教材插图在化学教学中的应用研究

张兴涛

摘要：化学教材插图的特点有直观性、标准性，有着文本不可替代的功能。在使用教材插图时要对不同学段、不同模块、不同版本、不同国家的教材插图进行对比。对实验装置图类的教材插图进行改进是化学教学中应用教材插图的重点。注意教材插图的引发问题意识、作翻转课堂的学习资源、化学启蒙教育、培养信息获取和拓展视野、培养学生心理和精神品质等功能。

关键词：教材插图；化学教学；特点；对比；改进；功能

文章编号：1008-0546（2017）05-0022-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.007

我国初高中化学教材在实行新课程改革以来经过多次的修订，在知识结构、内容编排、栏目设置等方面不断完善，也更加科学、合理。各种不同版本的化学教材在修订时有一个共同的变化，那就是教材插图的逐渐丰富。化学教材插图有其独特的学科特点，主要有实物图（包括化学实验仪器实物图）、微观与原理模拟图（包括各种化学符号）、实验操作示意图、实验现象图、化工生产图等，为中学化学教学提供了极其重要的教学资源，也从侧面反映了一个事实——化学教学离不开插图的辅助[1]。但随着现代信息技术的发展和网络资源的不断丰富，教师在中学化学教学中对教材插图的应用趋于淡化，甚至有弃之不用的现象。但插图在教学实践当中发挥着文本不可替代的功能[2]。插图除了有利于教学的基本功能以外，还是人们认识教材的重要媒介[3]。笔者在多年的中学化学教学实践中，通过对教材插图在化学教学中的应用进行了一些尝试和探索，希望能提供有意义的参考和启示。

一、教材插图的特点

1. 直观性

现代认知心理学认为，知识学习的过程一般分为三个阶段：知识的获得；知识的保持；知识的应用。知识的获得是知识学习的第一个阶段，包括知识的感知与理解，是新的知识信息进入短时记忆，与长时记忆中被激活的相关知识建立联系，从而出现新意义的建构。在知识学习的第一阶段，学生对知识的感知最重要的形式是观察，通过观察对感知到的教学材料进行简单加工，从而形成的新认识的过程称为知识直观。知识直观是理解学科知识的起点，是学生由不知到知的开端。在实际教学过程中，主要有三种直观方式：模像直观、实物直观和言语直观。化学教材插图属于模像直观，是对化学学科相关客观事物的简化、抽象或夸张，人为地排除一些无关因素，突出本质要素，扩大了直观的范围，提高了直观的效果。因此，化学教材插图不论是学生在知识感知中的观察，还是进行模像直观学习，都体现了很好的直观性。

2. 标准性

我国初高中化学教材有多个版本，它们均经过专家们多次修订，因此教材插图极具标准性。教材插图的标准性主要指图片的清晰度高、图形或仪器的大小比例适当、化学符号书写规范、实验装置具有科学性和安全性、插图内容真实、严谨、权威。

学生在学习中经常对化学理论中相近的核心概念辨识不清，导致对化学理论的理解一知半解，对化学理论的应用更加困难。教材插图的标准性为化学教学提供了可靠的依据，结合化学插图的直观性，充分利用教材插图的解释功能，可以在教学中帮助学生更好地理解化学理论中的核心概念，例如下图1、图2[4]表达的是过渡态理论中反应活化能的概念。

通过对图1和图2的分析，可以让学生准确理解Ea（正反应的活化能）、Ea'（逆反应的活化能）、Ea1（有催化剂参与反应的活化能）、Ea2 （无催化剂参与反应的活化能）等概念，进而引发碰撞理论（直观的化学反应速率理论）等“云知识”或某一化学理论的理解和掌握，从而建构起学生自己清晰的认知体系（如下图3）。

因此，在教学中要充分利用教材插图的标准性，起到快速、清晰地掌握化学核心概念的作用。

二、教材插图对比

化学教材在编写过程中，因编者、环境、模块、学段等多种因素的影响，导致相近甚至相同化学知识的相关教材插图有所不同，教师在教学中应采用对比的方法，分析不同插图的特点，体会教材编者的意图，组织更优化的教学设计。

1. 不同学段对比

科学教育的目标不是去获得一堆具体事实和理论的知识，而应该是实现一个趋向核心概念的进展过程[5]。不同学段的化学教学插图，是依据不同学段学生的化学认知水平而设计的，通过对比，提醒教师注意学生认知的进阶性。既不能低级重复，也避免盲目冒进，科学有序地进行教学设计。例如下图4是人教版九年级教材（左）和高中教材（右）中HCl分子模型插图的对比。

