美国小学科学教材《科学的维度》中的插图分析

黄佳星 熊国勇

摘   要：科学教科书中的插图具有辅助教学的功能，在教学实践中发挥了文字无法取代的作用。科学教科书的插图质量也成为衡量教科书编订质量的指标之一。文章从梅耶插图功能分类原则出发，将美国小学二年级科学教材《科学的维度》中的插图归为四类，分析其运用策略，以期对我国科学教科书插图编写提供参考。

关键词：教材插图 《科学的维度》 梅耶插图理论

随着我国新一轮中小学基础教育改革的推进，小学科学课程教材逐步出现了多样化的格局，为充分体现新课改的理念，在教材的版面上也进行了改革，越来越多的编者更加重视插图的潜在教育功能。小学科学教材中的插图是小学科学课程资源的重要组成部分，蕴含了丰富的隐性知识，具有重要的教育价值。加拿大心理学家派维奥（Paivio）认为，与字词相比，图片具有视觉和文字双重编码（dual coding）特性，因而更容易记忆[1]。此外，有研究表明，插图在课文的阅读理解、内容整合等方面体现出明显的促进作用[2]。《科学的维度》（Science Dimensions，SD）是美国小学的科学和工程教科书，由霍顿·米夫林·哈考特（Houghton Mifflin Harcourt）出版社根据美国最新科学教育标准《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards）编写，集中体现了美国当下中小学科学教育实践的趋势。SD的一个重要编写特征是插图丰富精美、信息量大。本文选取美国小学二年级SD纸质教材为研究对象，解析该教材的插图类型、分布特征及运用策略，以期对我国科学教科书插图编写提供一定的启示。

一、插图信息概况

本文将SD各教学单元的所有插图纳为分析对象。关于插图的分类，尚未有统一的标准。笔者依据梅耶插图功能分类原则[3]，结合科学教材插图运用实际，将SD的插图分为四类，即装饰型插图、表征型插图、组织型插图和解释型插图①。在四种类型的插图使用中，装饰型插图和表征型插图在各单元占据了很大的比率，共约占90%;组织型插图和解释型插图所占比率较小，且其中解释型插图最少。这与小学阶段学生的认知特点相契合，小学低年级学生的认知水平较低，装饰型和表征型插图有利于提升其学习兴趣，促进其更好地进入科学启蒙教育场景。

总体上，SD有非常丰富的插图，图像色彩纷呈、特色鲜明。如表1所示，五个教学单元共有284页，容纳插图1320幅，平均每页插图数为4.65幅，其中第二单元（物质）和第五单元（地球表面的变化）平均每页插图数最多，达4.85幅和4.78幅。

二、四类插图的分布特征

及运用策略

教科书插图在小学科学教育教学中发挥着不可或缺的作用。装饰型插图、表征型插图、组织型插图和解释型插图这四类插图通过各种策略被运用在SD中不同的教学环节。

（一）装饰型插图

装饰型插图的功能一般是裝帧和美术设计，同时能吸引学生的注意力，增强学生的好奇心，激发学生对科学的探索。教材中的装饰性插图与学生的学习内容无关，但是很直观。学生通过简单的图标、图案可以直接想象或者感受在这部分学习内容中应该有何具体的学习行为。在心理学研究中，将不联系课本内容但吸引学生眼球的内容称为诱惑性细节[4]。装饰性插图看似与学生的学习内容没有直接联系，但可以引导学生的学习过程。例如，SD的栏目“Can You Explain It”（你能解释它吗？）前的“铅笔”图，学生就很容易想到需要取出笔，动手写一写或者画一画;另外还有“小手掌”“小灯泡”“放大镜”等图标，都能在装饰栏目名称的同时潜移默化地引导学生做出期望其完成的相应举动。上述这类图标几乎在SD正文中的每一页都有体现，加上其他装饰性插图一起构建了完整的科学学习视觉框架体系。

（二）表征型插图

表征型插图用来说明教学中某个事物的特征或者概念，以便让学习者可以对某个事物的特点产生明晰的认识。一般来说，这类插图指代的对象是单一具象的，师生在使用的时候无需花费过多时间进行感知和理解。

SD的单元页和每课的第一个图都是和本单元所学内容有一定联系的表征型插图。例如，第二单元的主题是“物质”，它的背景图展示的是一副“冰凌挂在树枝上，以模糊的湖面为陪衬”的图片，图片聚焦于固态的冰凌，为课程内容中“物质形态的变化”做了铺垫。还有一类典型的表征型插图是数据直观化表达的图和表。例如，在第二单元“物质的性质”的“测试和记录数据”（Test and Record Data）中，为了促使学生对实验数据进行记录和表达，教材设计呈现了一个记录全班学生对不同材料的枕芯（横坐标）的选择人数（纵坐标）的简易坐标图供学生填写。通过这类表征图，教材很直观地引入数学教育，这也是目前科学教育所提倡的科学、技术、工程和数学（STEM）教育的典型体现。

（三）组织型插图

组织型插图是用以描述两个或者两个以上元素之间的结构关系的插图，其功能在于清晰地描绘出某一事物的大致流程或者某一系统的结构功能。学生可以通过组织型插图更加清晰地了解系统结构和教学内容的进程。在SD中出现的组织型插图有以下两种运用方式。

