于学生通过表格表征［9］对知识点（如物质性质）进行分类归纳复习，促进其进行有效类比编码和对比编码记忆 人教版《化学2》：表1-1 江苏版《化学1》：表1-4 实验研究表格 有助于激发学生的化学探究动机，让学生通过亲身探究得到实验数据，并得出正确的结论，培养其科学探究能力 人教版《化学2》：第9页，第14-15页

图像系统组成

教学功能

教材选例

实验图

向学生展示实验装置设计，操作原理，具有较强的示范性与科学性，有利于激发学生兴趣，培养学生的观察能力和实验动手能力

人教版《化学1》：图1-2

江苏版《化学1》：图2-4

实物图

给学生直观印象，有利达成视觉表征［6］［7］，增进学生对物质的物理性质的了解，加强记忆能力

山东版《化学1》：图2-1-2

人教版《化学2》：图2-18

微观与原理模拟图

将宏观现象微观化，有利于学生对较难的化学概念或原理的理解与掌握，纠正其可能存在的模糊观念与相异构想［8］

江苏版《化学2》：图2-17

山东版《化学1》：图2-1-12

人教版《化学2》：图1-11

知识点结构图

有利于学生从横向与纵向把握知识点之间的联系，理解相互之间的转化关系，提高其归纳与演绎的能力

山东版《化学2》：图2-1-10

江苏版《化学1》：1-13

肖像图

激励学生以化学家为榜样，求实创新，加强其爱国意识

人教版《化学1》：图4-14

生活、生产图

帮助学生学以致用，将化学知识与生活、生产相联系，并加强其STSE意识

江苏版《化学2》：图2-5

山东版《化学1》：图2-3-6

知识点表格

有利于学生通过表格表征［9］对知识点（如物质性质）进行分类归纳复习，促进其进行有效类比编码和对比编码记忆

人教版《化学2》：表1-1

江苏版《化学1》：表1-4

实验研究表格

有助于激发学生的化学探究动机，让学生通过亲身探究得到实验数据，并得出正确的结论，培养其科学探究能力

人教版《化学2》：第9页，第14-15页

三、化学模块教材图像系统的组织方式及教学功能

图像系统的组织包含两层含义，一是图像本身的呈现方式，另一个则表现为它与文字系统的有机整合上。但这两种方式均从学生认知的角度出发，有利于培养学生分析与解决问题的能力。

（一）增加彩色图表数量

现行化学新教材中的图表大多以彩色形式呈现，这相对于以往国内化学教材无疑是一大进步。彩图的色彩既能提高插图的真实感，还起到强调信息重点的作用，如学生能从彩色实验图中读取正确的实验信息（包括物质的颜色、状态和反应现象等）；另外，国外心理学家在研究视觉类比对解决问题的作用时发现，视觉表征可以作为一种有效的提取线索，且采用彩色线条与图表作为线索时最有效。［10］

（二）增加真实图比重

一般地，愈接近真实生活的视觉教材，愈能吸引学生的兴趣和激励学生的学习。［11］相对以往化学教材而言，化学模块教材中真实图的比重有显著提高，使学生不但能对难以用言语准确表达的实验过程有直观的把握，如人教版《化学1》的图1-2和图1-3；还能将所学化学知识融入到生活实际中，做到学以致用，如山东版《化学2》的图2-2-5和图3-1-6。

（三）重视多种形式插图并用

化学模块教材中图像系统的呈现方式主要有照片，简单线条图，阴影图与各类图表等，它们对学生所产生的效果可能不同，即不同的学习目标可能需要借助不同形式的插图来实现。譬如山东版《化学2》在引导学生探究元素周期律时，先采用表格的形式让学生填充1-18号元素的原子序数、电子层数和原子最外层电子数等信息，然后提示学生以原子序数为横坐标，分别以原子的最外层电子数、原子半径和最高（低）化合价为纵坐标，画出相应的直方图与折线图，并引导学生根据所绘制的图像描述元素性质的变化规律──这较有利于培养学生处理信息与分析归纳的能力。因此，笔者建议教材图像系统在编排时，可考虑适当增加这类呈现方式的比例。

（四）重视与文字系统的有机结合

现行化学新教材图文组合方式主要可分为以下三种：［12］

1.文字描述与图像说明相结合。这种组织方式以文字为主，图像只对文字起到辅助的功能。如人教版《化学2》的图1-11，先采用文字形式，以钠与氯气反应为例，描述反应过程中钠原子与氯原子的得失电子情况，结合图像帮助学生形象地理解电子的转移方向，再通过图像中钠离子与氯离子的最外层8电子稳定结构，使学生理解离子键的形成本质。