通过对比，教师要理解相同分子在不同学段教材插图中出现两个不同模型的原因，体会教材编者的意图，九年级学生先暂时不要涉及电子云重叠或共价键的概念，避免造成化学初学者不必要的难度。注意：沪教版九年级教材插图和高中教材插图中共价分子的模型是相同的，但在教学中可先不要解释原子间如何形成分子的。

2. 不同模块对比

高中化学教材分必修模块和选修模块，部分内容感觉是在重复，但是其课程设置理念是不同的。必修模块教材体现化学课程的基础性，为学生科学素养的发展和高中阶段后续课程的学习打下必备的基础。选修模块则更好地实现了化学课程的选择性，拓展学生的选择空间，以适应学生个性发展的需要，引导学生运用实验探究、调查访问、查阅资料、交流讨论等方式，进一步学习化学科学的基础知识、基本技能和研究方法[6]。必修和选修模块课程设置理念反映在化学教材插图上，体现得较明显，例如研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，在苏教版必修模块化学2中的插图是图5[7]。

在苏教版选修模块化学反应原理中的插图则是图6[8]。

对比插图5和插图6，教师对必修和选修模块的同一內容的不同要求一目了然，这样在进行必修和选修模块的教学设计时就能做到深度适合、方法恰当、目标明确。

3. 不同版本对比

对比不同版本的教材插图，找出它们的不同，分析各自的特点和优点，在教学中展示给学生，开阔学生视野，丰富学生的知识结构，理解更快捷、更高效。下表1[9-10]以人教版和苏教版选修《有机化学基础》模块中乙醇的性质内容的教材插图进行对比。

通过上表中可以看出乙醇的消去反应在催化剂和仪器使用等均不同，并且不同性质的反应插图侧重也不一样，插图展示的形式（苏教版是实验装置示意图，人教版是实验装置照片）。不同版本教材插图的对比，不仅可以看出各自版本插图的区别，还可以起到不同版本内容的互补作用。

4. 与国外教材对比

化学作为一门自然科学，在学科知识的认知和表达上，应该和其他国家保持一致，因此在化学教材插图上也应该注意与国外教材进行对比，避免出现经验型的教学认知误区。例如下图7[11]是我国人教版九年级上册化学教材中二氧化碳的制取和收集装置图。有教师依据此装置图和自己的经验，告知学生二氧化碳的收集只能用排空气法，不能用排水法，并解释因为二氧化碳能溶于水。

对于二氧化碳气体的收集，国外（日本、英国、新加坡等）的教材插图画的就是排水法收集二氧化碳[12]。通过对比国外教材插图，认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，在常温常压下是可以通过排水法收集的。

通过教材插图的对比，教师可以占有更多的教学资源，在化学教学中做到心中有数、心中有底。

三、教材插图的改进

化学教材插图有多种类型，其中实验装置图所占比重最大（均大于40%）且基本都与化学学科核心概念、学科素养和核心理论相关。

化学教材作为实现课程标准的蓝本有其重要的参考价值，教材所呈现的实验装置和操作往往具有示范作用，但并不意味着必须完全按照教材的组织形式展开教学[13]。因此，在化学教学中，教师应先按照教材中实验装置图进行实际操作，认真分析教材中的化学实验装置图及其实际实验效果，进行有针对性的实验改进，改进过程主要遵循以下原则：不违背科学原理、操作更简便、试剂和器材易于获得、试剂便宜且用量少、实验现象明显、最好能定量分析、更加安全环保。例如下表3[14]。

很多优秀化学教师对化学实验装置的改进非常成功，为中学化学实验教学的改进提供了有益借鉴。

四、教材插图的功能

教材插图的直观性决定了其基本的教学功能：展示功能，辅助学生记忆、理解功能，影响学生情感、兴趣和注意等。在化学教学中，教师应该在充分利用教材插图的基本功能基础上，充分挖掘其他功能。

1. 引发化学学习问题意识

教材插图可以引发学生对知识“原初态”的思考，不同的学生在面对陌生的问题时，大都能产生相同或相似的共鸣，这种共鸣很多是好奇和疑惑，而这恰恰是学生对知识进行探求的开始。