1. 呈现物质系统结构

通常来说，这种类型的插图主要功能是便于呈现事物的各个组成部分之间的构成关系，以便学生更加理解一个完整事物的整体功能。以教材中的“哪一种材料是最好的”为例，让学生了解自行车的坐垫、橡胶轮胎、金属框架等的作用，通过组织型插图将其逐一联系起来，从而利于学生明白为什么这些材料会被选用制造自行车。

2. 演示自然现象变化

一般而言，这种类型的插图主要是让学生明白一个事物会发生哪些实质性的变化，从而加深对该事物的理解。以课程“物质是怎样变化”中的科学概念“燃烧”为例，一共展示了三幅组织型插图，让学生可以清楚地看到木头燃烧之前、燃烧过程中以及燃烧之后的变化，通过该图的呈现，学生可以了解物质在燃烧前后的变化，从而对燃烧产生更加深刻的认识。

（四）解释型插图

解释型插图通常用来说明一个系统涉及的工作机制或原理。在实际的插图应用中，可以是单幅或多幅人工制图组合而成的复合图。这类插图可以帮助学习者系统地阐明变化、发展、生产等过程。通过图示把复杂晦涩的原理文本信息转化为具体化的图形和图像，加之适当简练文字辅助完成科学现象和流程的展示。SD中解释型插图也有所运用，主要分布在“物质科学”和“地球科学”教学中，以下面两种方式呈现。

1.现象图

在课程“可恢复变化”的教学设计中，先让学生自己进行猜想，柠檬水在冰箱里过夜会怎么样？它是怎样发生变化的？它是否会保持原来的状态？之后用连续的三幅图示呈现柠檬水在厨房室温下的状态，放入冰箱过夜后的状态，从冰箱中拿出后过一段时间的状态，柠檬水的物理状态由液体变成固体又变回液体。由此，小学生能在直观现象图的辅助下理解可以恢复的变化就是“可逆变化”这一科学原理。

2.流程图

关于科学流程的插图一般是由几幅图组合而成，从而实现对某一科学原理或本质进行解释说明。例如，在课程“地球上哪里有水”中的活动“寻找地下水”中，学生可以通过流程图知道地球上的水从地面以水蒸气进入空中，形成云层，然后遇冷凝结成雨水再返回地面，这个过程可以称之为水循环。通过这种循环式的流程图，学生可以了解到每一部分水的变化及去向，从而对水循环的流程有更加透彻的了解。

三、总结与启示

（一）利用装饰型插图激发学生科学学习兴趣

就插图本身而言，其比文本更加直观和形象，在科学教材中，学生往往会首先感受到插图带来的视觉传达或引导，之后才会由插图过渡到文本。装饰型插图虽然与文本内容无关，但是对于激发学生的学习兴趣和动机有着文本难以达到的效果。SD的装饰型插图较多，占比大，重复出现，容易让学生产生亲近感，激发学习动机，加深对教材的喜爱。

我国2017年教科版小学科学教材中，用“U形磁铁”“箭头指向圆心”图案作为“探索”“聚焦”栏目的引导，可以激发学生的学习兴趣。此外，需要注意的是装饰型插图作为诱惑性细节，在教材中出现的频率不宜过高，以免喧宾夺主，影响学生对必要性知识的学习。

（二）善用表征型插图帮助学生更好地理解科学学科核心概念

美国《下一代科学标准》指出，学科核心概念是学科内非常重要的概念[5]。通过表征型插图进行具体的、直观的表达，有利于帮助学生在学习科学知识的过程中构建科学的思维模式，从而促进科学学科核心概念化难为易、化抽象为具体。

我国科学教材中表征型插图的占比是较大的，可以继续保持这种趋势，并不断提升这类图片的制作水准，促进表征型插图的科学概念学习辅助功能。

（三）利用组织型插图和解释型插图培养学生的科学探究精神

激发学生的科学探究精神是科学课程的重要目标。组织型插图可以锻炼学生的解读、归纳、探究能力，解释型插图可以帮助学生对某一科学原理或流程形成全面的认知。SD利用组织型插图和解释型插图创设探究情境，这种方式不仅可以为学生提供探究线索，使其系统体验科学探究过程，还可以使學生感受到科学的魅力，获得对科学学习的满足感。

我国科学教材可以多在探究活动中使用组织型插图和解释型插图，帮助学生理解科学实验的流程，体验科学探究过程的严谨性，促使学生形成批判性思维和逻辑思维。

注释：

①装饰型插图包括各类装饰纹、栏目图（铅笔图标、手掌图标、灯泡图标等）、背景人物图等;表征型插图包括章节引导图、实物照片、图表等;组织型插图包括结构图、连续实验过程图等;解释型插图包括流程图、工作原理图等。

参考文献：

[1]DILLEY M G，PAIVIO A. Pictures and words as stimulus and response items in paired-associate learning of young children[J]. PubMed，1968，6（2）：231-240.

[2]沈德立，陶云.初中生有无插图课文的眼动过程研究[J].心理科学，2001（4）：385-388，508.

[3]Richard E M. Multimedia learning[J].Psychology of learning and motivation，2002（41）：27-29.

[4]安洪鹏.诱惑性细节及呈现位置和背景知识对大学生多媒体学习效果的影响[D].大连：辽宁师范大学，2009.

[5]熊国勇.美国《下一代科学标准》核心内容与特征分析[J].基础教育，2016，13（2）：97-103.

编辑 朱婷婷   校对 王亭亭