分析教材插图 培养核心素养

董友军 袁光秀

摘 要：本文以人教版高中物理必修一的教材插图为研究对象，介绍了插图的定义、分类和作用，并以“弹力与弹簧伸长量的关系”的教材插图为例，阐明了在插图教学的探索过程中如何引导学生深度挖掘教材插图的物理内涵，为核心素养在课堂上落实和培养学生的核心素养提供了有益的教学借鉴。

关键词：教材插图；插图教学；高中物理；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）9-0019-5

2018年1月16日，教育部颁布了《普通高中物理课程标准（2017年版）》，其中明确指出：“教材要恰当处理版面和内容的关系，力求全书图文均衡、相得益彰”；“恰当的图表有助于学生理解课文内容，增加学习兴趣”；“尤其应注意精选插图，使其与教学目的、教学内容紧密结合”。插图是物理教材内容的组成部分，有些内容用文字难以描述，但用一幅插图，却能轻松地让学生看明白。笔者通过插图教学，引导学生挖掘教材插图的物理内涵，从而有效地培养了学生的物理核心素养。

1 插图的定义

《辞海》对插图的解释是指插附在书刊中的图画，有的印在正文中间，有的用插页方式，對正文内容起补充说明或艺术欣赏作用。 英文单词为“illustration”，意指照亮之意，也就是说插图可以使文字意念变得更明确、清晰。本文的教材插图，是指人教版物理必修一各节知识内容中的插图，例如，第一章第1节的插图，如图1、图2、图3所示。

2 插图的分类

对高中物理必修一的插图进行分析，可以把插图分为实物图、示意图、坐标图。实物图是指真实物体的图像，如图1所示。示意图是指对物体进行简单描绘的图像，如图2所示。坐标图是指用坐标系表示的图像，如图3所示。笔者对人教版物理必修一各节知识内容的插图进行统计，如表1所示，得出4个特点：特点1是每节都有插图。每节插图一般有6个左右，一节最多有插图13个，最少有插图1个。特点2是示意图最多。总计132个插图，其中实物图有41个，示意图有65个，坐标图有26个，示意图占全部插图的49%。特点3是插图拓展化。把几个状态图拓展为过程图，如图2所示，把飞机和跳伞运动的不同状态组合在同一个插图中，使插图变成了一个运动过程。特点4是插图组合化。把示意图或实物图与坐标图画在同一个物体上，如图4所示，把示意图与坐标图组合在同一物体上，让受力分析显得更加清晰。

3 插图的作用

总体上看来，以上各种插图各有优势，编者应根据内容需要选择合适的插图，可以充分发挥插图的作用，同时，这样也能够使教材美观大方、便于阅读。

3.1 化繁为简，帮助理解

有些装置和原理，若只用文字表述，再多的文字也难以表述清楚，但用插图展示则会一目了然。如图5所示，观察桌面微小形变的装置，若只用文字描述，一千字也难以说明清楚，但使用图片展示和简简单单几十个字的描述，学生就很容易理解。

3.2 展示对象，拓展视野

中学生年纪小、见识少，对文字描述的一些对象往往没有见过而难以理解，若用物体的真实图片展示出来，学生就对物体有比较清晰的认识，从而拓宽了学生的视野，并可以尽快掌握新知识。如图6所示，通过实物图片，让学生了解GPS定位器的外形、屏幕显示内容以及定位原理；如图7所示，通过实物图片，不仅让学生了解犁的形状，还了解了用犁如何耕地，同时还可以让学生欣赏梯田的美丽，体会农作的艰辛。

3.3 呈现关系，直观判断

通过图像呈现几个物理量之间的关系，让学生用眼睛观察图像就可以直接快速地作出判断。如图8所示，通过图线可以直接得出：速度与时间成线性关系，时间越长，速度越大；加速度保持不变，物体做匀加速直线运动，若图线倾斜度越大，加速度就越大。

3.4 激发兴趣，培养审美

选择有趣的图片作为插图还可以激发学生对物理的学习兴趣，也能够让学生感受到学习物理不是那么枯燥无味，还充满生活情趣。如图9所示，用卡通图片，不仅为物理教科书营造了生活情趣，还体现了人文关怀。选择精美的图片作为教材插图也有利于培养学生的审美意识，提高学生对美的欣赏力和判断力，如图10所示，运动员把冰壶推出的瞬间，其动作潇洒，形态优美。