2.图像显示与文字提示相结合。这种组织方式以图代文，为学生呈现用语言难以描述的内容，而文字主要起到提示的作用。如山东版《化学1》的图2-2-4，主要以图的形式为学生解释氯化钠导电的微观本质：用不同颜色和大小的小球表示钠离子和氯离子等微粒，并用若干个小箭头表示熔融状态与溶液中钠离子和氯离子向电极移动的方向，帮助学生从“离子的定向移动而产生电流”的角度理解氯化钠导电的原因。再如江苏版《化学2》的图2-13，只用少量的文字对示意图进行提示，便能让学生较易了解氢氧燃料电池的工作原理。可见，这种组织方式对学生的要求稍比第一种高，但对于激发学生的化学学习兴趣和提高学生分析问题的能力是非常有益的。

3.图像显示与文字提出任务相结合。这种组织方式有利于让学生细心观察与分析图像，结合文字所提出的任务在图像中寻找信息。如人教版《化学1》的图3-9，图像为铁粉与水蒸气反应的实验图（包括装置设计与实验现象），文字并未对该图进行解说，且要求学生在另外给定的实验仪器与药品的前提下，设计一套铁与水蒸气反应的简单实验装置。显然，这种方式是三种图文结合方式中最能培养学生探究能力和发散性思维的一种，其目的不再是让学生停留在对图像的感性认识或表面记忆上，而是需要学生能超越图的内容，进行与该图有关问题的进一步实践。

不同的图文组合方式其教学功能的侧重点也不同。文字描述与图像说明组合方式虽仍沿用以往化学教材的图像组织形式，但该方式有利于培养学生的观察能力与记忆能力；图像显示与文字提示组合方式则有助于学生观察与分析问题能力的培养；而图像显示与文字提出任务组合方式则强化了化学教材图像的思考性、探究性与应用性，有利于学生知识与能力的和谐发展，为我国化学教材图像的组织方式提供了较好的设计思路。

四、化学教材图像系统在教学中的使用建议

许多学者对图像系统潜在的教学功能均予以肯定，但同时亦有不少研究显示有些教科书的图表对学习者确实产生事与愿违的影响。［13］因此，为了让学生的学习更有效，笔者认为在化学教学中使用图像系统时可参考以下建议。

（一）充分发挥图像系统的各内容形态的作用

如表2所示，图像系统的几种内容形态均有独特的教学功能，这有利于化学教师在教学过程中，根据课型或教学活动的特点选择适宜的图像形态，力求图像系统功能达到最优化。如在导入新课时，可借助生产生活图或肖像图创设问题情境；在单元复习课时，可借助知识点表格与知识点结构图引导学生对已学知识进行类比归纳；在进行化学研究性学习或化学探究活动中，应鼓励学生自行设计探究表格，并通过表格进行数据或现象的记录，从中得出正确结论，从而有利于其科学探究能力的培养。

（二）善于利用图像系统与文字系统的位置关系

由于学生观看图表的方式不尽相同，故图像系统在教材学习内容中排列的位置会影响其学习的效果。当图表置于文字内容之前时，它能为学生提供在认知上整体的智略，有利于学生藉此组织将要学习的内容；反之，若图表置于某段文字内容之后，可有助于学生通过看图复习所学知识，加强理解与记忆。［14］［15］

（三）正确处理图像系统真实性与学生特点的关系

对于图像的真实性及真实程度的问题，在教学中应考虑学生的特点。实验研究表明， 对于新进的学习者而言，给予低真实性的简图应比复杂的照片好些，因为在真实性高的情境中，新进学习者会对新信息产生心理压力；而对有部分经验的学生而言，则详图可能会比简图更有利于其获得信息，但对过度复杂的图形或实境模拟可能仍感到有些吃力；对于熟练的学生而言，真实的事物则比各种人为绘制的简图或模拟来得更有效。［11］因此，在化学教学中运用实验图或知识原理模拟图时，教师应根据学生的整体水平情况，把握图像的真实程度。

综上所述，图像系统在化学教学中具有重要作用，教师应在教学过程中重视其教学功能，充分挖掘教材中图像系统的内涵，引导学生在利用图像系统理解和记忆化学知识原理的同时，提高其化学学习与实验探究的能力。

①本文中涉及的《化学1》参照版本为：人教版2004年6月第一版；山东版2005年8月第二版；江苏版2004年8月第一版。《化学2》参照版本为：人教版2004年6月第一版；山东版2005年8月第二版；江苏版2004年9月第一版。

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