例如九年级化学教材插图图8[15]。

在课堂教学中通过图8让初学化学的学生对分子、原子及其关系等新的知识先有直观的感知和理解。然后让学生根据图8，画出二氧化碳（CO2）分子的模型，结果出现了以下很多种模型（由①到⑤数量逐渐减少），如图9。

当教师说模型⑤是最接近二氧化碳分子时，学生非常惊愕，问题接连不断：碳原子比氧原子体积大吗？原子的体积大小怎么知道啊？二氧化碳分子中的三个原子为什么不像水分子那样，而是在一条直线上？

教师没有想到一个简单的教学插图会引出这么多问题，而这些问题恰恰是一年后高中化学要学习掌握的内容。可以看到简单的教学插图一样可以引发非预设问题，而这种非预设生成的问题是培养学生化学学科素养的契机。这种课堂生成性资源具有瞬时性、不确定性、生命性，对这些稍纵即逝的“不确定性”的生命信息，我们不要幻想消除它们，而是要正视它们，要努力“与不确定性一起工作”[16]。

2. 可用作翻轉课堂的学习资源

翻转课堂在学习形式上是将知识学习、传授放在课前进行。被前置的知识学习过程，需要提供给学生可以进行学习的资源，这个资源包括教材、微课、阅读材料等[17]。而微课的制作过程因为对环境和设备的要求较高，很多教师感觉消耗精力过大。而教材插图的使用就很方便，有些教学插图与文字叙述的“系统性”理论有很强的关联性，有些展现在学生面前的教材插图有很大的“开放性”，可以给教师和学生更多的视角和维度去领会和学习知识。例如下图10，乙酸乙酯制备教材插图和错误图的对比，让学生在课前找出教材插图（左）与错误图（右）的不同（5处），思考原因。

可见教材插图也是翻转课堂很好的学习资源。

3. 用于化学启蒙教育

国际上对16岁以前的少年儿童进行化学启蒙教育已经成为化学教育发展的一大趋势[18]。化学的前启蒙应该重视培养学生对化学的兴趣，重视按照学生兴趣的发展规律实施启蒙[19]。利用教材插图的优势和化学实验相结合，可以对七年级、八年级的学生开展化学启蒙教育的校本课程。例如，北京十一学校为八年级学生设置的“快乐化学”校本课程。

4. 培养信息获取和拓展视野

教材插图中的一些信息，经常被教师忽略，也确实不影响正常教学活动的开展，但是却能被极少数学生所发现，并向教师提出自己的困惑，而教材插图的严谨性又提醒一定有其科学的道理。这种情况在化学教学中弥足珍贵，教师应认真对待教材插图中的这类信息，并加以分析和研究，拓展教师和学生的学科视野。例如苏教版教材插图11[20]。

学生发现氯化钠在水中电离出的钠离子和氯离子形成水合离子，周围均为6个水分子，学生问为什么？这两种水和离子中一定含6个水分子吗？查阅沪教版九年级教材插图12[21]和人教版高中化学1教材插图13[22]。

三种版本教材中Na+、Cl-的水化数均不完全相同，难道这个数值是随意的吗？这个几乎没人注意的问题，却让人疑虑重重，通过查阅文献资料，才知道离子的水化数的测定（计算）方法有水化熵法、离子淌度法、压缩系数法、统计力学计算法、核磁共振光谱法、拉曼光谱法、软X射线衍射法、气相测量法、红外光谱法、理论计算法等，后面四种方法的结果较可靠。并且离子的水化数还与温度、浓度有关。三种教材虽然不统一，但应该是都可能符合实际的[23]。

5. 培养学生心理和精神品质

教材插图有很多是关于化学发展史、人物传记、环境问题、实验安全、新材料、新科技、新能源等内容。在化学教学设计中，要充分利用这些插图发展学生的理性思维、批判质疑、勇于探究、珍爱生命、健全人格、社会责任、国家认同等核心素养。

五、结语

教材插图是宝贵的化学教学资源，不仅不能弱化，更应该重视、挖掘和改进，提高其教学应用价值。教材插图是静态的，但其背后的思维过程和科学的实验探究历程是丰富和动态的，它能引导学习者延伸思考。因此，教师在使用教材插图时，不能纸上谈兵，要进行文献查阅、动手实验操作和分析，要完成对教材插图的超越，充分挖掘隐含在教材插图后的化学学科知识发展的起因、历程、状态和可能动向。

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