4 插图的教学

插图是重要的教学资源，教师在教学过程中要认真设计，积极引导学生，充分发挥插图的作用，促进学生对高中物理教材内容的准确理解，真正达到培养学生物理核心素养的目标。

4.1 教学流程

首先，要求学生看清插图名称，让学生知道插图“是什么”？接着，要求学生观察图景，看清插图描述的对象，让学生知道插图“有什么”？然后，要学生明白插图表达的物理规律，让学生清楚插图表述的物理量“有何关系”？最后，引导学生对前面三个过程进行评价反思，让学生思考插图“如何改进”？其教学流程图如图11所示。

4.2 教学案例

现在以人教版高中物理必修一（2010年3月第3版，2017年7月第19次印刷）“弹力与弹簧伸长量的关系”的插图为例，记录笔者课堂教学过程，如图12所示。

笔者：这个插图的名称？

学生：弹力与弹簧伸长量的关系。

笔者：有几个弹簧？

学生：三个。

学生：一个。

笔者：到底几个？

学生：同一个弹簧拉三次。

笔者：对，是同一个弹簧拉三次，而不是三个弹簧各拉一次。

笔者：图中的手有什么用？

学生：用手拉弹簧，使弹簧产生弹力。

笔者：横坐标和纵坐标表示什么？

学生：横坐标表示弹簧的伸长量，纵坐标表示弹簧的弹力。

笔者：横坐标和纵坐标是什么单位？

学生：横坐标单位是m，纵坐标单位是N。

笔者：最上面的弹簧图片什么意思？

学生：表示弹簧不受拉力，即弹力为0 N。

笔者：从坐标图像可以看出弹力与弹簧伸长量是什么关系？

学生：弹力随弹簧伸长量增大而增大。

学生：弹力与弹簧伸长量的图线是一条过原点的直线。

学生：弹力与弹簧伸长量成正比。

笔者：嗯嗯，大家表述都正确，但弹力与弹簧伸长量成正比表述更简洁，更准确。用数学表达式表示：F=kx。换用不同硬度的弹簧，在同一个F-x图像中画出弹力与弹簧伸长量的关系图线，同学们会发现：越“硬”的弹簧，图线的倾斜度越大；越“软”的弹簧，图线的倾斜度越小。k就是表示弹簧的软硬程度，称为弹簧的劲度系数。

笔者：请同学们再认真观察插图，看教材插图是否会存在什么失误？

学生：老师，插图的名称表达不准确，本插图应该是指弹力大小与弹簧伸长量的关系，而不是弹力与弹簧伸长量的关系，因为弹力包含大小和方向，插图没有反映弹力的方向。

笔者：非常好！还有其他需要修改的地方吗？

学生观察并积极讨論，几分钟后，还没有发现插图有什么失误。

笔者：同一个弹簧拉三次，三次的弹簧图像应该是同一个弹簧，你们看看，三张弹簧的图片是否完全相同？

学生：最上面和最下面弹簧完全相同，都是13圈，而中间弹簧不同，是12圈半。

笔者：观察细致，你真的很棒！你竟然指出了教材错误，胆量不小呀！还有其他错误吗？

学生：老师，应该没有错误了吧！教材怎么会有很多错误呢？

笔者：请问横坐标的数据如何测量？

学生：横坐标表示弹簧的伸长量，可以用刻度尺测量。

笔者：请问纵坐标的数据如何测量？

学生：纵坐标表示弹力的大小，可以用弹簧测力计测量。

笔者：可教材图片画的是一个手的图片，如何测出力的大小？

学生：老师，我知道了，用手去拉弹簧，得不出弹力的大小。

笔者：请大家为他鼓掌！既然发现了错误，那么如何修正插图呢？

学生：应该把手改为弹簧测力计。

笔者：同学们同意吗？

学生：同意！（自觉鼓掌）

笔者：弹簧测力计就是根据“弹力与弹簧伸长量的关系”制造出来的，现在还在研究“弹力与弹簧伸长量的关系”，此时弹簧测力计还没有制造出来哟！

学生：啊，是呀！没有弹簧测力计如何判断“弹力与弹簧伸长量的关系”呢？

笔者：请同学们回顾初中“二力平衡”的内容？

学生：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。

笔者：我们可以用“二力平衡”去得到弹簧的弹力。

学生继续思考中。

学生：老师，我可以测出“弹力与弹簧伸长量的关系”。如图13所示，用三个完全相同的钩码，每个钩码的重力设为G。第1次挂一个钩码，钩码受到的重力为G，当钩码受到重力和弹力保持静止时，根据二力平衡，得出弹力为G；第2次挂两个钩码，两个钩码受到的重力为2G，当它们保持静止时，根据二力平衡，得出弹力为2G；第3次挂三个钩码，三个钩码受到的重力为3G，当它们保持静止时，根据二力平衡，得出弹力为3G。

笔者：回答得非常好！请大家为他鼓掌！教材虽然是专家编写而成，但不一定就是完美无缺的，我们要认真分析，勇敢质疑，并能够设计出修正方案！

5 教学反思

通过反思插图教学过程，笔者得到一些启发，现在总结出来，希望能给大家提供一些借鉴。物理核心素养是物理育人价值的集中体现，是学生通过物理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度。

5.1 基于“物理核心素养”的教学设计是培养学生核心素养的前提条件

凡事预则立，不预则废。要想培养学生的核心素养，就要求教师精心设计教学过程，把核心素养渗透在教学的各个环节之中：通过对钩码进行受力分析，有效培养了学生的相互作用观念，通过二力平衡的应用，增强了学生用物理规律解决实际问题的能力，从而培养了学生的“物理观念”。在中学生心中，教材是最高权威，学生通过分析，发现教材错误，对学生产生很大的认知冲击，学生发出感叹，“原来专家编写的教材也会存在失误呀”，让学生逐渐形成质疑意识，培养“科学思维”。通过学生指出教材错误，并修正教材错误，引导学生敢于挑战权威、尊重事实、严谨认真，从而培养学生的“科学态度”。教学设计时，把核心素养的四个要素，渗透到教学的整个过程，对学生物理核心素养的培养，起到“润物细无声”的效果。

5.2 基于“最近发展区理论”的师生互动是培养学生核心素养的重要保证

运用“最近发展区理论”，引导学生积极思考，从而培养学生的物理核心素养。最近发展区理论认为，学生的发展有两种水平，一种是学生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教学所获得的潜力。两者之间的差异就是最近发展区。教学应着眼于学生的最近发展区，为学生提供带有难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。插图教学中，学生通过认真观察，能够得出“同一个弹簧拉三次”，老师就不要去引导。引导学生关注插图是否是完全相同的弹簧，让学生通过数弹簧圈数，发现插图出现错误。通过引导，在没有得出“弹力与弹簧伸长量的关系”时还没有弹簧测力计，引导学生设计实验方案。教师发现学生有困难时，及时给予学生适当的引导，让学生一步步发现问题，化解矛盾，同时加深了对知识的理解，促进了物理核心素养的发展。

5.3 基于“协同学理论”的组织教学是培养学生核心素养的高效方式

根据“协同学理论”的观点，只有学生才是教学的主体，教师、教材和环境都是教学的客体。对这一观点的正确理解是：教师是客体并不等同于只起非决定性作用，学生是主体也并不意味着都起决定性作用，他们在教学过程的不同阶段分别起决定性作用。这一观点的重要意义不仅在于确定了教师与学生之间的主客体关系，而且在于确定了双方在教学过程不同阶段的决定性作用。如表2所示。

植根于“協同学理论”的教学主客体关系理论，除了肯定师生双方在教学过程不同阶段的决定性作用外，还强调师生双方的协同作用。由于教师在教学被组织阶段起决定性作用，因此，教师必须进行必要的教学，这就从理论上为教师教学的必要性寻找到了根据。同样，因为学生在教学自组织阶段起决定性作用，因此，知识最终必须由学生自己来建构，这也从理论上为学生自我建构知识建立了依据。在培养学生核心素养的过程中，教师的讲述是必要的，没有教师的讲述，知识的探究就没有方向，教师引领学生探讨教学内容，是培养学生核心素养的高效方式。例如，笔者直接讲述弹簧劲度系数与弹簧软硬以及图线倾斜度的关系，让学生理解了劲度系数的内涵。但在如何判断“弹力与弹簧伸长量的关系”教学中，就让学生自己思考和设计，有效培养了学生的创造能力。学生的核心素养中，最关键的能力，就是创新能力。教师的讲授和引导，学生的思考和分析，才是培养学生物理核心素养最高效的方式。

“一幅插图胜万语”，高中物理教材插图不但让物理知识易于理解，而且也反映教材编者的价值判断、人文情怀和审美意识，物理教师通过插图教学，精心预设教学过程，引导学生挖掘插图的内涵，能够有效地培养学生的核心素养。

参考文献：

[1]邢红军.物理教学论[M].北京：北京大学出版社，2015.

[2]人民教育出版社.物理1必修[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]陈琦，刘儒德.教育心理学[M].北京：高等教育出版社，2011.

[4]教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.

[5]董友军.高中物理新授课练习教学策略[J].中学物理，2017（12）：23-26.

[6]董友军.正确理解“静止”避免应用错误[J].物理教师，2017，38（4）：60-61.